評估阻塞性睡眠呼吸暫停患者上氣道阻力的新方法

張寧 云燕 羅遠明 楊禮騰 黃志敬 毛玲

阻塞性睡眠呼吸暫停(obstructive sleep apnea, OSA)是由于睡眠后咽部擴張肌肌張力下降引起咽部部分或完全塌陷，導致上氣道阻力增加，呼吸氣流減少(低通氣)或完全中斷(呼吸暫停)，隨后通過短暫覺醒恢復通氣[1]。目前尚無動態評估睡眠狀態下OSA患者氣道阻力、咽部塌陷程度、咽部最窄橫截面積的金標準。因此尋找一種可靠的方法動態監測咽部氣道阻力的改變及探索OSA發病機制很有意義。

氣道阻力是流速的函數，與流動方式、氣道管徑大小、氣體成分密切相關。氣道阻力(RAW)與氣道兩端壓力差(△P)成正比，與流量(V)成反比，即：RAW=△P/V[2]。吸氣時，吸氣肌收縮引起胸腔負壓增大，胸腔負壓牽拉肺組織，肺泡內壓減小，產生壓力差，氣體從肺外進入肺內。呼吸系統總阻力也可表示為：Rtotal=(Pthora-PATM)/V，其中Pthora為胸腔壓，PATM為大氣壓，假設大氣壓為0，呼吸系統總阻力為：Rtotal=Pthora/V。食道位于胸腔，其壓力變化可反映胸腔壓，所以呼吸系統總阻力也可表示成Rtotal=Poes/V[3]。

膈肌是吸氣肌之一，膈肌肌電是由呼吸中樞發放的沖動產生的，膈肌肌電可反應呼吸中樞驅動。一定的呼吸中樞驅動，通過電-機械偶聯，引起膈肌收縮，使胸腔壓負值增大，牽拉肺組織，肺泡內壓減小，氣道內產生一定的壓力差，從而產生流速[4-7]。因此氣道內流量的產生依賴于由膈肌肌電(EMGdi)所體現的呼吸中樞驅動所產生的壓力差。當吸氣肌的收縮能力不受影響時(比如排除肌無力等疾病)，可通過吸氣肌的電活動來反映吸氣肌的收縮強度。一定潮氣量由一定呼吸中樞驅動克服總的呼吸阻力(包括肺的彈性阻力、下氣道阻力和上氣道阻力)而產生。所以呼吸系統總阻力也可表示成Rtotal=EMGdi/V[8-9]。

因為OSA患者從清醒期，到睡眠后打鼾，再到低通氣期，咽部在解剖上逐漸狹窄，上氣道阻力逐漸增高[10-12]，假設受試者從清醒到整個睡眠狀態下肺和胸廓的彈性阻力及肺的下氣道阻力保持不變，可用EMGdi/V來評估上氣道阻力。因此OSA患者是利用EMGdi/V與流速的比值來評估上氣道阻力的理想模型。本研究目的是評估能否建立一種方法學，通過 EMGdi/V評估上氣道阻力。另外最近研究報道，OSA的發生與呼吸中樞的異常調控有關，我們采用EMGdi/V評估上氣道阻力同時，也能監測呼吸中樞驅動，這對進一步探討OSA發病機制有一定意義。

一、實驗方法

(1)受試者：OSA病人共24人，21名男性，3名女性。其中8例為輕度OSA，3例中度，13例重度，平均AHI為67.4±20.5次/h (AHI：39次/h-100次/h)。平均年齡為41.0±10.4 歲，平均體質指數(BMI)為24.9±3.8kg/m2。OSA患者均來自廣州醫科大學第一附屬醫院睡眠中心。所有受試者均被告知詳情，取得其知情同意，并簽署知情同意書。本實驗已取得廣州醫科大學附屬第一醫院倫理委員會的批準。受試者的一般情況(見表1)。

表1 OSA病人的一般資料

(2)實驗步驟：食道壓和膈肌肌電通過多功能食道電極導管(廣州英輝醫療器械公司)來測量，多導食道電極由鼻腔插入、經會厭進入食道，食道囊通過連接壓力傳感器記錄食道壓。膈肌肌電通過放大器增益1000倍，高低通濾波分別設置為20Hz和1kHz。

所有受試者行整夜睡眠多導監測，其中包括腦電圖(C3A2和C4A1)、眼電圖(EOG)、下頜肌電圖(EMGchin)、流速、鼾聲、血氧飽和度。流速通過流量計測量，鼾聲通過床旁麥克風監測，血氧飽和度通過指間血氧儀測量。通過TLC(total lung capacity)和MIP(maximum inspiratory pressure)這兩個動作采集最大自主膈肌肌電，并將膈肌肌電(EMGdi)進行標化為EMGdi%max。

所有信號由數據采集系統記錄。根據美國睡眠醫學會指南將腦電圖進行睡眠分期。

二、實驗分析方法

本研究用Poes/V，EMGdi%max/V來評估上氣道阻力。分母用潮氣量(VT)和平均吸氣流速(VT/Ti)(Vmean)(Ti為吸氣時間)來表示。分別利用Poes/VT、 Poes/Vmean、 EMGdi%max/VT、EMGdi%max/Vmean這4個公式計算上氣道阻力。計算受試者清醒期(W)、穩定的非快速眼動2期(N2)、穩定的非快速眼動2期伴打鼾期(SNORING)、低通氣期(HYPOPNEA)、暫停事件前低通氣(PREAPNEA)期的上氣道阻力。

選取時避開體動、食道蠕動、微覺醒等干擾，且氣流信號保持相對平穩。

三、統計學分析

結 果

受試者從W，到N2，到SNORING，到HYPOPNEA，到PREAPNEA，上氣道阻力依次增高。從W到N2，從SNORING到HYPOPNEA，上氣道阻力增高有統計學意義(P<0.05)。我們的研究結果發現上氣道阻力在HYPOPNEA期高于SNORING期，但是膈肌肌電和食道壓在SNORING期高于HYPOPNEA。其中N2與HYPOPNEA比較，W與SNORING比較，W與HYPOPNEA比較，W與PREAPNEA比較，N2與PREAPNEA比較，SNORING與PREAPNEA比較，上氣道阻力增高差異均有統計學意義(P<0.05)。從N2到SNORING，從HYPOPNEA與PREAPNEA，上氣道阻力增高但差異沒有統計學意義(P>0.05)(見表2，圖1～5)。

表2 OSA病人的上氣道阻力

圖1 用Poes/VT評估受試者的上氣道阻力 *P<0.05

圖2 用Poes/Vmean評估受試者的上氣道阻力 *P<0.05

圖3 用EMGdi%max/VT評估受試者上氣道阻力 *P<0.05

圖4 用EMGdi%max/Vmean評估受試者上氣道阻力 *P<0.05

圖5 用EMGdi%max和Poes在不同睡眠期的變化

討 論

本研究從新的角度出發，用EMGdi%max/V、Poes/V評估了OSA患者睡眠狀態下的上氣道阻力。OSA患者進入睡眠后咽部擴張肌肌張力下降(比如頦舌肌功能失調等)引起咽部塌陷，上氣道阻力從清醒期到打鼾，再到低通氣期逐漸增高。依據泊肅葉公式，Raw=(8ηl)/πr4(η為流體的粘滯性，l為管的長度，r為管的內徑)，流體阻力與管的長度成正比，與r成反比[2]。但是對于湍流，壓力流速關系并非線性的。而人體氣道復雜多變，同時有層流和湍流兩種氣流[2]。因此利用RAW=△P/V評估人體氣道阻力也存在一定的不足。目前無動態評估睡眠狀態下OSA患者氣道阻力、咽部塌陷程度、咽部最窄橫截面積的統一標準。本文首次通過EMGdi%max/V、Poes/V評估了OSA患者睡眠狀態下的氣道阻力。我們的結果顯示上氣道阻力從W，到N2，到SNORING，到HYPOPNEA，到PREAPNEA明顯增加。因此通過EMGdi%max/V、Poes/V評估OSA患者睡眠狀態下的上氣道阻力是可行的。我們的結果顯示從W到N2，從SNORING到HYPOPNEA，上氣道阻力明顯增高，差異有統計意義。上氣道阻力在HYPOPNEA期高于SNORING期，但是膈肌肌電和食道壓在SNORING期高于HYPOPNEA。

最近研究表明[13]，上氣道塌陷的可能機制有：咽部擴張肌神經控制失調，呼吸中樞控制不穩定(高的環路增益)，咽部擴張肌活性降低。睡眠開始后，咽部擴張肌活性迅速降低，由于呼吸刺激比如二氧化碳增高、咽部壓力波動等，咽部擴張肌活性隨后在穩定的非REM期迅速增加。我們的結果顯示，OSA患者在N2期，上氣道阻力及呼吸中樞驅動增加。在N2期，位于上氣道的壓力感受器、化學感受器受呼吸刺激影響，咽部擴張肌反射性激活，以及神經驅動上調，咽部擴張肌(比如頦舌肌等)緊張性增加，可對抗一定塌陷阻力，維持氣流。在SNORING期，氣道阻力及呼吸中樞驅動進一步增加，咽部擴張肌進一步激活對抗增加的塌陷阻力(比如增加的呼吸中樞驅動使氣道壓力減小對咽部的影響)，維持氣道開放。在HYPOPNEA期，咽部擴張肌對于呼吸刺激及神經中樞的反應性降低及收縮有效性下降(比如出現肌疲勞等)，不能對抗塌陷阻力，咽部出現塌陷，氣流受到限制，上氣道阻力增高，并且中樞驅動包括呼吸中樞驅動，有一定的下調。我們的結果顯示，上氣道阻力在HYPOPNEA期明顯增加，與SNORING期相比，差異有統計學意義，而呼吸中樞驅動在SNORING期高于低通氣期。其次研究報道[13]，一個不穩定或者過度敏感的通氣控制系統(環路增益)能引起明顯的呼吸震蕩，這種現象通常出現在呼吸暫停事件中。重度OSA比輕度OSA有更高的環路增益，即輕度增高的CO2引起過度通氣，較大的吸氣負壓能使咽部更易塌陷。在PREAPNEA期，我們所選取的呼吸周期為暫停事件前的一至兩個低通氣，是過度通氣后逐漸降低的低通氣。我們的結果表明，氣道阻力及呼吸中樞驅動明顯增高。

本文利用Poes/VT、 Poes/Vmean、 EMGdi%max/VT、EMGdi%max/Vmean這4個公式計算上氣道阻力，因為Poes容易受到肺容量影響[14]，EMGdi%max/VT、EMGdi%max/Vmean可能會更準確一些。本研究方法也可以應用于臨床，在臨床上我們可用此法來評估呼吸衰竭的發病原因，是呼吸中樞驅動降低所致，還是上氣道阻力增加引起，來進一步指導通氣。近來研究表明，OSA是一種異質性疾病[13]。在以后的研究中，我們可以對不用OSA表型進行呼吸中樞驅動及上氣道阻力的評估，比如輕中重度OSA患者的上氣道阻力變化。因為正常人入睡后咽部擴張肌的活性下降[15]，上氣道阻力增高，隨后咽部擴張肌受呼吸刺激及中樞調控影響，又迅速恢復活性。在以后的研究中，我們可進一步評估正常人睡眠后的氣道阻力。