胸腔壓力波動對OSAHS 動物模型血壓的影響

李伯君，裴祥，陳政杰，梁柯欣，劉珊，趙曉赟，

（1.天津大學(xué)胸科醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，天津 300222；2.天津醫(yī)科大學(xué)胸科臨床學(xué)院，天津 300270；3.天津市心血管病研究所，天津 300222）

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征（OSAHS）是指是睡眠時(shí)完全性或部分性上呼吸道阻塞引起的反復(fù)發(fā)作的呼吸暫停和低通氣[1]。患者可出現(xiàn)逐漸加重的間歇性低氧血癥和（或）高碳酸血癥及間歇性胸腔壓力波動，可引發(fā)高血壓、冠心病、認(rèn)知障礙以及代謝和內(nèi)分泌異常等一系列疾病，加重家庭及社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，已成為一個值得全社會關(guān)注、亟待解決的公共衛(wèi)生問題。

與OSAHS 相關(guān)聯(lián)的高血壓稱為阻塞性睡眠呼吸暫停相關(guān)性高血壓，是一個不可忽視的高血壓類型[2]。關(guān)于OSAHS 型高血壓的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，其中，關(guān)于OSAHS 發(fā)生間歇性氣道阻塞和間歇性胸腔壓力波動對高血壓影響的研究相對較少，故有必要對二者的關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步研究。既往OSAHS動物模型研究中，制備動物模型的關(guān)鍵均為使動物同時(shí)發(fā)生“間歇性血氧飽和度降低、間歇性的呼吸力學(xué)改變”，所得到的結(jié)果因影響因素過多而存在爭議。本動物研究在排除間歇性低氧血癥這一病生理改變影響因素后，單獨(dú)研究間歇性胸腔壓力波動這一呼吸力學(xué)因素與高血壓的相互關(guān)系，取得了良好的效果，現(xiàn)匯報(bào)如下。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物 選取18 只新西蘭長耳兔，雄性，健康，無呼吸道感染癥狀，平均體重2.2～2.7 kg，應(yīng)用隨機(jī)數(shù)字表法分為3組，對照組（A組）6 只，OSAHS模型組（B組）6 只，OSAHS 不伴低氧模型組（C組）6只。在實(shí)驗(yàn)過程中一旦發(fā)生動物死亡損耗，根據(jù)隨機(jī)入組原則隨時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。

1.2 設(shè)備和材料 （1）哺乳類動物手術(shù)器械。（2）兔手術(shù)臺。（3）小動物氣管插管。（4）注射器若干（5 mL）。（5）胸內(nèi)插管或粗穿刺針頭。（6）動脈插管。（7）多道生理信號監(jiān)測系統(tǒng)（成都儀器廠，型號RM6240E），含氣流傳感器、壓力傳感器、心電電極、耳夾式血氧飽和度傳感器。（8）壓力換能器。（9）便攜式睡眠呼吸監(jiān)測系統(tǒng)（美國邦德安佰，EmblattaX110）。（10）OSAHS動物模型的通氣設(shè)備：間歇性氣道阻塞通氣調(diào)控系統(tǒng)（自主研發(fā)，發(fā)明專利號ZL201811564042.2，ZL201921606456.7），基于單片機(jī)系統(tǒng)控制、包含氣道內(nèi)徑調(diào)節(jié)單元和驅(qū)動控制單元。

1.3 研究方法 （1）實(shí)驗(yàn)當(dāng)天動物禁食禁水，用異氟烷氣體吸入聯(lián)合水合氯醛腹腔注射麻醉，麻醉滿意后取仰臥位將兔固定于兔手術(shù)臺上，剪去頸部、劍突和右側(cè)胸部的毛。沿頸部正中切開皮膚，用止血鉗鈍性分離氣管，在甲狀軟骨以下剪開氣管，插入Y 形氣管插管，用棉線將氣管插管結(jié)扎固定，將通氣裝置的氣道內(nèi)徑調(diào)節(jié)單元連接至氣管插管上，通過裝置的驅(qū)動控制單元實(shí)現(xiàn)對上氣道開閉程度、頻率、單次持續(xù)時(shí)間等進(jìn)行精確調(diào)節(jié)和智能化控制，模擬睡眠呼吸暫停和低通氣。（2）行胸腔測壓導(dǎo)管置入術(shù)：將胸內(nèi)套管尾端的塑料套管連至壓力換能器（套管內(nèi)不充灌生理鹽水）。在兔右胸腋前線4～5肋骨之間，沿肋骨上緣做一長2 cm 的皮膚切口，用止血鉗把插入點(diǎn)處的表層肌肉稍稍分離。將胸內(nèi)插管的箭頭形尖端從肋間插入胸膜腔后（此時(shí)可記錄到曲線向零線下移位并隨呼吸運(yùn)動升高和降低，說明已插入胸膜腔內(nèi)），迅速旋轉(zhuǎn)90°并向外牽引，使箭頭形尖端的后緣緊貼胸廓內(nèi)壁，將插管的長方形固定片同肋骨方向垂直，旋緊固定旋鈕，胸膜腔將保持密封而不致漏氣。將穿刺針頭尾端的塑料套管連至壓力換能器（套管內(nèi)不充灌生理鹽水），再將穿刺針頭沿肋骨上緣順肋骨方向斜插入胸膜腔，用膠布將針尾固定在胸部皮膚上，以防針頭移位或滑出。（3）分離頸動脈，行頸動脈置管術(shù)，將動脈插管與多導(dǎo)生理信號采集系統(tǒng)的壓力傳感器相連接，直接測量血壓、心率，并完成記錄。（4）連接便攜式睡眠呼吸監(jiān)測系統(tǒng)，以腦電圖和肌電圖判斷動物是否入睡，當(dāng)動物處于睡眠狀態(tài)后將3組進(jìn)行不同設(shè)置，A組設(shè)置為氣道完全開放；B組、C組設(shè)置呼吸暫停低通氣指數(shù)（AHI）為22[3]，氣道內(nèi)徑調(diào)節(jié)至50%以下，根據(jù)SpO2數(shù)值進(jìn)一步調(diào)節(jié)；最終使A組睡眠正常，無呼吸暫停及反常呼吸運(yùn)動，口唇無發(fā)紺，監(jiān)測SpO2≥95%；B組、C組有呼吸暫停及反常呼吸運(yùn)動，伴口唇發(fā)紺，監(jiān)測SpO2≤90%以下，便攜式多導(dǎo)睡眠監(jiān)測（PSG）符合OSAHS 診斷標(biāo)準(zhǔn)；在C組氣管插管處放置吸氧管逐漸提高其吸氧濃度使其SpO2≥95%，提示模型建立成功。（5）對3組動物行PSG 監(jiān)測4 h，通過多導(dǎo)生理信號采集系統(tǒng)的壓力傳感器同步監(jiān)測3組胸腔壓力變化，同時(shí)采集記錄實(shí)驗(yàn)過程中每個小時(shí)實(shí)驗(yàn)動物的收縮壓、舒張壓及心率數(shù)值，見圖1、2。

圖1 應(yīng)用新西蘭長耳兔進(jìn)行實(shí)驗(yàn)Fig 1 Experiments with New Zealand long-eared rabbit

圖2 應(yīng)用多導(dǎo)生理信號采集系統(tǒng)采集相關(guān)數(shù)據(jù)Fig 2 The application of multi-channel physiological signal acquisition system to collect relevant data

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以表示，兩組間比較采用t 檢驗(yàn)，組間多重比較用單因素方差分析及LSD-t 方法；非正態(tài)分布的計(jì)量資料采用中位數(shù)表示，組間比較采用秩和檢驗(yàn)；P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

4 h 的實(shí)驗(yàn)過程中，A組與C組均未發(fā)生低氧血癥，兩組SpO2比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，B組發(fā)生了較為明顯的低氧血癥，與其他兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。經(jīng)過4 h 實(shí)驗(yàn)后，B組胸腔負(fù)壓低于其他兩組，C組胸腔負(fù)壓低于A組，同時(shí)高于B組（P<0.05）；B組心率快于其他兩組動物，C組心率快于A組，同時(shí)慢于B組（P<0.05）；B組舒張壓和收縮壓均高于其他兩組動物，C組舒張壓和收縮壓高于A組，同時(shí)均低于B組（均P<0.05），見表1。3組在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的4 h 中，各個時(shí)間點(diǎn)的心率、收縮壓、舒張壓均有顯著差異，見圖3、4、5。

表1 3組實(shí)驗(yàn)動物4 h 后胸腔壓力、心率及血壓數(shù)值（）Tab 1 Thoracic pressure，heart rate and blood pressure after 4 hours in 3 groups of experimental animals（）

表1 3組實(shí)驗(yàn)動物4 h 后胸腔壓力、心率及血壓數(shù)值（）Tab 1 Thoracic pressure，heart rate and blood pressure after 4 hours in 3 groups of experimental animals（）

注：a與A組比較，b與B組比較，P<0.05；1 mmHg=0.133 kPa

組別例數(shù)SpO2（%）胸腔壓力（cmH2O）心率（次/min）收縮壓（mmHg）舒張壓（mmHg）A組697.83±0.75-4.48±0.23272.17±6.43128.50±2.8892.83±1.83 B組686.00±1.26a-7.35±0.33a327.83±9.02a144.33±4.23a110.50±5.75a C組696.17±4.53b-6.13±0.39ab303.33±9.31ab133.50±3.08ab102.67±3.20ab F 32.49116.6966.9133.0630.18 P 0.000.000.000.000.00

圖3 3組動物4 h 心率變化Fig 3 Changes of heart rate ofter 4 hours in 3 groups

3 討論

OSAHS 于1965 年首次被認(rèn)識到是一種在睡眠期間發(fā)生的以咽部肌肉塌陷導(dǎo)致上氣道部分或完全阻塞為特點(diǎn)的呼吸紊亂性疾病[4]。OSAHS 主要表現(xiàn)為睡眠時(shí)打鼾并伴有呼吸暫停和呼吸表淺，反復(fù)發(fā)生低氧血癥、高碳酸血癥和睡眠結(jié)構(gòu)紊亂，導(dǎo)致白天嗜睡，心腦血管并發(fā)癥乃至多器官損害，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量和壽命。資料顯示，OSAHS 在成年人中患病率為2%～4%，為多種疾患特別是心血管系統(tǒng)疾患的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[5]。研究證實(shí)，OSAHS與包括高血壓、冠心病、心律失常、心力衰竭等在內(nèi)的心血管疾病之間具有顯著相關(guān)性[6]。

OSAHS 相關(guān)性高血壓一直是呼吸睡眠障礙研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前研究認(rèn)為氣道阻塞引起呼吸暫停及低通氣，產(chǎn)生間歇性缺氧，引起自主神經(jīng)功能紊亂，造成一系列病理生理學(xué)改變導(dǎo)致高血壓的發(fā)生[7]。早在1992 年，F(xiàn)letcher 等[8]就報(bào)道將大鼠暴露于間歇性低氧環(huán)境可使其發(fā)生高血壓，而對照組血壓無明顯改變。本研究中B組造模成功后出現(xiàn)反常呼吸運(yùn)動，伴口唇發(fā)紺，SpO2下降，實(shí)驗(yàn)4 h 后與A組相比血壓升高，心率增快，與既往研究結(jié)論相符。C組因補(bǔ)氧治療未發(fā)生低氧血癥，但在實(shí)驗(yàn)4 h 后仍發(fā)生血壓升高伴心率增快，但程度輕于B組。關(guān)于OSAHS 型高血壓的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，可能的原因主要包括：（1）反復(fù)發(fā)生睡眠呼吸暫停和低通氣可以導(dǎo)致低氧血癥和高碳酸血癥，從而刺激中樞和外周化學(xué)感受器導(dǎo)致交感神經(jīng)興奮性增加，使心率加快和血壓升高，外周血管收縮，心臟后負(fù)荷進(jìn)一步增大[9]。其中，頸動脈體是探測動脈血氧水平的主要化學(xué)感受器，在低氧血癥、動脈血流減少等條件下，頸動脈體被激活使其化學(xué)反射增強(qiáng)，表現(xiàn)為交感神經(jīng)激活，加劇了呼吸障礙和自主神經(jīng)功能障礙，最終導(dǎo)致包括高血壓等心血管事件的發(fā)生和加重[10]。（2）OSAHS 導(dǎo)致的低通氣和呼吸暫停引發(fā)的間歇性低氧激活體內(nèi)腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（RAAS），使醛固酮激素水平增加，導(dǎo)致水鈉潴留，進(jìn)而誘發(fā)高血壓的發(fā)生[11]。（3）OSAHS 引起間歇性低氧血癥導(dǎo)致凝血功能異常、一氧化氮生物利用度下降、促炎癥因子釋放等病理改變，進(jìn)而導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙，引發(fā)以高血壓為代表的心血管疾病[12]。同時(shí)，引起高血壓的原因還包括炎癥、氧化應(yīng)激、內(nèi)分泌及代謝異常及胸腔內(nèi)壓力改變等一系列因素[13]。

本研究觀察到C組雖然通過氧氣吸入補(bǔ)氧治療而未發(fā)生明顯低氧血癥，但同樣出現(xiàn)胸腔負(fù)壓增大并伴有血壓升高、心率增快，只是變化程度小于B組。說明即使在未發(fā)生明顯間歇性低氧血癥的情況下，間歇性胸腔負(fù)壓增加這一呼吸力學(xué)的改變即可引起高血壓的發(fā)生。其中可能的機(jī)制為：呼吸暫停導(dǎo)致上呼吸道的塌陷，氣流完全或部分停止，對阻塞的氣道的每次強(qiáng)制吸氣都會產(chǎn)生胸腔內(nèi)負(fù)壓，胸腔負(fù)壓的增加會導(dǎo)致心臟內(nèi)部和外部壓力差增大，左心室透壁壓（即左心室后負(fù)荷）增大；同時(shí)胸腔負(fù)壓增加引起內(nèi)臟血管擴(kuò)張、靜脈回流增加，進(jìn)而導(dǎo)致右心室負(fù)荷過重；這些都引起了高血壓的發(fā)生[14]。此外，胸腔壓力間歇性改變、回心血量波動同樣會刺激主動脈體和頸動脈竇壓力感受器，引起交感神經(jīng)興奮，導(dǎo)致高血壓的發(fā)生[15]。近期，Sun 等[16]一項(xiàng)對887 例OSAHS 患者的研究證實(shí)：補(bǔ)氧治療僅可用于改善低氧血癥和抑郁癥狀，對于降低AHI、改善高血壓癥狀則效果較差；相反，應(yīng)用持續(xù)氣道正壓通氣同時(shí)糾正低氧血癥、增加胸腔壓力治療則起到了較好的療效。說明盡管OSAHS 引起的間歇性低氧血癥是導(dǎo)致OSAHS 相關(guān)性高血壓的重要原因，但OSAHS 引起的間歇性胸腔壓力改變也是OSAHS 相關(guān)性高血壓發(fā)生的重要影響因素，而且在致病過程中二者很可能存在疊加效應(yīng)，這也是C組血壓升高程度低于B組的原因所在。

關(guān)于本次動物實(shí)驗(yàn)研究的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：（1）動物模型制備。上氣道阻塞或腭咽肌群肌肉功能障礙導(dǎo)致的呼吸力學(xué)異常是OSAHS 產(chǎn)生的解剖學(xué)基礎(chǔ)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的目的不同，國內(nèi)外學(xué)者嘗試了多種建模方法，但均不能同時(shí)模擬出人OSAHS 過程中出現(xiàn)的間歇性低氧血癥和（或）高碳酸血癥、胸腔壓力波動和血流動力學(xué)改變、以及缺氧和壓力波動時(shí)所致微覺醒引起的睡眠結(jié)構(gòu)紊亂這3 個重要特征。目前應(yīng)用最為普遍的OSAHS 動物模型是在電磁閥控制的間歇低氧箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)間歇性的低氧環(huán)境，模擬呼吸暫停時(shí)的間歇性低氧狀態(tài)[17]；但該過程的片面之處在于實(shí)驗(yàn)動物沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)性的呼吸道阻塞，也就沒有胸腔壓力波動和呼吸力學(xué)、血流動力學(xué)的相應(yīng)改變，且間斷性缺氧的標(biāo)準(zhǔn)目前尚不統(tǒng)一，導(dǎo)致不同研究者的實(shí)驗(yàn)方案的重復(fù)性和可比性都較差。本研究以雄性新西蘭長耳兔為研究對象，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用OSAHS 動物模型的通氣設(shè)備，成功使實(shí)驗(yàn)動物發(fā)生間歇性胸腔壓力變化及間歇性低氧，在不同個體上實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的AHI 和胸腔壓力波動，該動物模型制備容易操作、穩(wěn)定性、可靠性高，易于重復(fù)，同時(shí)更加接近人OSAHS 的發(fā)病特征，并可在短時(shí)間內(nèi)復(fù)制大量均一性的動物疾病模型，保證了研究的順利完成，具有重要的科研價(jià)值。（2）實(shí)驗(yàn)動物的數(shù)量。受各方面條件的制約，本研究實(shí)驗(yàn)動物數(shù)量偏少，有可能會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定的影響，在后續(xù)的研究中應(yīng)進(jìn)一步加大樣本數(shù)量以獲得更為準(zhǔn)確的研究數(shù)據(jù)。

綜上，筆者認(rèn)為OSAHS 導(dǎo)致間歇性胸腔壓力波動這一呼吸力學(xué)因素是OSAHS 相關(guān)性高血壓的重要影響因素，其與間歇性低氧血癥協(xié)同發(fā)揮作用產(chǎn)生了一系列病生理改變最終引起高血壓，需要在未來的研究中對這一因素給予更多的重視，為下一步臨床研究提供理論依據(jù)。