張寧 楊禮騰 羅遠明 云燕 張永昶 黃志敬 毛玲 蔣小民

1深圳市羅湖區(qū)人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科518005；2廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院國家呼吸疾病重點實驗室睡眠中心510220

阻塞性睡眠呼吸暫停 (obstructive sleep apnea，OSA)是一種常見疾病，睡眠過程中患者因反復(fù)發(fā)生咽部狹窄或塌陷，導(dǎo)致氣流減少(低通氣)或者完全停止(呼吸暫停)。OSA 可引起嚴重的不良后果，引起白天嗜睡，生活和工作質(zhì)量下降，認知功能的下降，也可對心血管及代謝系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重影響，促發(fā)或加重心腦血管病變[1]。需要引起重視的是，目前仍有很多OSA 患者未確診未治療。OSA的發(fā)生、發(fā)展除了與上氣道的解剖異常有關(guān)外，尚與呼吸中樞控制的不穩(wěn)定性有關(guān)[2]。因此監(jiān)測呼吸中樞驅(qū)動在睡眠呼吸紊亂疾病方面很有意義。膈肌是主要的吸氣肌，呼吸中樞驅(qū)動經(jīng)膈神經(jīng)到膈肌產(chǎn)生電活動即膈肌肌電，再通過電-機械耦聯(lián)，引起膈肌收縮，產(chǎn)生胸內(nèi)負壓以及肺泡與外界的壓力差，從而氣體進入肺泡完成一次吸氣過程[3]。食管位于胸腔，其壓力變化可反映胸腔壓，但容易受到肺容量的影響，在相同強度的呼吸中樞驅(qū)動下，氣流和肺容積增大可降低食道壓[4]。因此膈肌肌電與食道壓相比更能準確反映呼吸中樞驅(qū)動。經(jīng)食道電極可獲得高質(zhì)量膈肌肌電信號，可準確評價呼吸中樞驅(qū)動，但它需經(jīng)鼻插入食道電極，臨床不易被患者接受，難以普遍開展。使用體表電極監(jiān)測膈肌肌電的方法由于操作簡單無痛苦，具有推廣的價值。本研究分別采用體表電極和多導(dǎo)食道電極監(jiān)測OSA 患者在不同睡眠狀態(tài)下的呼吸中樞驅(qū)動、呼吸中樞驅(qū)動的有效性及上氣道阻力，觀察兩者是否有明顯差異。

1 對象與方法

1.1 受試者 OSA 患者共24例，男21例，女3例。其中8例為輕度OSA，3例中度，13例重度，年齡為 (41.0±10.4)歲，體質(zhì)量指數(shù) (body mass index，BMI)為(25.5±3.7)kg/m2，頸圍為(39.5±3.4)cm，腰圍為 (92.1±10.2)cm，平均呼吸暫停低通氣指數(shù)為 (40.3±29.7)次/h(呼吸暫停低通氣指數(shù)范圍為39～100次/h)，低通氣指數(shù)為 (9.3±13.1)次/h，嗜睡量表評分，睡眠效率為(66.5±20.5)%。OSA 患者均來自廣州

醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)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。本試驗已取得廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院倫理委員會的批準(GY20170035)。

1.2 試驗步驟 食道膈肌肌電 (esophageal diaphragm electromyography，EMGdi)通過多功能食道電極導(dǎo)管 (廣州英輝醫(yī)療器械公司)來測量。體表膈肌肌電 (superficial diaphragm electromyography，SEMGdi)通過體表電極測量。胸壁皮膚經(jīng)酒精消毒后由磨砂膏充分摩擦，2對電極貼置于雙側(cè)腋前線6～8肋間。所有受試者行整夜睡眠多導(dǎo)監(jiān)測，其中包括腦電圖、眼電圖、下頜肌電圖、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(fēng)監(jiān)測，血氧飽和度通過指間血氧儀測量。通過肺總量 (total lung capacity，TLC) 和 最 大 吸 氣 壓 (maximum inspiratory pressure，MIP)這兩個動作采集最大自主膈肌肌電，并將EMGdi進行標化為標化后的食道膈肌肌電 (rectified EMGdi，EMGdi%max)。將SEMGdi進行標化為標化后的體表膈肌肌電(rectified SEMGdi，SEMGdi%max)。所有信號由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄，信號通過放大器增益1 000倍，高低通濾波分別設(shè)置為20 Hz和1 000 Hz。根據(jù)美國睡眠醫(yī)學(xué)會指南將腦電圖進行睡眠分期。

1.3 試驗分析方法 分別采用食道電極及體表電極記錄受試者清醒期 (wakefulness，W)、穩(wěn)定的非快速眼動2期(sleep stage N2，N2)、穩(wěn)定的非快速眼動2 期伴打鼾期 (sleep stage N2 with snoring，SNORING)、低通氣期 (sleep stage N2 with hypopnea，HYPOPNEA)、暫停事件前低通氣(the hypopnea before apnea events，PREAPNEA)期(選取暫停事件前的一兩個低通氣)的呼吸中樞驅(qū)動及潮氣量 (tidal volume，VT)。選取時避開體動、微覺醒、食道蠕動等干擾，且氣流信號保持相對平穩(wěn)。

2 結(jié)果

我們的結(jié)果發(fā)現(xiàn)從W 到N2，到SNORING，到HYPOPNEA，到PREAPNEA，EMGdi%max和SEMGdi%max的變化趨勢一致。呼吸中樞驅(qū)動在SNORING 期高于HYPOPNEA，呼吸中樞驅(qū)動 在 PREAPNEA 期 高 于 HYPOPNEA。EMGdi%max/VT 和SEMGdi%max/VT 從W 到N2，到SNORING，到HYPOPNEA，到PREAPNEA依次增高。分鐘通氣量(minute ventilation volume，VE)/EMGdi%max、VE/SEMGdi%max 從W 到N2， 到 SNORING， 到 HYPOPNEA， 到PREAPNEA 依次降低。我們評估了其中一個受試者在低通氣期EMGdi%max與SEMGdi%max的相關(guān)性(R=0.61)(表1，圖1～5)。

圖1 分別用EMGdi%max和SEMGdi%max評估受試者不同睡眠期呼吸中樞驅(qū)動

圖2 用EMGdi%max/VT 評估受試者上氣道阻力

圖3 用SEMGdi%max/VT 評估受試者上氣道阻力

圖4 用VE/EMGdi%max評估不同睡眠期的呼吸中樞驅(qū)動有效性

圖5 用VE/SEMGdi%max評估不同睡眠期呼吸中樞驅(qū)動有效性

表1 受試者在不同睡眠期呼吸中樞驅(qū)動有效性及上氣道阻力 (±s)

表1 受試者在不同睡眠期呼吸中樞驅(qū)動有效性及上氣道阻力 (±s)

注：EMGdi%max為標化后的食道膈肌肌電；VT 為潮氣量；SEMGdi%max為標化后的體表膈肌肌電；VE 為分鐘通氣量；W 為清醒期；N2為穩(wěn)定的N2期；SNORING 為穩(wěn)定的N2期伴打鼾期；HYPOPNEA 為低通氣期；PREAPNEA 為暫停事件前低通氣；與N2比較，a P ＜0.05；與SNORING 比較，b P ＜0.05；與W 比較，c P ＜0.05

睡眠時期 EMGdi%max (μV%) VT (ml/kg) SEMGdi%max (μV%)EMGdi%max/VT(μV·kg·ml-1)SEMGdi%max/VT (μV·mg·ml-1)VE/EMGdi%max(L·min-1·kg-1·μV%-1)VE/SEMGdi%max (L·min-1·kg-1·μV%-1)W 9.7±4.1 6.9±2.0 7.3±2.4 1.5±0.8 1.2±0.6 15.2±8.3 19.5±9.7 N2 14.6±6.6 5.4±1.3 10.3±4.0 3.0±1.7c 2.1±1.1c 11.0±13.8 13.1±12.5 SNORING 20.0±12.3 5.5±1.3 11.5±5.0 3.9±2.4c 2.4±1.3c 8.6±9.5 11.9±10.2 HYPOPNEA 16.0±9.1 2.6±0.8abc 9.6±3.7 7.2±4.9abc 4.5±2.4abc 4.5±4.8c 6.1±4.9c PREAPNEA 21.4±11.4c 2.9±1.2abc 13.0±11.0 8.8±4.9abc 5.6±5.6bc 3.4±3.5c 5.6±2.9c F 值 3.58 35.05 1.61 16.51 14.56 24.37 32.78 P 值 0.010 ＜0.001 0.180 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

3 討論

呼吸中樞驅(qū)動是指呼吸中樞發(fā)出的激發(fā)呼吸肌收縮的神經(jīng)沖動[5]。很多方法可用于評價呼吸中樞驅(qū)動。VE、VT 在一定程度上可評價呼吸中樞驅(qū)動，但它易受氣道阻力、肺和胸廓的彈性以及殘氣量的影響。呼吸感應(yīng)體積描記系統(tǒng)，廣泛用于多導(dǎo)睡眠監(jiān)測，是一項間接反映呼吸中樞驅(qū)動的指標，但胸腹帶易受到體型和體位變化的影響，而且它只能定性評估呼吸中樞驅(qū)動。吸氣0.1 s時口腔壓是評價呼吸中樞驅(qū)動的常用指標，但它受呼氣末肺容量的影響，并且氣道阻力可影響壓力信號從胸腔到口腔的傳導(dǎo)。從吸氣的環(huán)路來看，膈肌肌電更加接近呼吸中樞，更能反映呼吸中樞驅(qū)動，高質(zhì)量膈肌肌電信號可準確評價呼吸中樞驅(qū)動[6-8]。

膈肌肌電可通過針刺電極、體表電極、食道電極測量。針刺電極具有一定有創(chuàng)性，有損傷內(nèi)臟器官的可能性，臨床難以實施[9]。多導(dǎo)食道電極靠近膈肌角，是目前監(jiān)測膈肌肌電最準確的方法，但需要經(jīng)鼻放置食道電極管，臨床難以推廣普及，多用于科研。體表電極記錄膈肌肌電具有無創(chuàng)、簡便和容易實施的優(yōu)點，但體表電極與膈肌尚存在一定距離，易受皮膚、皮下組織厚度、肺膨脹程度的影響，體表電極記錄的膈肌肌電信號強度較弱，通過酒精和磨砂膏徹底清潔局部皮膚，可減少皮膚和電極間微小摩擦的干擾。體表電極易受電極附近其他肌肉(比如肋間外肌等)的干擾，而睡眠狀態(tài)下患者全身處于放松狀態(tài)可減少干擾[10]。隨著近年來信號記錄系統(tǒng)抗干擾性能的改善，體表肌電信號質(zhì)量明顯提高，且雙側(cè)均置放記錄電極，即使單側(cè)表面電極因側(cè)臥位受壓影響信號質(zhì)量，對側(cè)電極仍可記錄到信號，背側(cè)及腹側(cè)的記錄電極可使患者在仰臥或俯臥位時不會因電極受壓而影響信號記錄質(zhì)量。本研究采用多導(dǎo)食道電極和體表電極測定OSA 患者不同睡眠狀態(tài)下的膈肌肌電，所有受試者均記錄到高質(zhì)量的膈肌肌電信號。我們的結(jié)果表明從W 到N2，到SNORING，到HYPOPNEA，到PREAPNEA，EMGdi%max和SEMGdi%max的變化趨勢一致。受試者在入睡后進入N2 期EMGdi%max 和SEMGdi%max 增 加，并 且 在SNORING 期呼吸中樞驅(qū)動進一步增加，但在HYPOPNEA 期呼吸中樞驅(qū)動卻有所下降。和低通氣期比較，PREAPNEA 期的呼吸中樞驅(qū)動高于低通氣期。

呼吸中樞驅(qū)動有效性[11-12]指單位膈肌肌電所產(chǎn)生的VT，即VE/EMGdi。有研究報道[11]，COPD患者因過渡通氣及呼吸肌功能受損，呼吸肌產(chǎn)生的吸氣負壓減弱，為維持足量通氣，呼吸中樞驅(qū)動代償性增高，呼吸中樞驅(qū)動有效性減弱。本文首次評估了OSA 患者從清醒期到不同睡眠狀態(tài)的呼吸中樞驅(qū)動有效性變化。我們的結(jié)果顯示從W 到N2，到SNORING，到HYPOPNEA，到PREAPNEA，呼吸中樞驅(qū)動有效性依次下降，體表電極及食道電極的變化趨勢一致。有研究用呼吸中樞驅(qū)動有效性的倒數(shù)即EMGdi/VT 代表氣道阻力，假設(shè)受試者從清醒到整個睡眠狀態(tài)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/VT 來評估上氣道阻力[9]。我們的結(jié)果顯示從W 到N2，到SNORING，到 HYPOPNEA，到PREAPNEA，體表電極及食道電極所測得上氣道阻力變化一致，上氣道阻力依次增加。我們也可以這樣理解，單位膈肌肌電所產(chǎn)生的VT 越多，通氣的阻力就越小，呼吸中樞驅(qū)動的有效性就越大。

OSA 是一種異質(zhì)性疾病[13]，發(fā)病機制除與解剖方面因素 (狹窄的或者可塌陷的上氣道)有關(guān)外，尚存在非解剖方面因素(比如咽部擴張肌神經(jīng)控制失調(diào)，咽部擴張肌活性降低，低的覺醒閾值以及呼吸中樞控制的不穩(wěn)定性)。研究報道部分患者咽部擴張肌對神經(jīng)驅(qū)動的協(xié)調(diào)性差，是由于咽部肌纖維的潛在改變 (比如肌肉肥大和肌纖維類型改變)而導(dǎo)致肌肉疲勞[13]。研究報道OSA 與不穩(wěn)定或者過渡敏感的通氣控制系統(tǒng) (高環(huán)路增益)有關(guān)，CO2的微小改變即引起通氣過渡改變 (即過渡補償)[13]。對于CO2的小幅度增加，高環(huán)路增益使氣道內(nèi)快速形成較大負壓，導(dǎo)致咽部氣道關(guān)閉。其次，高環(huán)路增益在引起呼吸驅(qū)動較大波動之后，在隨后覺醒后會產(chǎn)生一個低呼吸中樞驅(qū)動。我們的結(jié)果表示OSA 患者進入睡眠后呼吸中樞驅(qū)動增高，上氣道阻力增高，呼吸中樞驅(qū)動有效性下降，在N2期，位于上氣道的壓力感受器、化學(xué)感受器受刺激及神經(jīng)驅(qū)動上調(diào)，咽部擴張肌反射性激活，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(qū)動進一步增加，咽部擴張肌進一步對抗塌陷阻力(比如增加的呼吸中樞驅(qū)動使氣道內(nèi)負壓增大對咽部的影響)，維持氣道開放。在HYPOPNEA 期，呼吸中樞驅(qū)動與SNORING期相比稍有下降，出現(xiàn)氣道狹窄，氣流一定程度受限。在本研究中，PREAPNEA 期我們選取的是暫停事件前的一兩個低通氣，實際上也是過渡通氣之后的低通氣。PREAPNEA 期呼吸中樞驅(qū)動有效性進一步下降，上氣道阻力進一步增高。

總的來說，睡眠呼吸紊亂性疾病與呼吸中樞驅(qū)動異常調(diào)控有關(guān)，因此監(jiān)測睡眠呼吸紊亂性疾病睡眠狀態(tài)下的呼吸中樞驅(qū)動非常重要，對于常規(guī)多導(dǎo)睡眠監(jiān)測檢查后診斷不明確，又因患者虛弱、不合作或食管靜脈曲張等情況不能負荷有創(chuàng)檢查的患者，體表電極具有優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于臨床。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突