阻塞性睡眠呼吸暫停病人與正常人的頦舌肌肌電時相比較.pdf

1、前言：
　　要實現(xiàn)肺通氣不僅需要呼吸肌規(guī)律收縮，還需要上氣道維持通暢。由吸氣肌收縮產(chǎn)生的上氣道腔內負壓對氣道壁有吸引作用，而咽部氣道缺乏骨性結構支撐，因此咽部氣道自身的擴張能力對實現(xiàn)肺通氣功能非常重要。阻塞性睡眠呼吸暫停（Obstructive sleep apnea，OSA）是一種臨床常見的睡眠呼吸障礙。其病理生理基礎是睡眠時反復出現(xiàn)上氣道塌陷，引起缺氧、二氧化碳潴留及微覺醒反應等病理生理表現(xiàn)，可對全身多系統(tǒng)造成損害。導致上氣道

2、塌陷的其中一個重要因素就是上氣道肌擴張能力在睡眠時下降。
　　頦舌肌位于舌體下方，它的收縮可以牽拉舌體前伸從而擴張咽部氣道，是最重要的上氣道擴張肌。通過電極測量頦舌肌肌電（genioglossus electromyogram，EMGgg）可以評價頦舌肌的活動水平。正常人平靜呼吸時，EMGgg在吸氣相的幅值高于呼氣相水平，表明頦舌肌在緊張性活動背景下還有額外的吸氣相收縮以抵消吸氣負壓對氣道的吸引，這種吸氣相肌電增強現(xiàn)象是其他上氣道

3、肌所不具備的，因此EMGgg最能反映咽部氣道的主動擴張能力。
　　既往研究多數(shù)都只針對 EMGgg的幅值變化進行分析。一些學者提出正常人的EMGgg幅值在入睡過渡階段下降，而進入非快動眼睡眠（NREM）睡眠期后則回升至清醒期水平，但也有觀點NREM期的EMGgg較清醒期進一步下降。另外，有研究結果表明OSA病人的EMGgg幅值在呼吸暫停過程中呈先下降后回升的變化趨勢，即在呼吸暫停初期降低，然后逐漸恢復并在氣道重新開放時肌電升至最大

4、值。膈肌作為最主要的吸氣肌，是吸氣負壓的主要驅動來源。膈肌肌電（ diaphragm electromyogram，EMGdi）是膈肌收縮的直接表現(xiàn)，我們曾經(jīng)使用食道電極觀察了OSA病人在呼吸暫停過程中的EMGdi與食道壓的變化，發(fā)現(xiàn)EMGdi的幅值變化與上述研究中提及的EMGgg非常相似，提示二者可能存在相關性。
　　平靜呼吸時的吸氣驅動力源自吸氣肌的收縮，在吸氣初、中段的氣流流速較快、上氣道內的吸氣負壓較高，只有當上氣道在吸氣

5、初、中段保持通暢才能實現(xiàn)較大的潮氣量。在同等收縮強度前提下，頦舌肌在吸氣初、中段收縮顯然要比在吸氣末段收縮更有利于吸氣肌做功。因此我們提出了肌電時相的概念，它是指EMGgg信號與呼吸氣流信號或吸氣肌信號之間在起止時間和峰值出現(xiàn)時機上的先后順序，我們認為頦舌肌的收縮與吸氣肌的收縮必須在時相上的相互協(xié)調，這樣才能充分發(fā)揮吸氣肌的作用。
　　關于EMGgg時相關系的報道不多，有學者認為EMGgg的吸氣相起點比吸氣氣流提前，此外，EMGg

6、g的吸氣相峰值也比EMGdi峰值提前出現(xiàn)，這提示EMGgg在時相可能比EMGdi提前。然而，這些研究多數(shù)只是針對EMGgg與EMGdi的肌電圖輪廓進行描述而缺少詳細的統(tǒng)計學分析，而且在實驗對象及方法學上都有局限性。就我們所知，目前還沒有研究同時采用細線電極與食道電極同步記錄 EMGgg與EMGdi來觀察二者的時相差異，而我們認為分析兩種肌電時相關系，包括吸氣相起點與峰值的時相變化可以更好地認識頦舌肌的呼吸中樞驅動機制。
　　與食道

7、壓、胃壓、胸腹運動度等傳統(tǒng)呼吸力學指標相比，EMGdi不受肺容量變化和氣體成分的影響，能準確反映呼吸中樞對膈肌的驅動水平。以EMGdi作為參照分析EMGgg在不同睡眠狀態(tài)下的變化有助于進一步了解OSA的發(fā)病機制。
　　一般認為醒覺刺激、上氣道負壓反射及CO2反射是頦舌肌的三種主要呼吸驅動機制，我們假設在清醒狀態(tài)下 OSA病人的醒覺刺激水平高于正常人，它不僅使EMGgg幅值高于正常人，而且前者的EMGgg時相關系，包括吸氣相起點與峰

8、值的出現(xiàn)時機，也比正常人提前；入睡后，正常人的EMGgg的幅值及時相關系維持不變，而OSA病人的EMGgg在幅值上出現(xiàn)下降，同時其時相開始延后；在呼吸暫停過程中，EMGgg的幅值進一步降低，而EMGgg的吸氣相起點及峰值的時相可能完全與EMGdi同步甚至落后于EMGdi，當病人出現(xiàn)微覺醒使上氣道重新開放時EMGgg的幅值及時相關系同時恢復。為此，我們從方法學上進行創(chuàng)新，同時使用細線電極及食道導管記錄EMGgg與EMGdi信號，并以EMG

9、di作為參照觀察EMGgg在呼吸周期中的時相變化，同時，我們檢驗了EMGgg對高CO2刺激的反應性；其次，量化呼吸氣流，結合腦電圖、眼電圖等判斷睡眠的穩(wěn)定性，并將穩(wěn)定睡眠狀態(tài)下的肌電與清醒期水平進行對比；結合氣流信號、EMGdi、食道壓等分析EMGgg的幅值及其時相關系在阻塞性呼吸暫停事件中的變化。研究這種EMGgg的時相關系對OSA的防治技術發(fā)展將有重要的參考價值。
　　對象與方法：
　　我們選取了11名OSA病人及11名

10、健康受試者的數(shù)據(jù)進行分析。這些受試者均在我睡眠實驗室進行實驗，實驗前先經(jīng)鼻插入一條多功能食道導管用于記錄 EMGdi及食道壓，導管深度根據(jù)每個受試者的實時EMGdi信號進行定位；然后在下頜經(jīng)皮插入一對細線電極記錄EMGgg；在頭頂、眼眶、下頜分別貼表面電極記錄腦電圖、眼電圖及下頜肌電圖進行睡眠分期。記錄開始時，每個受試者都先進行一系列的用力吸氣動作以獲得最大膈肌肌電，并進行吞咽動作獲取頦舌肌吞咽肌電。其中，8名健康對照組受試者在睡前接受

11、了一次CO2重復呼吸試驗，記錄EMGgg、EMGdi、食道壓及潮氣量等指標在 CO2不斷累積過程中的變化。全部受試者在安靜環(huán)境平臥入睡，記錄肌電、食道壓、氣流、CO2等指標。
　　根據(jù)腦電圖、眼電圖、下頜肌電圖進行睡眠分期；根據(jù)氣流信號、睡眠分期判定睡眠狀態(tài)的穩(wěn)定性。對于對照組受試者，從清醒期、N1、N2、N3及REM期的穩(wěn)定呼吸狀態(tài)中分別選取約50個呼吸周期；對于OSA病人，從清醒期及非快動眼睡眠期分別選取約50個呼吸周期，此外

12、還在每個病人的數(shù)據(jù)中選取約50個典型睡眠呼吸暫停事件并在代表暫停前期、暫停期、氣流恢復期的9個位點中選取呼吸周期。我們觀察了以下指標的變化：EMGgg的吸氣相峰值（peak EMGgg）及其達峰時間（Tgg）、EMGdi的峰值（peak EMGdi）及其達峰時間（Tdi）、Tgg與Tdi的比值（Rgg/di）、EMGdi起點與EMGgg吸氣相起點的時間差(Tonset)、EMGgg峰值與EMGdi峰值的時間差(Tpeak)。此外還分析了

13、潮氣量、食道壓、呼氣末二氧化碳等指標。CO2重復呼吸期間的peak EMGgg、peak EMGdi、食道壓、潮氣量等按照CO2濃度分級進行匯總。
　　我們首先通過最大EMGdi及吞咽EMGgg的對比判斷肌電信號的可靠性及穩(wěn)定性。在排除不合格數(shù)據(jù)后，我們分析了7名對照組受試者的peak EMGgg在CO2重復呼吸期間的變化及其與peak EMGdi、Pes指標之間的相關性。對于睡眠數(shù)據(jù)，我們對比了健康受試者在不同睡眠分期下的EMG

14、gg的幅值及其時相的變化；并將OSA病人在清醒及 NREM期的相應指標進行組內及組間比較，同時，分析 OSA病人的EMGgg相關指標在呼吸暫停全過程的變化。
　　結果：
　　兩組受試者在睡眠結構及呼吸暫停低通氣指數(shù)上有顯著區(qū)別，OSA組受試者的均以典型的OSA事件為主。OSA組與對照組在最大EMGdi、最大食道壓及最大口腔/鼻腔壓等指標上均無統(tǒng)計學差異，OSA組在睡眠前后的吞咽EMGgg也沒有顯著變化，這表明EMGdi及EM

15、Ggg的信號是可靠而穩(wěn)定的。
　　在CO2重復呼吸期間，peak EMGgg、peak EMGdi、食道壓及潮氣量均隨CO2濃度的升高而不斷增大，在重復呼吸末期（CO2濃度在8.5％～9.0%水平）的各項指標數(shù)值均顯著高于基礎狀態(tài)。Peak EMGgg與peak EMGdi、食道壓及潮氣量等指標之間均有很好的相關性。
　　兩組受試者的Tonset無論在清醒期還是穩(wěn)定睡眠狀態(tài)下均接近0，提示EMGgg吸氣相起點與EMGdi起點

16、不存在顯著時相差異。對照組的EMGgg在吸氣早期即迅速增加并迅速出現(xiàn)峰值，Tgg為0.46±0.07s，Tpeak為0.69±0.23s，Rgg/di為0.40±0.06， EMGgg的肌電圖吸氣相輪廓呈圓弧形。在NREM睡眠期分鐘通氣量下降，同時Tonset比清醒期下降，提示EMGgg吸氣相起點有提前趨勢。peak EMGgg在清醒期與NREM個分期之間基本穩(wěn)定，但 Tgg及 Rgg/di已經(jīng)較清醒期輕度延長。進入 REM期后EMGg

17、g的峰值時相維持在NREM期水平。無論清醒還是睡眠狀態(tài)，對照組的EMGgg吸氣相肌電與EMGdi的吸氣相肌電均沒有明顯相關關系。
　　OSA病人在清醒時的peak EMGdi、潮氣量、分鐘通氣量等反映膈肌驅動水平的指標均高于對照組，但用 BMI標化后的潮氣量兩組比較并無差異，提示 OSA病人的基礎呼吸驅動水平的升高與BMI有關。OSA組的EMGgg在Tgg、Tdi及Tpeak上均高于正對照組，但由于這3個指標呈等比例變化，而且Rg

18、g/di與對照組水平相當（0.40±0.09），因此兩組受試者在清醒期的EMGgg峰值時相提前的程度相當。進入穩(wěn)定NREM睡眠期后，盡管peak EMGgg較清醒時增加，但Tgg顯著延長、Tpeak縮短、Rgg/di升高，這些變化提示EMGgg峰值時相較清醒期延后，潮氣量的降低可能與EMGgg峰值時相的延后有關。
　　在呼吸暫停過程中，peak EMGgg及peak EMGdi均呈先降后升的變化過程，其中，peak EMGgg始終

19、高于清醒期水平，呼吸暫停末期的 peak EMGgg甚至有超過NREM期水平的趨勢（P=0.061）。Tonset從Mid位點起顯著低于0，提示EMGgg吸氣相起點比EMGdi起點提前。Tgg從暫停前開始時進一步延長，Tpeak在暫停期間始終維持在低水平，而Rgg/di甚至升至0.91±0.08，這些變化提示EMGgg的峰值幾乎完全與EMGdi同步出現(xiàn)。在氣流恢復期Tgg、Tpeak、Rgg/di均恢復至清醒期水平，提示覺醒效應的出現(xiàn)。

20、
　　結論：
　　細線電極可以記錄到穩(wěn)定的EMGgg信號。高CO2刺激能使EMGgg幅值增加，這與吸氣努力的增加有關。
　　正常受試者及 OSA病人在清醒及穩(wěn)定睡眠狀態(tài)下的 EMGgg吸氣相起點與EMGdi起點同時出現(xiàn)。呼吸暫?？墒笶MGgg吸氣相起點比EMGdi起點提前。
　　OSA的發(fā)病與頦舌肌收縮時相的延遲有關。正常受試者及OSA病人在清醒及穩(wěn)定睡眠狀態(tài)下的EMGgg比EMGdi提前達到吸氣相峰值。正常受試