阻塞性睡眠呼吸暫停病人與正常人的頦舌肌肌電時(shí)相比較.pdf

1、前言：
　　要實(shí)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(nèi)負(fù)壓對(duì)氣道壁有吸引作用，而咽部氣道缺乏骨性結(jié)構(gòu)支撐，因此咽部氣道自身的擴(kuò)張能力對(duì)實(shí)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(chǔ)是睡眠時(shí)反復(fù)出現(xiàn)上氣道塌陷，引起缺氧、二氧化碳潴留及微覺醒反應(yīng)等病理生理表現(xiàn)，可對(duì)全身多系統(tǒng)造成損害。導(dǎo)致上氣道

2、塌陷的其中一個(gè)重要因素就是上氣道肌擴(kuò)張能力在睡眠時(shí)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(kuò)張咽部氣道，是最重要的上氣道擴(kuò)張肌。通過電極測量頦舌肌肌電（genioglossus electromyogram，EMGgg）可以評(píng)價(jià)頦舌肌的活動(dòng)水平。正常人平靜呼吸時(shí)，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(dòng)背景下還有額外的吸氣相收縮以抵消吸氣負(fù)壓對(duì)氣道的吸引，這種吸氣相肌電增強(qiáng)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(dòng)擴(kuò)張能力。
　　既往研究多數(shù)都只針對(duì) EMGgg的幅值變化進(jìn)行分析。一些學(xué)者提出正常人的EMGgg幅值在入睡過渡階段下降，而進(jìn)入非快動(dòng)眼睡眠（NREM）睡眠期后則回升至清醒期水平，但也有觀點(diǎn)NREM期的EMGgg較清醒期進(jìn)一步下降。另外，有研究結(jié)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(fù)并在氣道重新開放時(shí)肌電升至最大

4、值。膈肌作為最主要的吸氣肌，是吸氣負(fù)壓的主要驅(qū)動(dòng)來源。膈肌肌電（ diaphragm electromyogram，EMGdi）是膈肌收縮的直接表現(xiàn)，我們?cè)?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(guān)性。
　　平靜呼吸時(shí)的吸氣驅(qū)動(dòng)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(nèi)的吸氣負(fù)壓較高，只有當(dāng)上氣道在吸氣

5、初、中段保持通暢才能實(shí)現(xiàn)較大的潮氣量。在同等收縮強(qiáng)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(shí)相的概念，它是指EMGgg信號(hào)與呼吸氣流信號(hào)或吸氣肌信號(hào)之間在起止時(shí)間和峰值出現(xiàn)時(shí)機(jī)上的先后順序，我們認(rèn)為頦舌肌的收縮與吸氣肌的收縮必須在時(shí)相上的相互協(xié)調(diào)，這樣才能充分發(fā)揮吸氣肌的作用。
　　關(guān)于EMGgg時(shí)相關(guān)系的報(bào)道不多，有學(xué)者認(rèn)為EMGgg的吸氣相起點(diǎn)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(shí)相可能比EMGdi提前。然而，這些研究多數(shù)只是針對(duì)EMGgg與EMGdi的肌電圖輪廓進(jìn)行描述而缺少詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，而且在實(shí)驗(yàn)對(duì)象及方法學(xué)上都有局限性。就我們所知，目前還沒有研究同時(shí)采用細(xì)線電極與食道電極同步記錄 EMGgg與EMGdi來觀察二者的時(shí)相差異，而我們認(rèn)為分析兩種肌電時(shí)相關(guān)系，包括吸氣相起點(diǎn)與峰值的時(shí)相變化可以更好地認(rèn)識(shí)頦舌肌的呼吸中樞驅(qū)動(dòng)機(jī)制。
　　與食道

7、壓、胃壓、胸腹運(yùn)動(dòng)度等傳統(tǒng)呼吸力學(xué)指標(biāo)相比，EMGdi不受肺容量變化和氣體成分的影響，能準(zhǔn)確反映呼吸中樞對(duì)膈肌的驅(qū)動(dòng)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(jìn)一步了解OSA的發(fā)病機(jī)制。
　　一般認(rèn)為醒覺刺激、上氣道負(fù)壓反射及CO2反射是頦舌肌的三種主要呼吸驅(qū)動(dòng)機(jī)制，我們假設(shè)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(shí)相關(guān)系，包括吸氣相起點(diǎn)與峰

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

9、di作為參照觀察EMGgg在呼吸周期中的時(shí)相變化，同時(shí)，我們檢驗(yàn)了EMGgg對(duì)高CO2刺激的反應(yīng)性；其次，量化呼吸氣流，結(jié)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(jìn)行對(duì)比；結(jié)合氣流信號(hào)、EMGdi、食道壓等分析EMGgg的幅值及其時(shí)相關(guān)系在阻塞性呼吸暫停事件中的變化。研究這種EMGgg的時(shí)相關(guān)系對(duì)OSA的防治技術(shù)發(fā)展將有重要的參考價(jià)值。
　　對(duì)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(jìn)行分析。這些受試者均在我睡眠實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前先經(jīng)鼻插入一條多功能食道導(dǎo)管用于記錄 EMGdi及食道壓，導(dǎo)管深度根據(jù)每個(gè)受試者的實(shí)時(shí)EMGdi信號(hào)進(jìn)行定位；然后在下頜經(jīng)皮插入一對(duì)細(xì)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(jìn)行睡眠分期。記錄開始時(shí)，每個(gè)受試者都先進(jìn)行一系列的用力吸氣動(dòng)作以獲得最大膈肌肌電，并進(jìn)行吞咽動(dòng)作獲取頦舌肌吞咽肌電。其中，8名健康對(duì)照組受試者在睡前接受

11、了一次CO2重復(fù)呼吸試驗(yàn)，記錄EMGgg、EMGdi、食道壓及潮氣量等指標(biāo)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(biāo)。
　　根據(jù)腦電圖、眼電圖、下頜肌電圖進(jìn)行睡眠分期；根據(jù)氣流信號(hào)、睡眠分期判定睡眠狀態(tài)的穩(wěn)定性。對(duì)于對(duì)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(gè)呼吸周期；對(duì)于OSA病人，從清醒期及非快動(dòng)眼睡眠期分別選取約50個(gè)呼吸周期，此外

12、還在每個(gè)病人的數(shù)據(jù)中選取約50個(gè)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(fù)期的9個(gè)位點(diǎn)中選取呼吸周期。我們觀察了以下指標(biāo)的變化：EMGgg的吸氣相峰值（peak EMGgg）及其達(dá)峰時(shí)間（Tgg）、EMGdi的峰值（peak EMGdi）及其達(dá)峰時(shí)間（Tdi）、Tgg與Tdi的比值（Rgg/di）、EMGdi起點(diǎn)與EMGgg吸氣相起點(diǎn)的時(shí)間差(Tonset)、EMGgg峰值與EMGdi峰值的時(shí)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(biāo)。CO2重復(fù)呼吸期間的peak EMGgg、peak EMGdi、食道壓、潮氣量等按照CO2濃度分級(jí)進(jìn)行匯總。
　　我們首先通過最大EMGdi及吞咽EMGgg的對(duì)比判斷肌電信號(hào)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(duì)照組受試者的peak EMGgg在CO2重復(fù)呼吸期間的變化及其與peak EMGdi、Pes指標(biāo)之間的相關(guān)性。對(duì)于睡眠數(shù)據(jù)，我們對(duì)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(shí)相的變化；并將OSA病人在清醒及 NREM期的相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行組內(nèi)及組間比較，同時(shí)，分析 OSA病人的EMGgg相關(guān)指標(biāo)在呼吸暫停全過程的變化。
　　結(jié)果：
　　兩組受試者在睡眠結(jié)構(gòu)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(duì)照組在最大EMGdi、最大食道壓及最大口腔/鼻腔壓等指標(biāo)上均無統(tǒng)計(jì)學(xué)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(hào)是可靠而穩(wěn)定的。
　　在CO2重復(fù)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(fù)呼吸末期（CO2濃度在8.5％～9.0%水平）的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值均顯著高于基礎(chǔ)狀態(tài)。Peak EMGgg與peak EMGdi、食道壓及潮氣量等指標(biāo)之間均有很好的相關(guān)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(diǎn)與EMGdi起點(diǎn)

16、不存在顯著時(shí)相差異。對(duì)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(shí)Tonset比清醒期下降，提示EMGgg吸氣相起點(diǎn)有提前趨勢。peak EMGgg在清醒期與NREM個(gè)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(jìn)入 REM期后EMGg

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

18、g/di與對(duì)照組水平相當(dāng)（0.40±0.09），因此兩組受試者在清醒期的EMGgg峰值時(shí)相提前的程度相當(dāng)。進(jìn)入穩(wěn)定NREM睡眠期后，盡管peak EMGgg較清醒時(shí)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(shí)相較清醒期延后，潮氣量的降低可能與EMGgg峰值時(shí)相的延后有關(guān)。
　　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(diǎn)起顯著低于0，提示EMGgg吸氣相起點(diǎn)比EMGdi起點(diǎn)提前。Tgg從暫停前開始時(shí)進(jìn)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(fù)期Tgg、Tpeak、Rgg/di均恢復(fù)至清醒期水平，提示覺醒效應(yīng)的出現(xiàn)。

20、
　　結(jié)論：
　　細(xì)線電極可以記錄到穩(wěn)定的EMGgg信號(hào)。高CO2刺激能使EMGgg幅值增加，這與吸氣努力的增加有關(guān)。
　　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(diǎn)與EMGdi起點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)。呼吸暫?？墒笶MGgg吸氣相起點(diǎn)比EMGdi起點(diǎn)提前。
　　OSA的發(fā)病與頦舌肌收縮時(shí)相的延遲有關(guān)。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(dá)到吸氣相峰值。正常受試