體表電極代替多導(dǎo)食道電極在睡眠呼吸暫停中的應(yīng)用

張寧 楊禮騰 羅遠(yuǎn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yán)重的不良后果，引起白天嗜睡，生活和工作質(zhì)量下降，認(rèn)知功能的下降，也可對心血管及代謝系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)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(dòng)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(dòng)經(jīng)膈神經(jīng)到膈肌產(chǎn)生電活動(dòng)即膈肌肌電，再通過電-機(jī)械耦聯(lián)，引起膈肌收縮，產(chǎn)生胸內(nèi)負(fù)壓以及肺泡與外界的壓力差，從而氣體進(jìn)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(qiáng)度的呼吸中樞驅(qū)動(dòng)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(zhǔn)確反映呼吸中樞驅(qū)動(dòng)。經(jīng)食道電極可獲得高質(zhì)量膈肌肌電信號(hào)，可準(zhǔn)確評價(jià)呼吸中樞驅(qū)動(dòng)，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(jià)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(dòng)、呼吸中樞驅(qū)動(dòng)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(yàn)已取得廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)(GY20170035)。

1.2 試驗(yàn)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(jì)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(gè)動(dòng)作采集最大自主膈肌肌電，并將EMGdi進(jìn)行標(biāo)化為標(biāo)化后的食道膈肌肌電 (rectified EMGdi，EMGdi%max)。將SEMGdi進(jìn)行標(biāo)化為標(biāo)化后的體表膈肌肌電(rectified SEMGdi，SEMGdi%max)。所有信號(hào)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄，信號(hào)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(huì)指南將腦電圖進(jìn)行睡眠分期。

1.3 試驗(yàn)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(dòng)2期(sleep stage N2，N2)、穩(wěn)定的非快速眼動(dòng)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(gè)低通氣)的呼吸中樞驅(qū)動(dòng)及潮氣量 (tidal volume，VT)。選取時(shí)避開體動(dòng)、微覺醒、食道蠕動(dòng)等干擾，且氣流信號(hào)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(dòng)在SNORING 期高于HYPOPNEA，呼吸中樞驅(qū)動(dòng) 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(gè)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(dòng)

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(dòng)有效性

圖5 用VE/SEMGdi%max評估不同睡眠期呼吸中樞驅(qū)動(dòng)有效性

表1 受試者在不同睡眠期呼吸中樞驅(qū)動(dòng)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(dòng)有效性及上氣道阻力 (±s)

注：EMGdi%max為標(biāo)化后的食道膈肌肌電；VT 為潮氣量；SEMGdi%max為標(biāo)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(shí)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(dòng)是指呼吸中樞發(fā)出的激發(fā)呼吸肌收縮的神經(jīng)沖動(dòng)[5]。很多方法可用于評價(jià)呼吸中樞驅(qū)動(dòng)。VE、VT 在一定程度上可評價(jià)呼吸中樞驅(qū)動(dòng)，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(xiàng)間接反映呼吸中樞驅(qū)動(dòng)的指標(biāo)，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(dòng)。吸氣0.1 s時(shí)口腔壓是評價(jià)呼吸中樞驅(qū)動(dòng)的常用指標(biāo)，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(hào)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(dòng)，高質(zhì)量膈肌肌電信號(hào)可準(zhǔn)確評價(jià)呼吸中樞驅(qū)動(dòng)[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(shí)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(zhǔn)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(shí)施的優(yōu)點(diǎn)，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(hào)強(qiáng)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(hào)記錄系統(tǒng)抗干擾性能的改善，體表肌電信號(hào)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(hào)質(zhì)量，對側(cè)電極仍可記錄到信號(hào)，背側(cè)及腹側(cè)的記錄電極可使患者在仰臥或俯臥位時(shí)不會(huì)因電極受壓而影響信號(hào)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(hào)。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(jìn)入N2 期EMGdi%max 和SEMGdi%max 增 加，并 且 在SNORING 期呼吸中樞驅(qū)動(dòng)進(jìn)一步增加，但在HYPOPNEA 期呼吸中樞驅(qū)動(dòng)卻有所下降。和低通氣期比較，PREAPNEA 期的呼吸中樞驅(qū)動(dòng)高于低通氣期。

呼吸中樞驅(qū)動(dòng)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(bào)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(fù)壓減弱，為維持足量通氣，呼吸中樞驅(qū)動(dòng)代償性增高，呼吸中樞驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)的有效性就越大。

OSA 是一種異質(zhì)性疾病[13]，發(fā)病機(jī)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(kuò)張肌神經(jīng)控制失調(diào)，咽部擴(kuò)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(bào)道部分患者咽部擴(kuò)張肌對神經(jīng)驅(qū)動(dòng)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(bào)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(bǔ)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(fù)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(dòng)較大波動(dòng)之后，在隨后覺醒后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低呼吸中樞驅(qū)動(dòng)。我們的結(jié)果表示OSA 患者進(jìn)入睡眠后呼吸中樞驅(qū)動(dòng)增高，上氣道阻力增高，呼吸中樞驅(qū)動(dòng)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(dòng)上調(diào)，咽部擴(kuò)張肌反射性激活，咽部擴(kuò)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(dòng)進(jìn)一步增加，咽部擴(kuò)張肌進(jìn)一步對抗塌陷阻力(比如增加的呼吸中樞驅(qū)動(dòng)使氣道內(nèi)負(fù)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(dòng)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(gè)低通氣，實(shí)際上也是過渡通氣之后的低通氣。PREAPNEA 期呼吸中樞驅(qū)動(dòng)有效性進(jìn)一步下降，上氣道阻力進(jìn)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(dòng)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(dòng)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(fù)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