抽象
利用强迫振荡技术(FOT)测量呼吸阻抗可以很容易地评估睡眠呼吸暂停/低呼吸综合征(SAHS)中的上呼吸道阻塞。该方法被认为是一种有用的临床工具,用于诊断睡眠呼吸障碍和持续气道正压(CPAP)滴定。然而,以往的研究表明,上气道高频压力振荡的应用可引起脑电图或上气道肌肉功能的改变。观察临床睡眠研究中FOT测量对上气道肌张力和脑电图的影响。纳入7例中度SAHS患者(年龄:54±11岁;呼吸暂停/低呼吸指数:43±21例·h−1;体重指数:30±2 kg·m−2)。Genioglossus surface electromyogram activity (EMGgg) and EEG signal were analysed with and without FOT application (frequency: 5 Hz and 30 Hz; peak-to-peak pressure oscillation: 1 cmH2O)在稳定睡眠期间。测量在两种不同的情况下进行。步骤1:在发生阻塞性事件或血流受限时应用FOT;第二步:在正常呼吸的长时间内达到最佳CPAP。对脑电图信号进行了EMGgg活动均方根和快速傅立叶分析(alpha和delta波段)。
在所有研究的情况下,FOT的应用都没有增加EMGgg活性。此外,没有证据表明:alpha/delta关系:清醒:0.70,基线睡眠:0.13,FOT(5 Hz):0.18, FOT(30 Hz):0.11。
所呈现的结果表明,在频率范围内使用强迫振荡技术,并提出了振幅为临床睡眠研究并没有引起上气道肌肉活动和睡眠呼吸暂停/低通气综合征的改变神经变量的患者。
本研究获得了CICYT (SAF99-0001)、DGESIC (PM98-0027)和SEPAR 1999基金的资助。
强迫振荡技术(FOT)是一种简单和无创的方法,允许在睡眠期间连续在线监测气流阻塞,即使在没有气流的情况下,如在呼吸暂停时。FOT已被应用于睡眠呼吸暂停/低呼吸综合征(SAHS)患者的临床诊断研究[1-4]和持续气道正压(CPAP)滴定研究[5,6],结果令人鼓舞。
上呼吸道是一个复杂的结构,其功能特性至今仍不为人所知。对压力变化的反应可能在睡眠呼吸周期内保持上呼吸道通畅中发挥重要作用[7-10]。高频振荡压力的影响之前主要在动物身上研究过,也在睡眠中的人身上研究过[11-14]。在实验条件下,高频振荡似乎诱发了上呼吸道肌肉活动的增加。其机制可能是通过对肌肉活动的输入直接激活局部受体。然而,方法论的人工制品也必须被考虑,因为它们不容易避免,并可能导致不可见的睡眠碎片和神经唤醒[14]。在广泛应用FOT在睡眠研究中,调查是为了验证低频和低振幅振动应用在常规的测量气道阻塞对上呼吸道明显没有任何影响,上呼吸道肌肉肌电图和脑电图(EEG)在临床设置严重患者睡眠呼吸暂停综合症。
方法
7例男性患者,最近经全多导睡眠描图(PSG)诊断为中度至重度SAHS(年龄:54±11岁);呼吸暂停/低呼吸指数:43±21例·h−1;体重指数:30±2 kg·m−2)进行了研究。本研究经医院临床人类伦理委员会批准。所有受试者均获得知情的书面同意。研究在CPAP常规PSG设置下进行,包括连续监测脑电图(O4/A1, C3/A2)、膝舌肌肌电图(EMGgg)和眼电图,根据标准标准进行睡眠分期。动脉氧饱和度用手指探针和脉搏氧饱和度计连续测量(504重症监护系统公司,Waukesha, WI, USA)。胸腔和腹部运动由放置在胸腔和腹部的条带监测(努力带;5703-X, Nellcor Puritan Benett公司,明尼阿波利斯,明尼苏达州,美国)。使用位于鼻罩和传统泄漏阀之间的fleisch型肺测量仪对气流进行评估,并连接到差压传感器(±2 cmH)2O;(美国加州北岭,Validyne, MP54)。从面罩的一个出口获得鼻压,并用类似的压力传感器(±22 cmH)测量2O;MP45 Validyne)。这些信号被连续记录在测谎仪上(德国耶格尔市,sleepplab 1000P)。睡眠阶段根据Rechtschaffen和Kales[15]标准确定,觉醒的存在根据美国睡眠障碍协会[16]的建议定义。微觉醒遵循相同的标准,但持续时间≥1.5 s,并与EMGgg活动相关[17,18]。另外,通过对信号的快速傅里叶频率分析对脑电图信号进行分析[19,20]。EMGgg是用表面电极在下巴上方和下方的内侧进行记录。原始肌电图(EMG)信号由P55交流前置放大器(Grass instruments Co., West Warwick, RI, USA)采集,以30 - 1000 Hz带通滤波,以2500 Hz的采样率放大和数字化。脑电图信号、EMGgg、气流和CPAP压力也被记录并存储在CODAS系统(Dataq Instruments Inc.)进行进一步分析。美国阿克伦,哦)。
刺激
振荡压力刺激是一种产生的压力波,其基本设置与本研究小组在FOT指导下的CPAP滴定研究中所描述的相同[1-3]。此设置允许CPAP设备的应用程序对睡眠变量进行规范化。1 cmH高频振荡压力2由扬声器产生的振幅峰到峰的O值。在临床研究中,振幅通常设置为1 cmH2O和振荡频率在5赫兹,因为在一个模型研究[1]中,这个频率优化了系统对障碍物的灵敏度以及时间分辨率。在本研究中,在相同的压力幅值1 cmH下,分别测试了5 Hz和30 Hz2O.通过此设置,两者振荡和CPAP压力可以开启或关闭自动由研究者从患者的房间外转动。因此,设定可以考虑无噪声,从而减少可能与环境有关的觉醒和方法的人工制品。
协议
所有受试者在研究开始前8小时到达睡眠单元。对他们进行CPAP训练,选择最合适的口罩。一旦该设置被实施和测试,EMGgg清醒时的最大值被记录下来,并与自愿收缩操作(舌头对阻力的突出)的活动被验证。然后让所有受试者以自己喜欢的姿势睡觉。在达到稳定的睡眠状态之前,不施加任何刺激(尽管存在继发于阻塞性事件的短暂性觉醒,但仍持续10分钟II期或三角洲睡眠)。所有患者都在非快速眼动睡眠中进行研究。振荡刺激应用于以下两步程序。步骤1:在阻塞性事件和/或血流限制期间;步骤2:在无流量限制的最优CPAP条件下连续20 s。
分析
EMGgg活度以原始信号均方根(RMS)计算,并以任意单位(mean±sd)表示。在阻塞性事件或流量受限期间,将振荡时的呼吸均方根与振荡前和刺激后的呼吸均方根进行比较。在CPAP期间,将压力振荡时的EMGgg均方根值与振荡前相同时间内的EMGgg均方根值进行比较。在每种研究情况下至少进行4次应用(每个受试者16次应用:5hz和30hz,阻塞性事件和最佳CPAP)。每个基线或刺激值的结果是四次试验的平均值。在四次试验中分别计算基线和压力振荡刺激之间的个体变化百分比,最后计算这些变化百分比的平均值。
对脑电图信号进行了视觉检查。脑电图的完整评估,快速傅里叶光谱信号进行的分析,比较α(8 - 12 Hz)的振幅和δ(0.2 4赫兹)乐队的信号,没有FOT应用于最优CPAP没有流量限制(步骤2),配对t被用来比较基线和在频率刺激的结果。假设检验在p<0.05时显著。
结果
在5赫兹和30赫兹的压力振荡,应用于阻塞性事件和最佳CPAP。在视觉上回顾EMGgg和EEG的痕迹,并没有发现强迫振荡引起的膝舌肌活动有任何变化。对EMGgg信号的均方根进行了测量,验证了视觉效果。表1详细列出了每个患者在两种应用情况下的两种频率的数据⇓。The mean absolute changes in EMGgg activity (expressed as a percentage) during obstructive events were −2.75±7% (5 Hz) and −0.30±5% (30 Hz). A representative example of the application of FOT during apnoea can be seen in figure 1⇓。在任何情况下,压力振荡都不会导致气流的恢复或对阻塞事件的长度有任何影响。在不影响EMGgg和EEG的情况下,FOT也被应用于血流限制期的灵感激发。图2中可以看到一个示例⇓。最后,图3⇓表明在最佳CPAP条件下延长FOT应用时间对这些信号无影响。
从患有睡眠呼吸暂停/低通气综合征患者压缩多导睡眠图跟踪。a)和b)示出脑波的2个信道(EEG)。c)和d)示出舌肌肌电(EMGgg1)和胸锁乳突肌肌电(EMGgg2)表示。e)和f)示出了流量(呼吸速度描记)和压力在鼻腔分别掩模。期间阻塞性呼吸暂停强迫振荡中的应用;the oscillation at a frequency of 5 Hz can be seen in the pressure signal in the first of two consecutive apnoeas. Forced oscillation technique (FOT) did not result in an increase in EMGgg activity or affect the length of obstructive events. The horizontal bar in f) indicates application of FOT during 8 s.
![图2. -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/18/2/335/F2.medium.gif)
次优连续气道正压通气(CPAP)下的流量限制条件。在吸气时采用强迫振荡技术(FOT),但对a)和b)脑电图(EEG)及c)和d)肌电图(EMG)无明显影响。箭头表示FOT。
![图3. -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/18/2/335/F3.medium.gif)
在最佳持续气道正压(CPAP)强迫振荡技术(FOT)的延长应用。肌电在C(EMG)信号)和d)示出了在次优的CPAP呼吸受阻过程中的增加的活性。一旦最佳治疗压力取得的EMG活动(c)和d))减小到最低程度。The horizontal bar in e) indicates application of FOT during 15 s. EEG: electroencephalogram.
对脑电图信号的视觉回顾显示,FOT似乎没有引起觉醒或微觉醒。进一步采用快速傅里叶变换对脑电图进行分析,对两通道脑电图进行分析,并将刺激前20秒与后续20秒在最佳CPAP稳定睡眠状态下连续应用FOT进行比较。在此分析中,未发现对脑电图影响的证据:醒时alpha/delta睡眠关系:0.70;基线睡眠:0.13;FOT(5赫兹):0.18;FOT (30 Hz): 0.11。图4⇓显示分析的两个脑电图通道在基线睡眠和在5赫兹和30赫兹刺激下的alpha/delta比率的绝对结果。
![图4. -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/18/2/335/F4.medium.gif)
Electroencephalogram analysis with the fast Fourier transformation comparing the 20 s prior to stimulation with the following 20 s under continuous forced oscillation technique (FOT) application in stable sleep at optimal continuous positive airway pressure. Error bars: sem. ns: nonsignificant. **: p<0.01.
讨论
在本研究中,高频振荡并没有导致EMGgg活性的增加,也没有促进上气道阻塞的解决。对脑电图信号进行频率分析,未见神经激活迹象。这些发现与FOT的临床经验一致[3-5]。无论有无CPAP,使用FOT对上呼吸道或脑电图均无显著影响,但在SAHS受试者中未观察到。然而,以往的研究旨在评估FOT在睡眠研究中的适用性,并没有特别关注高频压力振荡对上气道的可能影响。
强迫振荡对上呼吸道肌肉活动的影响不足,在某种程度上可以认为与其他组的结果相矛盾。这些研究大多是在长期气管造口的犬中进行的[11-13]。这些实验条件与人类临床睡眠研究非常不同。然而,Henke和Sullivan[14]已经显示了在睡眠中的人,无论是在健康的受试者还是阻塞性睡眠呼吸暂停[14]患者中肌电激活的证据。直接导致上呼吸道肌肉激活的觉醒或微觉醒的存在可能是这些不同结果的一个解释。在这项研究中,那些促进立即唤起的试验被丢弃,但是那些在刺激后不久发生唤起的试验被纳入分析。事实上,作者清楚地指出,观察到的反应可能是由于短暂的觉醒。目前的设置被认为改进了以前的方法,因为它是完全自动化的。强制振荡通过一个无噪声的扬声器平稳地进行,所有的设备都从另一个房间远程操作,从而尽可能减少方法上的人工操作和唤醒的可能性。因此,在目前的调查中,可见觉醒或微觉醒后的应用强制振荡是绝对罕见的。 Frequency analysis with the fast Fourier transformation confirmed that neurological activation was not present. Thus, in the absence of arousal and microarousals no evidence of direct effects of FOT on the upper airway muscles was found. In this investigation, surface EMG electrodes, which can be considered to be less sensitive than invasive wire electrodes, were used. However, it is felt that the quality of the signals obtained in the present study allows for a reliable interpretation. As can be seen in the figures provided, the electrodes accurately tracked EMG activation, not only during maximum voluntary contraction manoeuvres, but also at suboptimal CPAP and during snoring.
为了这项研究的目的,强迫振荡的影响被检查在频率为5 Hz和振幅为1 cmH2O.这些值被发现提供了对气流阻塞的敏感性和时间分辨率之间的最佳平衡,并被建议用于临床研究[1]。此外,为了重现亨克和沙利文的研究方法,还对30hz进行了测试。[14]。很明显,施加于上呼吸道的较大压力波动将导致局部机械感受器和传入通路的激活增加。事实上,所有已发表的证实肌肉激活的动物模型研究所应用的压力振幅都比本研究大,范围为2-4 cmH2为了确定响应的阈值,测试更广泛的频率和振幅范围将是很有趣的。然而,这超出了本研究的范围,因为目的是测试FOT在睡眠研究中的临床有效性。
本研究的另一个潜在的限制可以涉及包括人口。所有患者有中度至重度睡眠呼吸暂停,并没有被用CPAP治疗之前。此外,所有的人超重或肥胖呈现。这两个条件已经与上气道以不同的刺激[21,22]的损害应答有关。因此,可能的是,这些患者可能有较高的响应阈值的高频压力振动刺激。要回答这个问题,需要从正常人口显著样品作进一步的调查。
当在呼吸暂停期间施加强迫振荡压力时,刺激只会到达阻塞点以上的上气道。本研究的研究对象包括最佳CPAP下的阻塞性呼吸和非阻塞性呼吸。纳入最佳CPAP的试验有两个原因。首先,在之前的研究中发现,用FOT得到的气流阻塞量可以用于CPAP滴定。其次,在最佳CPAP下,压力振荡作用于整个气道,从而刺激阻塞部位下方的机械感受器。报告的结果是一致的,没有证据表明上呼吸道肌肉激活在任何研究情况下被发现。
这项研究的结果表明,在临床研究中用于评估气流阻塞的强迫振荡技术不会增加睡眠呼吸暂停/低呼吸综合征患者的上呼吸道肌张力或导致神经活动。
致谢
作者要感谢A.G.十对她在她的技术援助脑波分析和M.普格援助。
- 收到2000年9月28日。
- 接受2001年3月20日。
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