文摘
肌萎缩性脊髓侧索硬化(ALS)是一种神经退行性疾病导致隔膜的弱点,可以部分地补偿由吸气颈部肌肉招聘。在睡眠时消失,兼容皮质贡献开车去呼吸。我们提出,ALS患者呼吸衰竭表现出呼吸相关大脑皮层活动,缓解由无创通气(18)和呼吸困难有关。
我们研究了14 ALS患者呼吸衰竭。脑电图仪的录音(脑电图)和肌吸气颈部的肌肉进行的录音在自主呼吸和和合。呼吸困难是评估使用多维呼吸困难。
八个病人表现出缓慢脑电图消极前灵感(pre-inspiratory势)在自主呼吸。Pre-inspiratory势中减毒和合(p = 0.04)。病人没有pre-inspiratory潜力提出了更高级形式的ALS和更严重的呼吸障碍,但不太严重的呼吸困难。患者pre-inspiratory势强吸气颈部肌肉活动和更严重的呼吸困难在自主呼吸。
ALS-related隔膜弱点可以参与皮质资源增加神经开车去呼吸。这可能反映了一种代偿机制,与呼吸困难的强度消极的后果。疾病进展和相应的神经损失可以废除这一现象。一个假定的认知成本应该调查。
文摘
醒着的ALS患者呼吸衰竭动员皮质资源保持呼吸;呼吸困难是赎金http://ow.ly/XGhaf
介绍
肌萎缩性脊髓侧索硬化(ALS)是一种神经退行性疾病的特点是进步的上、下运动神经元的损失,导致浪费的骨骼肌,包括呼吸肌肉。呼吸肌肉无力损害生活质量与睡眠呼吸障碍和呼吸困难1,呼吸衰竭是ALS-related死亡的主要原因2,3]。
ALS-related退行性过程包括所有呼吸肌肉群,随之而来的吸气和呼气肌肉无力。这减少了通气能力和呼吸力学恶化,主要通过咳嗽的障碍,导致气道粘液累赘和肺不张。因此,负载能力不平衡发展,与膈肌功能障碍的迹象是这种疾病的一个重要特征。ALS患者隔膜的弱点往往表现出强烈的吸气颈部肌肉招聘在清醒(4,5),在本质上是解释为补充。这个活动睡眠减少或消失,导致肺换气不足(6]。在其他wakefulness-dependent呼吸现象的情况下,可以提出,吸气肌肉招聘在觉醒所得神经皮质贡献开车去呼吸。提出了一个类似的假设来解释维护通风在清醒患者缺陷自动呼吸,如患有先天性中央肺泡肺换气不足由于PHOX2B突变(7]。在这样的病人,脑电图仪的录音(脑电图)寿命及其自然通风的活动证明具体pre-inspiratory势像那些观察到在准备和执行自愿的运动(7]。在健康的人,通常是没有呼吸相关大脑皮层活动在安静的呼吸,这意味着pre-inspiratory势不能发现在这种情况下。他们出现在一个机械的存在吸气负载(8,9],反映呼吸系统的激活和后续automatisation cortico-subcortical网络涉及辅助运动区(SMA) [10]。上下文中的内在吸气加载,他们已经观察到在正常呼吸的病人患有严重的阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(11),并被解读为导致上呼吸道阻塞性事件在清醒的缺失。
因此我们提出,一些ALS患者呼吸衰竭表现出呼吸相关大脑皮层活动pre-inspiratory势的形式,一个活动将被废除或减毒的无创性通气。我们预期异构发现因为ALS-related皮质退化的可能的混杂因素。因为pre-inspiratory势的存在与呼吸道不适反应呼吸装熊关系(8,12),我们也预测,假定的呼吸相关大脑皮层活动会影响呼吸困难。
材料和方法
病人
这项研究是在家中进行机械通风装置呼吸医学部门的一个1600个床位的高等大学医院。这个单位是ALS的本地引用多学科中心的一部分。这项研究是按照指南进行《赫尔辛基宣言》的和是一个实验性的一部分计划通过适当的法国监管和道德权威(拉西德保护des人)。患者接受有关方法的详细信息,并提供了书面同意参加。确切的研究的目的是解释测量完成后,确保参与者尽可能天真,避免偏见。入选标准如下:1)疑似或确诊ALS根据修改后的El堆渣场标准(13];2)公开的呼吸衰竭与清晰的招聘吸气颈部肌肉在安静的呼吸,至少在仰卧位;和3)先前建立和合。排除标准如下:1)共存的其他呼吸系统诊断;2)累计烟草消费> 10久;3)急性呼吸道症状的历史在过去6周;4)严重认知障碍;和5)终末期疾病。
考虑到探索性研究的本质,没有统计进行动力计算,研究了14个病人的便利样本(表1)。两名患者有一个初始球形式的肌萎缩性侧索硬化症,一人一个最初的呼吸形式。所有患者接受50毫克利鲁唑每日两次。没有gastrostomised。箴设置如下:积极17而言不啻吸气压力2O (14- - - - - -20.),8而言不啻积极呼气压力2O (4- - - - - -10)和后备呼吸速率14 bpm (12- - - - - -16]。
试验协议
患者学习坐姿,提供全力支持,手臂、脖子和头部。在整个实验中,他们看到一个情感中立的电影(如。动物的纪录片)或电视节目从试验装置分散他们的注意力,从他们的呼吸。他们指示可以放松一下,但要睁大眼睛,以避免任何风险入睡和减少眼球运动。
通气的变量,肌电图(emg)和脑电图首次被记录在自发的室内空气呼吸然后和合(恒星,spontaneous-timed压力支持模式;ResMed, Bella Vista,澳大利亚)。在这些情况下,前10分钟被丢弃,以便稳定,和20分钟后继续进行分析。两者之间有∼5 - 10分钟录音。
测量
通气的变量
在自主呼吸,通过鼻插管通气气流被记录连接到±2而言不啻2O线性微分压力传感器(DP-45-18;美国Validyne北岭,CA)。之所以选择这种方法来减少apparatus-related吸气加载和apparatus-related关注呼吸,这两个因素是容易引起出土文物呼吸相关大脑皮层活动(见讨论(12])。
箴期间,受试者通过相同的面罩呼吸像以前在家里(在所有情况下QuattroFX;ResMed)连接到呼吸机和连接在系列低阻pneumotachograph连接到±2而言不啻2O线性微分压力传感器(DP-45-18)来衡量通气的气流。使用±140而言不啻气道压力测量2O压差传感器(DP 15-32;Validyne)。
呼吸困难
呼吸困难是多维呼吸困难的评估使用法语版本配置文件(MDP)每次录音(自主呼吸和NIV),病人被要求专注于过去30年代在每种情况下(14]。这个问卷包含11项:一项(A1)评估呼吸困难的不愉快一个清廉的视觉模拟评分(从“中立”到“无法忍受”);五项评估呼吸困难的感觉维度的质量和强度(清廉);和五项评估呼吸困难的情感维度的质量和强度(清廉)。我们计算一个“立即感知域”得分(S)的总和A1强度和强度的五感官描述符和一个“情绪反应域”得分(A2)的总和五情感描述符(14,15]。
脑电图仪的活动
使用活性表面电极放在头皮脑电图记录位置Fp1 Fpz, Fp2, F3, F4, Fz, Fcz, C3, C4、Cz, P3和P4国际10 - 20电极位置系统的基础上使用12-electrode帽安装应用程序后导电凝胶(EasyCap;脑产品,Gilching,德国)。电极阻抗在< 5 kΩ监控和维护。在2000 Hz EEG信号数字化,记录使用V-Amp软件(大脑的产品)和过滤(0.01 - 5赫兹)。脑电图数据存储进行离线分析。
表面肌吸气颈部肌肉的录音
表面的录音吸气的EMG活动颈部肌肉得到使用一对银杯电极放置在中间不等边三角形的解剖学标志,锁骨上方2厘米。EMG信号是一个放大器(Neuropack肌电描记器;日本Kohden、东京、日本)2千赫采样率和过滤20至3000赫兹。脑电图在2赫兹数字化和存储为离线分析(LabChart 7.0版本;广告工具,英国牛津大学)。
信号处理
脑电图仪的数据
离线,EEG信号的平均被引用的电极。EEG分成3 s时代从2.5到0.5之前年代的灵感,决定从流跟踪。基于先前的实验(16),我们已经确定,平均∼80时代必须清楚识别pre-inspiratory潜力,这就需要录音∼120时代占拒绝标准。脑电图记录因此持续≥120年底呼吸稳态周期。所有时代展示脑电图文物,虚假的脑电图活动超过20%的基线背景信号或强烈electro-oculographic活动被丢弃(中等废品率38% [21- - - - - -39])。平均轮廓,缓慢-之间的转变开始2和0.5年代的灵感被确认为pre-motor活动基于视觉检查两个观察员蒙蔽记录状态。差异是解决三分之一的观察者,也蒙蔽录音状态。当pre-inspiratory潜在被认为是存在,其斜率,振幅和曲线下的面积(AUC)测定。最后,患者分组的存在与否pre-inspiratory势在自主呼吸,和逐点详述的系综平均过程是这些团体之间进行的。
统计分析
使用SigmaStat执行统计分析软件(Systat软件公司,圣何塞、钙、美国)。因为数据分布一般非正态(Kolmogorov-Smirnov测试),总结了中位数和四分位范围的数据,并使用非参数测试。pre-inspiratory势的发生在自主呼吸和和合使用确切概率法进行了比较。自主呼吸和和合比较而言存在pre-inspiratory潜力使用Wilcoxon符号秩检验。病人表现出pre-inspiratory势,那些没有表现出pre-inspiratory潜力比较使用Mann-Whitney紫外线测试。呼吸困难评分之间的关系和吸气颈部肌肉肌电图检查使用斯皮尔曼相关系数值。比较p < 0.05时被认为是重要的。
结果
呼吸相关脑电图活动
Pre-inspiratory皮层电位出现在Cz推导在8个病人自发呼吸和休息没有其余6例(无花果1- - - - - -3)。仍然只有两个八个病人表现出pre-inspiratory势在和合(或7.4,95%可信区间1.0 - -92.8;p = 0.046) (无花果1和3)。在这两种情况下,持久pre-inspiratory潜力降低了振幅(2.13µV在自主呼吸与1.43期间µV和合在一个案例中;5.51与1.45µV在其他情况下)。平均脑电图活动曲线下的面积也减少了(1601与798年µV2和3627年与865年µV2),就像pre-inspiratory势的斜率(0.0024与0.0015µV.s−1和0.0016与0.0008µV.s−1分别)。
吸气颈肌EMG活动
相位的吸气活动清晰可见在几乎所有的肌电图记录在自主呼吸(13 14个病人;电干扰预防分析在一个案例中)(无花果1和2),这是一般不是在健康的人。吸气颈部肌肉肌电图活动期间完全或几乎完全废除和合(图1和表2)所有的病人,包括两个病人表现出pre-inspiratory潜在在自主呼吸和人和合并非完全消失,这与潜力。
呼吸困难
评级中描述的MDP组件图4。在自主呼吸患者报告强烈的呼吸困难;“饥饿”和“工作和努力”最常用的感官描述符,和“焦虑”的情感描述符最常用。新和合本几乎完全缓解呼吸困难(图4和表3)。值得注意的是,大多数病人认为这毫无意义的回答5后的“情感”的问题,因此没有这些项目(前/后数据图4)。
在人口的整体研究中,一个重要的之间的相关性观察NIV-related A1分数的减少EMG MDP和相应的减少AUC×fR产品(图5)。没有其他相关之间观察到任何呼吸困难评分(以及它们的变化)和吸气颈肌EMG活动(及其变化)。
讨论
符合我们的假设,这项研究表明,ALS患者呼吸衰竭,在某些情况下,展览期间呼吸相关大脑休息的呼吸。这个活动与更强烈的呼吸困难,消失在和合。
类比与吸气加载
休息通风通常是脑干的控制下自动神经活动(19]。Cortico-subcortical网络允许中断期间通气自动性自愿呼吸暂停(20.),自愿呼吸(40,41)或演讲(42]。实验研究表明,这些网络,构成SMA (10,43吸气[],成为活跃在回应8,10)或呼气约束(12),包括皮质自动性(10]。这导致brainstem-cortex合作的概念来维持足够的通风。患者先天性中央肺泡肺换气不足,它假定皮质驱动呼吸证明在清醒补偿缺乏脑干呼吸中枢模式发生器,有助于维护通风在清醒(7]。患者严重阻塞性呼吸暂停,假定皮质驱动呼吸有助于克服上呼吸道阻力增加,从而解释了没有上呼吸道崩溃在清醒(11]。患者患有肌萎缩性侧索硬化症(本研究),皮质驱动呼吸可以弥补隔膜弱点通过招聘吸气肌肉除了隔膜,那就是皮质驱动(至少部分)。这是支持的事实,我们的病人表现出pre-inspiratory潜力有更高的比那些没有吸气肌肉活动(表2)。更重要的是,它还支持通过和合废除这一事实或明显减毒pre-inspiratory势当礼物(无花果1- - - - - -3)。这建立因果关系对于呼吸的观察到大脑皮层的活动。值得注意的是,虽然所有的病人表现出吸气颈部肌肉招聘,14名患者中只有八pre-inspiratory潜力。这可能表明我们的脑电图检测方法是不够敏感pre-inspiratory势在某些情况下,或者是其他皮层机制在起作用。这也可能意味着cortico-subcortical合作只有一个可能的途径在ALS补偿呼吸神经可塑性。其他可能的途径可能包括脑干可塑性,允许保留髓前运动神经元的输出增加覆盖的影响呼吸运动神经元数量减少,或“再分配”的下行神经驱动extradiaphragmatic吸气肌肉(即。颈部肌肉和肋间的)来弥补损失的膈运动神经元(44,45]。
异质性患者中
Pre-inspiratory潜力存在于8个病人和缺席六个。虽然这并没有转化为一种生存差异,患者没有表现出pre-inspiratory势更严重的运动损伤,疾病持续时间更长和更严重的呼吸道肌肉无力(表1)。在这些患者中,缺乏呼吸相关大脑皮层活动可能是由于疾病进展,导致丢失先前建立的神经可塑性。异常招聘非基本运动区域,包括SMA、被描述在ALS患者人工任务(21- - - - - -24,46),但这些变化不是观察患者的更高级形式的疾病。这是归因于运动神经元损失,这可能超出初级运动皮层和涉及SMA。同样,运动的电生理基质制备先进的ALS患者改变(25,运动前区势更严重减毒ALS患者强烈的痉挛状态(26]。此外,我们的病人没有pre-inspiratory势和合每天长时间使用(表1)。机械通风已表现出强烈抑制隔膜运动皮质兴奋性在健康受试者43和慢性阻塞性肺疾病患者27]。它可以假定和合本身可能有一个长期的抑制作用呼吸相关皮层活动在我们的病人。最后,pre-inspiratory势的存在与否可能反映了脑电图ALS表型异质性的生物标志物28]。
影响呼吸困难
图5描绘了一个相关性NIV-induced缓解呼吸困难和NIV-induced降低吸气颈部肌EMG活动。这种关系将基于实验(29日和临床30.)数据。这里,它主要是由病人的数据展示pre-inspiratory潜力。这些患者比那些没有经历过更严重的呼吸困难pre-inspiratory势(表3),尽管呼吸肌肉力量不严重改变和神经损伤症状不明显(表1)。这支持呼吸相关大脑皮层活动可能是呼吸困难的决定因素之一,这一概念已经提出了实验研究的基础上(8,12]。目前的数据表明,这种关系也可以存在于一个临床呼吸困难。在这个视图中,会出现呼吸困难的负面后果的皮质补偿膜片的弱点。这些病人没有pre-inspiratory势不气喘,这将意味着消失的呼吸困难与时间将ALS的不良预后。
一个可能的解释呼吸困难和呼吸相关皮层活动之间的关系依赖于呼吸困难的“推论放电”理论31日]。这个理论涉及到全球汽车呼吸之间的不平衡输出为“复制”到大脑皮层和呼吸道传入。从这个角度看,SMA的有趣的是,这是最有可能参与的起源pre-inspiratory势(10,32),接收呼吸道传入纤维(33,34)和参与预测的感觉运动的后果35]。另一个可能的解释包括SMA和边缘皮层之间的连接(36],也收到呼吸道传入[37和明显的发病机制涉及吸气loading-related呼吸困难(38]。值得注意的是,皮质的激活增加参与运动准备被描述在ALS手动任务,以及解释造成补偿神经可塑性(见前)(21- - - - - -24,46]。它已经增加活动前脑岛(46]。
研究的局限性
本研究的主要局限是体积小的人口及其非常特殊的性质(即。ALS患者的呼吸衰竭)。我们承认这可能减少generalisability我们的结果。进一步研究神经皮质的贡献推动呼吸患者应进行早期形式的肌萎缩性侧索硬化症。此外,纵向研究是必要提供相关图片,更清楚地了解这一现象可以解释某些特性的ALS-related呼吸衰竭和确定这些发现是否具有预后或实际意义(如。指导和合管理)。与此同时,我们相信我们的结果概念验证,可以存活率存在价值。
视角
这项研究提供了小说在ALS-related呼吸衰竭、呼吸控制的信息,因为它演示了一个神经皮质贡献开在一些病人呼吸,表明这贡献在呼吸困难的发病机制中发挥作用。针对与睡眠有关的皮层连接故障(39),这些结果是高度相关的呼吸相关改变睡眠质量是典型的肌萎缩性侧索硬化症。他们也可以开放创新研究关于ALS-related认知障碍的途径。首先,某些形式的认知障碍ALS-related最近相关功能异常在背内侧和背外侧前额叶皮层和SMA (47)改变amygdala-SMA连接(48]。其次,认知和执行性能之间的关系和呼吸相关大脑皮层活动和连通性是记录在一个病人患有先天性不足,表现出pre-inspiratory势在清醒(7),获得更好的结果在心理测试在机械通气比自主呼吸(49]。需要动员SMA保持通风不仅会加重呼吸困难,但也可能影响认知能力的存在既存ALS-related SMA功能障碍,甚至更简单,与电动机性能(50]。这些假设可以通过评估测试和合认知和运动性能的影响。
脚注
本文根据修正修正发表在2016年8月出版的欧洲呼吸杂志。
编辑评论欧元和J2016;47:1632 - 1634。
支持声明:这项研究是由公共资金支持,包括“腿Poix”拨款Chancellerie de巴黎因为学校授予anr - 11 -艾玛- 030 - 01年国家科学和法国政府Investissement d ANR-10-AIHU 06的未来的计划。为这篇文章一直存放在资助信息FundRef。
利益冲突:没有宣布。
- 收到了2015年10月11日。
- 接受2016年1月19日。
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