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摘要
背景下颌前进夹板(MAS)改善阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)的机制尚不清楚。本研究旨在通过评估MAS对OSA患者上呼吸道结构的影响来评估其作用机制。
方法患者从睡眠障碍诊所招募，使用定制的MAS进行治疗。在有和没有MAS的情况下，在清醒的仰卧位上气道进行MRI检查。
结果我们招募了69名OSA患者。MAS治疗使呼吸暂停-低通气指数(AHI)从27.0±14.7次/h降低到12.2±12.5次/h (p<0.001)。随着下颌骨的推进，气道总容积增加(16.5±0.7 cm)3.Vs 18.1±0.8厘米3.；P <0.01)，主要是因为腭咽体积增大(5.7±0.3 cm)3.Vs 6.5±0.3厘米3.；p < 0.001)。气道口径的增加与下面部前高度的增加相关(6.8±0.1 cm vs 7.5±0.1 cm;P <0.001)，舌骨与鼻后棘之间的距离缩短(7.4±0.1 cm vs 7.2±0.1 cm;P <0.001)，咽旁脂肪垫侧向远离气道(右侧咽旁脂肪垫0.17±0.02 cm;左侧咽旁脂肪垫0.22±0.02 cm)，舌底肌前动(0.33±0.03 cm)。对MAS治疗有应答者和无应答者的亚分析显示，上呼吸道口径随下颌骨进展的增加仅发生在应答者中。
结论这些结果表明，MAS的作用机制是增加上呼吸道的体积，主要是通过增加腭咽的体积，而这种体积的增加与周围骨和软组织结构的变化有关。
- 阻塞性睡眠呼吸暂停
- 下颌骨前进夹板
- 上呼吸道
- 睡眠呼吸暂停
数据来自Altmetric.com
简介
下颌前进夹板(MAS)越来越多地用于阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)的治疗，作为持续气道正压通气(CPAP)的有效替代。1 - 5虽然CPAP仍然是“金标准”，因为它是一种非常有效的治疗方法，但需要其他治疗方案，因为CPAP的临床效果往往受到患者接受度和耐受性差以及依从性不佳的限制。6 - 8
MAS突出下颌骨，目的是增加上呼吸道口径，从而防止上呼吸道在睡眠时塌陷。4然而，MAS改善OSA的机制尚不清楚。有限的研究已经确定了下颌骨前进对上气道结构和功能方面的影响。9到16重要的是，这些主要使用头影x光，受到二维性质的限制。然而，在使用口腔器械的患者中，软组织体积和运动以及上呼吸道结构参数与治疗反应之间的相互作用从未被系统地研究过。更好地理解调节MAS疗效的生物力学机制可能具有重要的临床意义，包括开发更有效的器械，并可能改善这种治疗方式的患者选择。
MRI是一种功能强大的非侵入性研究工具，可能是评估上呼吸道管腔和周围软组织结构三维结构的最佳方法之一。17因此，本研究旨在通过MRI评估MAS在清醒状态下对OSA患者上呼吸道结构的影响，来评估MAS在OSA患者中的作用机制。这项研究的初步结果已以摘要的形式先前报道过。1819
方法
主题
前瞻性地从一所大学教学医院的睡眠障碍诊所招募患者，使用定制的MAS治疗OSA。纳入标准包括至少存在两种OSA症状(如打鼾、目睹的呼吸暂停、睡眠碎片化或白天嗜睡)和夜间多导睡眠描记仪上的OSA证据(呼吸暂停-低呼吸指数(AHI)至少10次/小时)。如果存在MAS治疗的禁忌症(如牙周病、牙齿数量不足或呕吐反射过度)，则排除患者。使用铁磁假体(MRI禁忌症)的患者也被排除在外。该研究得到了机构伦理委员会的批准，并获得了所有患者的书面知情同意。
MAS治疗
使用定制的两件式MAS (SomnoDent MAS;SomnoMed, Crows Nest, Australia)，其设计特点和功效此前已发表。20 - 25为了使用MAS对上呼吸道进行MRI，该设备没有包含通常的可调节螺钉机构。修改后的设备显示在图1．驯化发生在6-8周的时间内。在此期间，逐渐滴定下颌骨前进的程度，直到达到最大舒适极限。对于本研究，这是通过对丙烯酸耦合机构的修改来实现的。由于这种滴定方法不像可调螺钉机制那样方便，在标准的6-8周的适应期内使用了更大的增量，但在所有其他方面，该方案与先前发表的研究相同。20 - 25
研究中使用的定制的两片式下颌前进夹板(MAS) (SomnoDent MAS的改进型)。为了使用MAS对上呼吸道进行MRI，该设备没有包含通常的可调节螺钉机构。
多导睡眠描记术
如前所述，多导睡眠描记术20.以确定在适应期结束时的治疗结果，并根据标准标准进行评分。2627呼吸暂停的定义是气流停止至少10秒，同时伴有至少3%的氧饱和度降低或觉醒。低通气的定义是:用鼻压或胸腹壁运动测量的气流振幅减少了> 10s基线测量值的50%，同时伴有至少3%的氧饱和度降低或觉醒。
治疗结果
基于多导睡眠描记反应对治疗结果进行客观评估。在之前的疗效研究中，我们使用了严格的治疗结局定义，完全缓解定义为AHI降低到<5次/小时，部分缓解定义为AHI降低≥50%。然而，对于这个机制研究，我们选择将那些获得部分反应的人作为“反应者”，因为介导完全反应的生物力学变化很可能与介导部分反应的变化相似。这也反映了临床实践，患者经常在OSA不完全解决的情况下获得临床获益。具体来说，“反应者”定义为AHI降低≥50%。“无反应”定义为AHI降低<50%。
上气道MRI
在适应期结束时，使用Philips INTERA 1.5 T MRI扫描仪(Philips Electronics, Netherlands)，在清醒状态下(有或没有MAS)以随机顺序对上呼吸道进行自旋回波MRI检查。在龙门梁的帮助下，患者头部与法兰克福平面垂直于水平位置。用泡沫垫将头部固定在这个位置。磁共振成像是用只接收颈部线圈获得的。在整个扫描过程中，患者被要求用鼻子正常呼吸，避免吞咽。患者还被指示闭上嘴巴，保持轻松的咬伤，舌头接触门牙。
首先进行矢状面扫描以确定头部位置。连续t1加权自旋回波图像通过气道长轴获取，以中矢状面为中心(50片，1.25 mm厚度，272×512矩阵，视野(FOV) 240 mm)。轴向扫描上气道(50片，3毫米厚，224×512基质，视场250毫米)，然后从鼻咽水平以上到声带水平以下。采集数据以医学数字成像和通信(DICOM)格式存储。
解剖定义，测量和分析
利用图像分析软件(Amira 4.1;Visage Imaging, San Diego, USA)使用先前描述的技术。2829分析包括检查以下结构的三维体积:气道管腔、咽旁脂肪垫、软腭、舌(颏舌肌和舌肌基底)和咽侧壁。所使用的解剖定义、测量和分析策略已经事先验证过。30.上呼吸道被分为三个部分(见图2):腭咽(从硬腭到小舌尖)、口咽(从小舌尖到会厌尖)和下咽(从会厌尖到声带水平)。气道长度由腭咽段、口咽段和下咽段轴向图像厚度之和确定。软组织结构(咽旁脂肪垫、软腭、舌和咽侧壁)在响应下颌骨前进时的运动使用这些结构的质心进行评估(即，由集合中所有点坐标的平均值指定的点)。进行以下头侧测量:鞍-鼻- A点(SNA)角，鞍-鼻- b点(SNB)角，A点-鼻- b点(ANB)角，基底-鞍-鼻-鼻(BaSN)角，下颌平面角，以及前鼻棘和颌突之间的距离(ANS-Gn，面部前下高度的测量)。作为舌骨位置的指标，还进行了以下测量:舌骨与C3椎体之间的距离(H-C3)，舌骨与后鼻棘之间的距离(H-PNS)和舌骨与颌突之间的距离(H-Gn)。除了从三维重建中获得的下颌骨平面角外，我们使用中矢状面图像进行头影测量，在对同一图像进行重复测量时，我们使用该技术(平均变异系数1.8±0.7%)显示了良好的观察者内再现性。根据ANB角确定骨骼类型:I类骨骼模式(ANB角2 - 4°)，II类骨骼模式(ANB角>4°)和III类骨骼模式(ANB角<2°)。31这些头影测量结果显示在图3．
(A)中矢状MRI上的上气道段:腭咽(从硬腭到小舌尖)、口咽(从小舌尖到会厌尖)和下咽(从会厌尖到声带水平)。(B)轴向MRI上气道结构分割:气道管腔、咽旁脂肪垫、软腭、舌(颏舌肌)、咽侧壁。
中矢状MRI上的头位标记:蝶鞍(S)、鼻突(Na)、基底(B)、前鼻棘(ANS)、后鼻棘(PNS)、A点(A)、B点(B)、颌突(Gn)、舌骨(H)和C3椎体(C3)。利用这些标志，进行以下头侧测量:鞍-鼻- A点(SNA)角，鞍-鼻- b点(SNB)角，A点-鼻- b点(ANB)角，基底-鞍-鼻角(BaSN)角，前鼻棘与颌突之间的距离(ANS-Gn，面部前下高度的测量)，舌骨与C3椎体之间的距离(H-C3)，舌骨与后鼻棘之间的距离(H-PNS)和舌骨与颌突之间的距离(H-Gn)。
统计分析
采用统计软件包(SPSS 13.0 for Windows;SPSS，芝加哥，伊利诺伊州，美国)。患者临床特征和MRI参数的描述性统计分别以均值±SD和均值±SEM表示。连续变量正态分布，使用Student t检验进行比较。分类变量用χ进行比较2测试。如果p值<0.01，则接受统计学意义，以便解释多重比较。
结果
主题
69名OSA患者被招募使用定制的MAS进行治疗。这些患者的临床特点见表1．在这些患者中，17.4%的骨骼类型正常(I类闭塞)，34.8%的骨骼类型为II类闭塞，33.3%的骨骼类型为III类闭塞。由于研究的重点是上气道成像，并没有包括所有患者的鼻窦，因此有一部分患者(14.5%)的骨骼类别无法确定。然而，无法确定骨骼分类的患者在年龄、性别、身体质量指数(BMI)或基线AHI方面没有差异(数据未显示)。下颌突量平均为6.5±2.3 mm，占最大下颌突量的76.1±12.8%。上气道容积重建如图所示图4．
上呼吸道容积重建。所示结构为:气道管腔(蓝色)、软腭(紫色)、舌头(红色)、咽旁脂肪垫(黄色)、咽侧壁(绿色)和下颌骨(白色)。MAS以灰色显示。
治疗结果
MAS治疗使AHI从27.0±14.7事件/h降低到12.2±12.5事件/h (p<0.001)， 36.2%的患者治疗后AHI <5事件/h。在参与这项研究的69名患者中，47名患者有反应，22名患者无反应。有应答者与无应答者在下颌突进程度上无显著性差异。在应答者中，MAS治疗导致AHI降低到平均7.7±7.3事件/h, 53.2%的应答者达到完全缓解(AHI降低到<5事件/h)， 46.8%的应答者达到部分缓解(AHI降低≥50%，但剩余AHI≥5事件/h)。有反应者与无反应者在年龄、性别或BMI方面无显著差异。有应答者基线AHI高于无应答者(29.7±16.3次/h vs 21.3±8.5次/h)。有反应者和无反应者的临床特征见表1．
下颌突进对上呼吸道结构的影响
上气道MRI显示随着下颌突进气道总容积增加(16.5±0.7 cm)3.Vs 18.1±0.8厘米3.；p < 0.01)。这主要是因为腭咽体积增加(5.7±0.3 cm)3.Vs 6.5±0.3厘米3.；P <0.001)，并通过增加其横向尺寸(1.67±0.07 cm vs 1.91±0.07 cm;P <0.001)，而不是前后气道尺寸。随着下颌骨的推进，气道长度没有变化。下颌骨前进时气道容积的变化如图所示表2．关于头影测量参数，下颌突进导致下前面部高度增加(6.8±0.1 cm vs 7.5±0.1 cm;P <0.001)，缩短舌骨到鼻后棘的距离(7.4±0.1 cm vs 7.2±0.1 cm;p < 0.001)。下颌突进还与咽旁脂肪垫远离气道的侧向位移有关(右侧咽旁脂肪垫0.17±0.02 cm;左侧咽旁脂肪垫0.22±0.02 cm)，舌底肌前位(0.33±0.03 cm)。图中显示软组织结构的头影变化和质心的运动表3和补充表E1和E2，软组织结构质心的运动描述在图5．
下颌骨突进时软组织结构质心的运动。所示结构为:软腭(紫色)、舌头(红色)、咽旁脂肪垫(黄色)、咽侧壁(绿色)和舌骨(白色)。下颌突进导致咽旁脂肪垫侧向远离气道(右侧咽旁脂肪垫0.17±0.02 cm;左侧咽旁脂肪垫0.22±0.02 cm)，舌底肌前位(0.33±0.03 cm)。
有反应者与无反应者气道结构的比较
基线时，应答者与无应答者在气道容积、软组织结构、骨骼等级或头影测量方面无显著差异(见补充表E3)。在应答者中，MRI显示随着下颌骨的推进，气道总容积增加(16.1±0.8 cm)3.Vs 18.1±1.0 cm3.；P <0.001)，主要是由于横向尺寸增加(1.62±0.08 cm vs 1.92±0.09 cm;P <0.001)和腭咽容积(5.4±0.4 cm)3.Vs 6.4±0.4厘米3.；p < 0.001)。下咽体积增加，但幅度较小(7.0±0.4 cm)3.Vs 7.7±0.4厘米3.；p < 0.01)。此外，上气道的最小横截面积增加(0.46±0.03 cm)2Vs 0.56±0.04厘米2；p < 0.01)。在完全应答者的子集(6.2±0.6 cm)中，还观察到下颌骨前进对腭咽体积的影响3.Vs 7.2±0.7厘米3.；p < 0.01)。相比之下，无反应者的气道参数没有变化。这些结果显示在表4．来自应答者和非应答者的上呼吸道代表性轴向图像显示在图6．上气道的容积重建显示于图7．尽管有反应者和无反应者之间的头影变化和软组织结构运动存在细微差异，但这些差异在统计学上不显著(见补充表E1和E2)。
来自响应器和非响应器的代表性轴向图像。在应答者中，下颌骨的推进可以看出增加上呼吸道的口径。这种效果不会发生在非响应器中。
应答者的上呼吸道容积重建(与病例中的应答者相同)图6)，显示随着下颌突进，上气道口径增大。
讨论
我们的研究是最大的使用复杂的上气道容量分析来详细评估下颌骨前进对OSA患者上气道和周围软组织结构的影响。我们的研究挑战了传统的观点，即MAS的主要作用机制是引起下颌骨的机械推进，增加口咽的前后尺寸，从而防止睡眠时上呼吸道的塌陷。4这项研究的一个关键发现是，下颌骨的推进改善了上气道的口径，但这主要是由于腭咽体积的增加，并由其横向尺寸的增加所介导。这些气道影响与许多骨和软组织变化有关，包括面部前下高度的增加、舌骨位置的升高、咽旁脂肪垫远离气道的侧向位移以及舌底肌肉的前定位。这项工作扩展了以前使用鼻咽镜的研究结果，该研究表明下颌骨的推进改善了上气道腭咽段的口径。14虽然我们的研究还没有解决这种影响腭咽通畅的确切原因，但很可能是下颌骨、舌头、咽侧壁和腭舌弓和腭咽弓内软腭之间的软组织连接被下颌骨的推进拉伸了。32导致腭咽侧向增大。以往的研究均采用鼻咽镜14本研究还发现上气道口咽段和下咽段的变化幅度较小;然而，它们对MAS治疗效果的相对贡献尚不清楚。这些发现类似于使用MRI评估其他治疗干预(如CPAP)作用机制的研究。3334应用CPAP引起的上气道扩张尤其发生在侧边，CPAP的进行性增加导致气道容量增加和咽侧壁变薄。34
我们研究的另一个重要和新颖的发现是，在应答者和无应答者之间，基线时气道和软组织结构的体积没有显著差异。同样，基线时头影测量值无显著差异。这一发现的临床意义是，不可能根据这些解剖特征来预测治疗反应，这与选择患者进行MAS治疗有关。有趣的是，有反应者和无反应者的亚分析显示，仅在有反应者中观察到随着下颌突进气道总容积的增加。这一发现对预测治疗结果具有临床意义。然而，尽管有反应者和无反应者之间在头影变化和软组织结构运动方面存在细微差异，但这些差异在统计学上并不显著。
该研究队列是在睡眠障碍诊所看到的典型的OSA患者群体，具有广泛的拟人化特征和OSA严重程度，因此本研究的结果可能具有良好的泛化性。然而，本研究存在一些局限性。根据设计，本影像学研究主要关注结构参数，未考虑上呼吸道功能特性的潜在额外作用(如神经肌肉因素和气道折叠性)。此外，尽管我们应用了一种创新的方法来使用它们的质心来检查软组织结构的运动，但这是对软组织解剖结构变化的过度简化，包括个体结构形态的变化。评估这些细微变化的其他方法(例如，有限元分析)可能是量化差异所必需的。这项研究也是在清醒状态下进行的，因此在这项研究中观察到的下颌骨前进的影响可能与睡眠期间发生的变化不完全相同。然而，清醒状态下的上呼吸道成像对于定义与下颌骨进展相关的结构变化以及开发可以应用于临床实践的预测治疗反应的方法的必要性具有很强的相关性。由于自旋回波MRI扫描发生在几分钟内，导致多个呼吸周期的数据平均，我们无法评估有MAS和没有MAS时气道的动态变化。其他成像方式，如解剖光学相干断层扫描，可能更适合这个目的。最后，本研究中使用的定制MAS是单一设备设计，这可能限制了结果推广到其他设备的程度，因为不同的设备设计可能对上呼吸道结构产生不同的影响。 The study of the effect of different oral appliances on the upper airway may have implications for the choice of an oral appliance for individual patients. Thus, future studies should assess the effect of oral appliance design on a range of biomechanical properties of the upper airway.
总之，这项研究表明，下颌骨前进的作用机制是增加上呼吸道的口径，主要是由于腭咽体积的增加，并由其横向尺寸的增加所介导。下颌突进对上呼吸道口径的影响在应答者和无应答者之间似乎有所不同，上呼吸道口径随着下颌突进的增加仅发生在应答者身上。这些发现为研究MAS的作用机制提供了新颖和基础的见解，为进一步确定MAS的作用机制和决定治疗结果的因素奠定了基础。
致谢
作者感谢Jin Qian博士、Andrew Ng博士、Belinda Liu博士、Keith Wong博士和睡眠实验室工作人员的帮助。
参考文献
补充材料
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Web Only Data谢谢。2009.131094
本数据补充文件:
脚注
资金澳大利亚国家卫生和医学研究理事会。SomnoMed为本研究提供口腔器械。
相互竞争的利益PAC为本研究中使用的口腔器械的开发做出了贡献，SomnoMed正在将其商业化。他此前曾担任顾问和医疗顾问委员会成员(2004-2006)，并在该公司拥有金钱利益。他的部门目前接受SomnoMed的设备(口腔器械)和资金支持，用于研究者发起的研究。PAC是由ResMed资助的CPAP临床试验的首席研究员，他的部门为研究员发起的研究获得设备支持(CPAP机器)。
伦理批准这项研究是在新南威尔士大学和东南悉尼地区卫生服务(南科)的批准下进行的。
出处和同行评审不是委托;外部同行评审。
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