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抽象
背景：以往的研究表明，肺容积的改变会影响上气道的大小和阻力，尤其是阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)患者，且随着肺容积的增加，持续气道正压(CPAP)的需求会降低。我们试图确定在非快速眼动睡眠期间，恒定的肺容积增加对睡眠呼吸障碍的影响。
方法：12名受试者患有OSA在装有一个正/负压力附件为胸腔外压力的操纵一个刚性头部出壳非REM睡眠期间的研究。由于CPAP（在治疗水平）的肺容积的增加是与放置在胸壁和腹部4个磁力线圈确定。然后CPAP停止并研究在三个条件下1小时（以随机顺序）受试者：（1）无处理（基线）;（2）在“CPAP肺容积”，具有增加的肺容积之中再现由单独负胸腔外压（肺体积1，LV1）;和（3）将500ml CPAP肺体积（肺容积2，LV2）的上方。
结果：The mean (SE) apnoea/hypopnoea index (AHI) for baseline, LV1, and LV2, respectively, was 62.3 (10.2), 37.2 (5.0), and 31.2 (6.7) events per hour (p = 0.009); the 3% oxygen desaturation index was 43.0 (10.1), 16.1 (5.4), and 12.3 (5.3) events per hour (p = 0.002); and the mean oxygen saturation was 95.4 (0.3)%, 96.0 (0.2)%, 96.3 (0.3)%, respectively (p = 0.001).
结论：肺容量的增加会导致睡眠大幅减少患者非快速眼动睡眠期间呼吸障碍与OSA。
- AHI，呼吸暂停/低通气指数
- BMI，体重指数
- CPAP，持续气道正压
- EELV，呼气末肺容积
- OSA，阻塞性睡眠呼吸暂停
- REM，快速眼动
- 阻塞性睡眠呼吸暂停
- 肺容积
- 持续气道正压
- 气流限制
从Altmetric.com统计
阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）在中年男性约4％和2％的女性发生的常见病症。1它的特征是在睡眠期间重复的咽萎，导致睡眠中断、觉醒和动脉氧饱和度降低。然而，导致咽部塌陷的机制尚不完全清楚。先前的研究者认为这种气道塌陷涉及到解剖学上受损的咽气道和睡眠引起的咽扩张肌活动的减少。2 -五
在睡眠期间，在正常受试者，上气道阻力增加，并且功能残气量减少。6 -8在肺容积这种睡眠诱导降低被认为是导致增加的上气道塌陷，并有助于吸气流量限制，虽然确切的机制尚未描绘。使用杂种狗的动物数据表明，胸椎通货膨胀经尾牵引上气管独立地增加上呼吸道的肌肉活动的上气道咽尺寸和刚度。9，10
我们组最近发现，在OSA患者，增加的呼气末肺容量（EELV）降低CPAP水平需要防止上气道流量限制。11类似地，当EELV减小时，所要求的CPAP水平，以防止流动限制增加。这表明，在肺体积增量对上气道睡眠期间在OSA患者有稳定作用。因此，我们试图确定的EELV稳定增长的睡眠呼吸障碍和非快速眼动睡眠期间OSA患者睡眠结构的影响。
方法
主题
我们计算过，我们需要12名受试者有80％的电力来检测每个小时的时差四个事件（呼吸暂停低通气加），每小时三个事件的标准偏差和0.05的α。患有中度至由睡眠医学的美国学院定义隔夜诊断通过多导睡眠标准确定严重OSA被招募。12受试者被目前正在持续气道正压（CPAP）治疗。该协议是经人体试验委员会在布里格姆妇女医院。所提供的所有对象知情参与研究之前的书面同意。与医学病症的潜在影响所述上或下气道（比OSA和肥胖等）的胸部遵守受试者被排除。
设备和测量
气道压力被记录了在会厌用压力倾斜导管的水平（米勒仪器公司，休斯顿，TX，USA）。将导管插入之前两个鼻孔用0.05％盐酸羟甲唑啉和消除拥塞一个鼻孔用1-2毫升的4％利多卡因局部麻醉喷雾。受试者通过鼻罩（伟康，Murraysville，PA，USA）与呼吸速度描记（汉斯鲁道夫，堪萨斯城，MO，USA）和压力换能器（Validyne公司，北岭，CA，USA）测量呼吸气流。呼气末二氧化碳使用校准红外二氧化碳分析仪（BCI公司，沃基肖）在掩模采样。
使用标准的脑电图（EEG），下巴肌电图（EMG）和电图（EOG）测定唤醒/休眠状态。肺容积的混合物在头出刚性壳受试者仰卧操纵（门肺公司，Murraysville，PA，USA），其适于与真空/风扇附件（ShopVac，威廉斯波特，PA，USA），以增加或减少胸腔外压力。分别有两对磁力计（EOL埃伯哈德，Oberwil的，瑞士）放置在前后（AP）轴的胸部和腹部使用先前由科诺和米德验证一个标准化的公式测量在EELV变化。13校准平静呼吸仰卧期间执行：在胸壁和腹部AP直径的变化进行平均超过12次呼吸，并与呼吸速度描记数据组合。Each change in AP diameter was entered into the following equation describing the relationship between tidal volume and chest/abdominal excursion: TV = X (4 RC + AB). Tidal volume (TV) is determined using X, a coefficient determined in the calibration procedure for a given individual. All calibration manoeuvres were performed with subjects instrumented, lying supine in the rigid shell. This posture was maintained throughout the study.
协议
CPAP的最初定在患者的规定的水平。实现稳定的非快速眼动（非快速眼动）睡眠后，将CPAP水平调节到所需的最小，以防止流动限制。这是通过调节CPAP直到流量信号（呼吸速度），并在始终表现出类似的吸气曲线会厌的压力信号来实现的。流量限制被定义为至少1厘米水柱2Ó减量在没有吸气流量相关联的增加会厌压力。14
在肺容积与该水平CPAP的（定义为“CPAP肺体积”）相关联的所述基线EELV上方的增加与非REM睡眠期间4个磁力线圈确定。然后CPAP停止并研究了在三个条件1小时受试者（随机顺序）：（1）不经任何处理（基线）;（2）在“CPAP肺容积”，增加的肺容积之中再现由单独负胸腔外压力而不CPAP（肺体积1，LV1）;和（3）500毫升上方“CPAP肺容积”（肺第2卷，LV2）。
数据分析
上述信号被记录在两个16通道多种波动描记器（Grass模型78）和一台个人电脑。每个信号（EEG，EOG，EMG，EKG，呼气末CO2，腹部和胸廓磁力计，流量，潮气量，面罩和会厌压力）用的信号处理软件（钉2，CED有限公司，剑桥，UK）进行分析。
在每个肺容积条件的记录（基线，LV1和LV2）以盲方式进行了分析。致盲被分割的记录实现成1-小时的时间段为每个条件。1个小时的时间段被赋予一个唯一的名字并除去胸腔外压力通道，以防止识别出所述状态。该段上演了睡眠和呼吸障碍。测得的比变量是：呼吸暂停/低通气指数（AHI），3％的氧饱和度指数，觉醒指数，平均氧饱和度，和睡眠阶段分布。呼吸暂停低通气和分别根据芝加哥标准计分12与呼吸努力正在与腹部和胸部磁力而不是乐队决定。觉醒被定义为在EEG频率的突然偏移，其包括θ，α，和/或频率高于16Hz的（但不是主轴）为3秒或更长的持续时间。觉醒超过5分钟和REM时段更长的不包括在用于确定索引的记录时间。还对将其在128赫兹的频率数字化的C3 A2 EEG信道执行的频谱分析。在呼吸暂停的时间通过用吸气流量⩽0.1升花费的时间估计/秒。与萨花费的时间Ø2<还确定90％使用自定义脚本中的每个条件（钉2，CED有限公司，剑桥，UK）。
所有数据报告为手段，平均（SE）的标准误差。的<0.05的p值被认为是显著。重复测量ANOVA（或当数据不是正态分布的行列的ANOVA）进行比较AHI，觉醒指数，氧饱和度指数，平均饱和度，功率谱，时间在不同的睡眠阶段花费，以及所花的时间在呼吸暂停或<90％萨Ø2。对于每个ANOVA的p表示为异质性的p值。事后Tukey检验用于确定是否有基线，LV1，LV2和用于主要结果（AHI和3％的去饱和指数）之间的显著差异。
结果
16名患者被招募来研究。因为他们无法在铁肺里睡觉，三名患者无法完成协议的一个病人，因为她无法睡觉没有CPAP。因此，平均47.5（SD），年龄（2.8）岁（32-63）的十二名病人（七人）完成了研究（表1）。从诊断多导睡眠图的平均AHI为41.5（7.9）事件/睡眠小时。的平均水平CPAP需要防止上气道流量限制为12.9（4.0）厘米水柱2O.在此CPAP水平EELV平均增加睡眠（无CPAP）期间770（165）毫升基线EELV上方。平均负胸腔外压力所需诱导相同的EELV增加（LV1）中的溶液-8.9（2.2）厘米水柱2O，和平均负胸腔外压力需要引起LV2（增加的529（30）毫升以上LV1或~1300毫升基线以上EELV）中的溶液-14.0（3.2）厘米水柱2O.
主要结果见表2。随着EELV的增加，AHI(图1)、觉醒指数、3%氧饱和度(图2)显著降低，平均Sa显著升高Ø2。的AHI和发生在每个条件呼吸事件的类型示于图1。对于AHI和3％的氧饱和度指数我们还进行了事后Tukey检验：有两个基线和LV1（P之间的差显著<0.05）和基线和LV2（p <0.05），但与LV1 LV2之间的差之间不显著。
每小时肺容积呼吸事件的类型和数量。
Mean (SE) number of respiratory events per hour (AHI), arousals per hour, and number of 3% oxygen drops per hour at each lung volume.
For baseline, LV1 and LV2 conditions, respectively, the percentage of time spent with an inspiratory flow of ⩽0.1 l/s was 22.9 (3.9)%, 15.3 (3.8)% and 13.2 (3.8)% (p = 0.018). The percentage of time spent with an SaØ2< 90%,分别为4.7(2.0)%,0.8(0.4)%,和0.3 (0.3)% (p = 0.012)。
当EELV增加有在阶段1中的非快速眼动睡眠的百分比的减少显著，以及增加在阶段2个非REM睡眠（表2）的百分比。There was also a trend towards a reduction in the percentage of time awake (p value for heterogeneity = 0.071). Only four subjects had slow wave sleep (stage III/IV) during the recordings, which only occurred when the lung volume was increased and never at baseline. The power density (μv2EELV增加时，波的功率密度增加(p = 0.004)，波的功率密度减小(p = 0.001)。脉冲功率有增大的趋势，脉冲功率有减小的趋势，但这些差异没有达到统计学意义。
讨论
这些结果表明在OSA患者呼吸暂停的严重程度和睡眠结构的肺容量变化的非REM睡眠过程中的影响。当EELV增加的AHI，觉醒指数和氧饱和度指数所有显著降低。此外，“浅睡眠”，如阶段1和β功率的百分比测量的，EELV增加时减少。
上一页动物和人类的研究表明，这些结果背后的机制可能是上呼吸道刚度增加，尺寸增加肺容量，由于尾部牵引上咽部气道。已经在正常成人（无OSA）研究表明，清醒和睡眠期间，改变在肺容积结果在上气道力学重要的变化。15 -18此外，气道咽大小通过CT扫描测量19，20.或声波反射21与肺膨胀增加和减少在较低的肺容积。最后，它已经表明，OSA患者有上气道容积的比非呼吸暂停个人无论是在男性的肺容积相关关系20.和妇女。21，22
因为我们研究的对象是超重或肥胖（最喜欢的OSA患者），我们怀疑他们的隔膜被向上推（颅）仰卧时。在肺中施加的负压力胸腔外几乎肯定拉出膜片及气管到更尾部的位置，从而增加了上气道的牵引和使其不太可折叠的。其他作者发现，AHI可以在肥胖OSA患者处于半卧位睡眠可以大大减少，23这可能证实了这个假设。在本研究中，基线和LV2之间的AHI降低程度与BMI之间也有相关性的趋势(相关系数= 0.53,p = 0.077)。这表明，肺容量的增加可能对更多的肥胖患者有更大的影响。
另一种可能性是增加EELV导致萨的整体增加Ø2由于改善了通气/灌注匹配，可能导致Sa下降Ø2波动。这种化学刺激波动的减少可能稳定了呼吸控制，降低了循环呼吸的风险。
从我们的组先前的研究表明，肺容积对防止上气道流量限制所要求的水平CPAP，这表明在肺容积增量可以是由CPAP消除紊乱睡眠时呼吸的机制之一具有重要影响。在本研究中，我们已经表明，增加单独肺体积（不CPAP）能够显著减少呼吸暂停和低通气的频率，它支持这一假设。CPAP的的影响，其余可能是由于气道正压在上气道夹板作用，保持整个呼吸周期在正透压力。
系列等进行了一项研究，其中EELV在OSA患者睡眠期间增加了500毫升。24日,25他们观察到的氧饱和度下降是由我们的研究结果证实的严重性降低。然而，与我们的结果，他们发现睡眠结构，当EELV增加在AHI非显著减少没有影响，尽管他们的学习科目的时间，每个条件更长的时间。有这种差异几种可能的解释。首先，我们诱导的肺容积（770和1300毫升用500ml相比）这可能对气管和上气道实现了更大的牵引力的较大增加。其次，我们并没有使用相同的技术来测量肺容积的变化。系列等确定的负压需要引起一500毫升肺容积增加，而苏醒，然后在夜间施加该负压。这可能是清醒演习中有行为的影响。在我们的研究中，我们在睡眠中持续监测的肺容量，以确保在肺容积的增加在夜间保持;这可能使我们能够实现在肺容积更精确和不断增加。第三，我们研究的人口在基线90.7％阻塞性呼吸暂停（7.9％混合，1.4％，中枢性呼吸暂停），而研究了一系列的主题等只有56.3％阻塞性呼吸暂停（36.8％混合，6.9％中枢性呼吸暂停），即使中央和混合呼吸暂停的定义可能已经进化1989和2005年之间它因此可能的是，上气道力学是睡眠呼吸暂停的主要原因我们的人口，和呼吸控制的是不稳定作出暂停在人口通过一系列研究做出更大的贡献等。事实上，我们的研究对象谁在基线14％，中枢性睡眠呼吸暂停的人有在呼吸暂停花费的时间增加时，EELV增加，尽管该AHI下降和萨Ø2改进。有可能的是，睡眠呼吸暂停患者的子集具有高通气不稳定性，增加的肺容积可以触发一个“赫林布鲁尔”反射抑制灵感和由此延伸在呼吸暂停的时间。最后，我们的人口数量比研究了一系列可能更肥胖（平均体重指数34.9）等（理想体重124％）。这可能引起增加肺容量的更重要的影响在我们的研究中，因为肥胖患者的隔膜较在肥胖患者迫使更多的头侧的腹部脂肪。然而，进一步的工作将需要定义的患者亚组其与睡眠呼吸暂停肺容积的变化做出反应最好。
基线与LV1、LV2之间AHI均显著下降，但LV1与LV2之间AHI下降不显著，部分患者LV2的AHI甚至高于LV1。这可能是由于增加EELV对AHI的天花板效应，也可能是由于铁肺内较高负压的不适引起的觉醒，这可能会导致这些患者的呼吸不稳定。
有几个限制这项研究。首先，由于受试者仰卧非快速眼动睡眠期间只研究，这些结果可能不适用于其他身体位置或REM睡眠。仰卧姿势通常是其中的最大呼吸紊乱被记录，这可能部分是由于在隔膜上腹部脂肪施加压力导致减小肺容积并减少对上气道是气管牵引位置。如果这个假设是正确的，它是可能的，当受试者躺在自己身边，或者是否容易，负胸外压力的影响会更小。
其次，虽然系列等研究他们的臣民整个晚上在每两个条件（基线，500毫升EELV），我们研究了我们的课题1小时，在每个三种不同条件（基线，770毫升，1300毫升）。但是，与我们的样品大小（12位受试者），我们有80％的功率，以检测的每小时4（3）的事件的三个条件使用ANOVA之间的差。此外，这样的设计给了我们在同一个晚上在完全相同的条件下收集同类数据。此外，的条件的顺序的随机化防止偏压“夜间的时间”。因此，虽然这是一个潜在的问题，我们怀疑它影响我们的结果。
最后，在颈部和上呼吸道的铁肺负压的直接作用不能完全排除。在周围当肺容积增大颈部压力的下降可能“卸载”的上呼吸道使其不太可折叠。然而，当在铁肺中的压力降低时，所述织带形成围绕颈部密封件被转移这只会进一步降低可能暴露于肺中的负压的颈部区域中的室的内部。因此，我们怀疑，这促成了睡眠呼吸障碍的减少
总之，这些结果表明，增加的肺容积引起睡眠呼吸障碍的减少和非REM睡眠期间改善了睡眠呼吸暂停患者睡眠结构。虽然铁肺可能比鼻部CPAP疗法比较烦琐，我们的数据表明在肺容积增量可以是由睡眠呼吸障碍是由CPAP改进的机制之一。因此，增加的肺容积可以是用于使用睡眠呼吸暂停患者的直接治疗靶标，例如，呼气阻力由Mahadevia所建议等。26
参考文献
脚注
资金来源：HL48531，HL60292，NIH / NHLBI T32 HLO07901，NIH / RR01032，爱国家瑞士德拉RECHERCHE科学研究，SICPA基金会，法国兴业AcadémiqueVaudoise的。
竞争利益：无申报。
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