上气道塌陷的发生机制
成人阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea,OSA)是种睡眠时上气道反复塌陷阻塞引起呼吸暂停和低通气,进而导致频繁发生低氧血症高碳酸血症胸腔内压力显著波动以及睡眠结构紊乱、交感神经活动增加,长期可致多系统器官功能受损。在临床上,患者通常主诉睡眠时打鼾憋气、伴有日间思睡、注意力不集中情绪障碍等症状,并增加高血压、缺血性心脏病或脑卒中以及2型糖尿病等患病危险。
上气道塌陷的发生机制
影响上气道某气道段塌陷程度或频率的因素 “解剖学”和“非解剖学”因素,包括上气道解剖、血管容积、体位和头位、张口呼吸、睡眠分期肺容积变化导致的气管牵拉作用、上呼吸道扩张肌代偿状态、呼吸驱动力、组织表面附着力、上游阻力和咽腔内流场特点等。
1.解剖学因素
鼻内部一个前后狭长的腔隙。顶部较窄,底部较宽,前经鼻孔通向体外,后经鼻后孔通向咽腔,由鼻中隔分为左、右二腔。每侧鼻腔又分为前部的鼻前庭和后部的固有鼻腔,它们之间的是一个流量调节、高阻力的部分,它将湍流的吸入空气转化为高速层流。而与之相连的是咽部,位于鼻腔、口腔和喉的后方,前后略扁呈漏斗形的肌性管道。上起颅底,下方约在第6颈椎下缘或环状软骨的高度与食管相续,包括鼻咽、口咽和喉咽3个部分,分别与鼻腔、口腔和喉相通,是进食和呼吸的共同通道。咽扩张肌主要有颏舌肌、颏舌骨肌和下颌舌骨肌,它们的作用是前拉舌头,其次是腭肌,它们控制软腭的硬度和位置以及小舌的形状。当呼吸道受损或扩张肌功能下降时,易发生气道塌陷。
(1)上呼吸道狭窄:
鼻炎引起粘膜肿胀和肥大,是鼻腔阻力增加的最常见原因;它影响30%的成年人和55%的阻塞性睡眠呼吸暂停症患者;而咽部的口径是由力的平衡决定的,即咽的跨壁压,咽内压力的增加使咽部扩张,而咽外压力的增加导致咽部变窄(图1a)。吸气时,腔内压下降,增加了塌陷的倾向;在呼气期间,它开始增加,然后在到期结束时下降。腔外压力的增加可能是由于软组织体积的增加(常见的有肥胖导致过多的脂肪沉积、上呼吸道周围软组织体积增加),也可能是由于下颌骨长度缩短。
(2)咽腔变长:
舌骨和舌骨由几块肌肉和筋膜相连。在阻塞性睡眠呼吸暂停的患者中,舌肿大和松弛使其往后下脱垂,导致口咽伸长和变窄。此外男性的上呼吸道比女性长,这是男性易患OSA的另一个主要因素。
(3)上呼吸道可坍塌性增加:
在清醒时,上呼吸道的口径通过扩张肌的收缩增加来维持。睡眠期颏舌肌和鄂帆张肌的肌张力是扩张和维持上气道开放的主要因素。其中颏舌肌影响口咽部的前壁,最为重要。睡眠时,由于肌张力降低,收缩变得更加明显,从而增加了塌陷的风险。咽部的塌陷在快速眼动阶段最为明显,此时舌肌张力下降最大。
2.非解剖学因素
包括上呼吸道扩张肌功能受损、对轻度气道狭窄过早觉醒(低呼吸觉醒阈值)和呼吸控制不稳定。
(1)上呼吸道狭窄:
研究发现OSA患者外周传入神经纤维存在轴突和髓鞘的退变。OSA患者对温度的敏感性降低、两点间的感觉差异和震动阈增高,提示上气道黏膜感觉功能和传入神经纤维受损。最终上气道扩张肌收缩力减小使得气道更趋于塌陷,导致吸气相阻力明显增高。在36%的OSA患者中发现。OSA患者清醒时颏舌肌代谢显著减少。
究其原因,长期打鼾的振荡作用被认为是气道开大反射损伤的主要原因。在打鼾的振动、炎症等因素的长期反复作用下,上气道黏膜(黏膜下)的压力感受器、传出神经纤维、传入神经纤维和/或肌纤维等环节受到损伤,而导致扩张肌代偿功能障碍。软腭的肌纤维合并存在萎缩和肥大,并伴有神经纤维退化和组织水肿。OSA患者的控制上气道肌感受器本身受损,同时存在扩张肌本身的病理变化,是造成其代偿功能下降的原因。
(2)低觉醒阈值:
微觉醒后往往引起短暂的过度通气反应,在某些患者,血CO2随过度通气而降低,进而通过化学感受器导致中枢呼吸驱动降低,这一反应可能在部分患者造成上气道扩张肌的代偿反应抑制而加重气道塌陷。
(3)高环路增益:
随着呼吸中枢随呼吸节律输出的增强和减弱,上气道扩张肌肌张力也随之变化。呼吸中枢调控的不稳定性(高环路增益)是部分OSA患者气道易于塌陷的因素之一。在不同睡眠分期,上气道稳定性也会发生显著变化。在N3睡眠期上气道最为稳定,而在REM睡眠期及由清醒向NREM睡眠过渡阶段最不稳定。
OSA可导致病理生理事件:间歇性低氧血症、睡眠碎片化和胸内压大幅波动。通过CPAP给予气道持续气流,提供适当正压直接打开气道。CPAP可逆转咽气道的跨壁压压力梯度从而防止气道塌陷;增加气道面积和气道容积,减轻因长期的振动及反复气道闭塞所致的咽侧壁肥厚和咽部组织水肿,使软腭由治疗前的充血肿胀恢复至正常,从而降低上呼吸道阻力。