徐逸軒 周云 丁明超 賈駿麒 于擘 蔡卜磊

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(OSAHS)是一類嚴重影響患者的生活質(zhì)量和身體健康的常見疾病，其所引發(fā)的慢性低氧血癥常會導致高血壓、糖尿病以及神經(jīng)功能損傷等損害[1]。OSAHS的發(fā)生具有多因性，其中上氣道解剖性狹窄和氣道周圍肌肉張力下降導致的局部軟組織塌陷為重要原因之一[2]。在OSAHS患者中，阻塞平面不盡相同，最常見的阻塞平面位于軟腭后區(qū)和舌根后區(qū)，而舌根后區(qū)的阻塞往往會導致嚴重的呼吸暫停甚至猝死[3]。目前治療輕中度OSAHS最常用的無創(chuàng)治療方式是正壓通氣治療(CPAP)，但由于其會導致恐懼、口咽部干燥、腹脹氣等一系列不適，加上儀器的不便攜性，患者的接受率只有40%～50%[4]?？谇怀C治器作為OSAHS的非手術(shù)治療方法之一,雖然療效不能與CPAP相比，但其優(yōu)點在于輕便、舒適且費用低廉，但長期使用對口頜系統(tǒng)中的牙周、肌肉以及關(guān)節(jié)會產(chǎn)生一定影響[5]。目前常用的手術(shù)治療方法有腭咽成形術(shù)(UPPP)和雙頜前徙正頜手術(shù)等，但由于手術(shù)創(chuàng)傷較大、上氣道結(jié)構(gòu)缺陷、疤痕狹窄以及面型改變等原因，患者的接受率也并不高[6]。

如何提高OSAHS外科治療的療效，并實現(xiàn)微創(chuàng)手術(shù)以降低治療風險，仍需要新的思路和探索。研究發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，OSAHS患者在清醒時上氣道擴張肌的肌張力是足以維持氣道暢通的，而在入睡后擴張肌的肌張力下降，無法抵抗氣道周圍軟組織的塌陷，從而導致上氣道閉塞[7]。本實驗受血管支架啟發(fā)，嘗試利用鎳鈦記憶合金覆膜支架的超彈性性能、極強的耐腐蝕性和良好的生物相容性等特點，通過手術(shù)將記憶合金覆膜支架植入阻塞部位周圍，減輕局部氣道塌陷，為將來微創(chuàng)治療OSAHS提供重要的實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 小香豬OSAHS動物模型的建立

8 月大成年雌性小香豬(濟寧藝康，西安)3 只。采用高糖高脂飲食飼養(yǎng)，飼料配方為豬油18% ,蔗糖20% ,蛋黃3%,基礎(chǔ)飼料59%，10 斤/頭/日，記錄實驗對象體長、體重。胖模型建成后，使用氯胺酮0.2 ml/kg、力月西0.2 mg/kg肌肉注射，進行誘導麻醉，麻醉深度為：拍打可致醒。待實驗豬入睡后，使用開口器充分暴露口腔，無齒鑷將舌體牽引出口腔外上方,暴露舌體下方頦舌肌的位置?？梢婎W舌肌起于下頜骨呈扇形向上走行止于舌內(nèi)，以手指觸摸頦部內(nèi)面可摸到一小的骨性突起為頦棘,分別選取頰棘外1 cm處頦舌肌的肌腹，分六點注射A型肉毒桿菌毒素(衡力，蘭州),每點10 U。肉毒素注射1 個月后左右完成OSAHS模型建立。

1.2 PSG系統(tǒng)監(jiān)測評價

分別在實驗豬OSAHS動物模型建立前，OSAHS動物模型模型建成后，以及手術(shù)完成3 個月后，使用Embletta X100(邦德安百，美國)多導睡眠監(jiān)測系統(tǒng)對實驗豬進行麻醉后的多導睡眠監(jiān)測。誘導麻醉使動物進入睡眠狀態(tài)，動物俯臥位固定。將呼吸換能器固定在鐵支架上，輸出線連接生物信號采集系統(tǒng)的通道；將壓力換能器固定于鐵架上，其位置與心臟在同一平面，輸出線連接生物信號采集系統(tǒng)(圖 1)。針式電極插在頭皮上類似人C1&C2的區(qū)域，對應(yīng)雙眼的針式電極測量眼動電圖EOGs，用位于頸背部肌肉的針式電極測量肌動電流圖EMGs，電極位于頸中線側(cè)面2.5 cm，顱底以下4 cm。從行為學和腦動電流圖(腦電波EEG)來判斷睡眠情況。RM 6240系統(tǒng)進入該實驗信號記錄狀態(tài)，儀器參數(shù)：通道時間常數(shù)為直流，濾波頻率30 Hz，靈敏度10 cm H2O，采樣頻率800 Hz，掃描速度1 s/div。連續(xù)單激激方式，刺激強度5～10 V，刺激波寬2 ms，刺激頻率30 Hz。PcLab和MedLab系統(tǒng)選擇“常用生理學實驗”或“文件”，菜單“打開配置”中的“呼吸記錄”項目。系統(tǒng)進入該實驗信號記錄狀態(tài)，儀器參數(shù)：通道放大倍數(shù)1 000，直流耦合(下限頻率DC)，上限頻率40 Hz，采樣間隔1 ms；串刺激方式，波寬2 ms，刺激強度5～10 V，時程1 s，頻率30 Hz。呼吸換能器定標：吸換能器與微機生物信號處理系統(tǒng)連接，時間常數(shù)直流耦合方式，換能器的測壓口用膠管與水檢壓計連接，用注射器從水檢壓計排氣口向檢壓計水內(nèi)注入空氣，使水檢壓計的水柱上升至10 cm水柱，用微機生物信號處理系統(tǒng)記錄壓力線，調(diào)節(jié)靈敏度，使信號有合適的幅度，在記錄界面上選擇壓力線，打開定標對話框，輸入與壓力線對應(yīng)的壓力數(shù)值，選擇單位：cmH2O。監(jiān)測參數(shù)主要包括:快速動眼階段睡眠時間(REM)、呼吸暫停低通氣指數(shù)(AHI)、最長呼吸暫停時間(LA)、最低血氧飽和度(LSaO2)等。

1.3 CT檢測睡眠呼氣末期時的氣道體積

CT檢測采用Somatom Sensation 64 CT掃描機，Syngo工作站。管電流50 mA，電壓120 kV，斷層準直0.6 mm，螺距1.4，重建層厚1.0 mm、重建間隔0.7 mm，卷積核b20f。在實驗體睡眠狀態(tài)下呼氣末期進行快速掃描，獲取DICOM數(shù)據(jù)。Dolphin Imaging 11.8軟件重建軟硬組織圖像并分析軟腭水平至第二頸椎水平的氣道體積。

1.4 手術(shù)植入記憶合金覆膜支架

在實驗豬臀部以0.1 ml/kg用量肌內(nèi)注射速眠新(圣達，吉林)，5～10 min后實驗對象均出現(xiàn)頭頸下垂，吻突觸地，四肢站立不穩(wěn)，步履蹣跚等表現(xiàn)，再等待10～15 min 后，實驗對象臥倒處于安靜狀態(tài)。待靜息后，將其抬到手術(shù)固定臺上仰臥固定，氯胺酮0.2 ml/kg、力月西0.2 mg/kg肌肉注射誘導麻醉。小型豬耳緣靜脈部位常規(guī)消毒，并靜脈注射3%戊巴比妥鈉進行麻醉，劑量為0.2 ml/kg，靜注速度為2 ml/min。術(shù)前牽拉出小香豬舌頭，固定在前方支架上，防止窒息。觸摸到舌骨位置后做頜下切口，切開皮膚及頸闊肌后暴露舌骨，分離舌骨周圍肌肉，將片狀記憶合金覆膜支架(樂普，上海)植入在頦舌骨肌與頦舌肌之間，環(huán)繞頦舌骨肌，舌骨打孔后用縫線固定在舌骨上。分層縫合傷口(圖 1)。術(shù)后肌肉注射先鋒Ⅴ，0.5 g/只/d，連續(xù)注射1 周。

1.5 統(tǒng)計學分析

應(yīng)用SPSS 12.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，實驗數(shù)據(jù)采用t檢驗進行分析，P<0.05有顯著差異。

A: 小香豬OSASH模型；B: PSG系統(tǒng)中的呼吸換能器和壓力換能器對實驗豬進行多導睡眠監(jiān)測；C: 針式電極記錄肌電和腦電；D: OSAHS模型建立前的PSG檢測數(shù)據(jù)；E: OSAHS模型建成后的PSG檢測數(shù)據(jù)；F: 片狀記憶合金覆膜支架；G: 記憶合金覆膜支架植入體內(nèi)后的形態(tài)；H: 手術(shù)植入記憶合金覆膜支架

圖 1 動物模型及實驗方法

A: The OSAHS Pitman-Moore strain model;B: Monitoring of the respiratory frequency and the thoracic and abdominal movement with respiratory convertor and pressure convertor;C: Record of the electroencephalogram and electromyogram at the sleep state by needle electrodes;D: PSG indexes before establishment of the OSAHS model;E: PSG indexes after establishment of the OSAHS model;F: Nickel-titanium memory alloy covered stents(NTMACS);G: The form of the NTMACS after implantation;H: NTMACS implanted into the compartment between geniohyoideus and genioglossus

Fig 1 Animal model and experiment methods

2 結(jié) 果

2.1 成功構(gòu)建小香豬OSASH模型

將8 個月大的雌性小香豬采用高脂高糖飲食喂養(yǎng)3 月后，實驗組的體重由(21±1.6) kg增長至(43±5.2) kg，BMI從42.9±3.3增長至53.1±4.8(圖 1A)。通過在頦舌肌中注射A型肉毒桿菌毒素降低了舌部肌張力，從而加重實驗豬的上呼吸周圍的軟組織塌陷。注射2 周后，實驗豬均出現(xiàn)嗜睡，非睡眠時對外界刺激的反應(yīng)有所下降，而進食量均沒有下降，未觀察到其他的行為異常。采用誘導麻醉促使實驗豬入睡，接入PSG后觀察實驗體的睡眠情況(圖 1B～C)。采用高脂高糖飲食前的實驗豬PSG結(jié)果為正常對照：睡眠中無呼吸暫停；血氧飽和度=98%(圖 1D)。OSAHS模型構(gòu)建后，PSG結(jié)果顯示：誘導麻醉成功15 min左右，實驗豬的呼吸開始平緩，伴有明顯的鼾聲；麻醉30 min，實驗豬的呼吸間隔逐漸變長，有出現(xiàn)呼吸暫停的趨勢，腦電仍伴有微覺醒；60 min后，腦電完全平穩(wěn)，顯示出2 期睡眠，呼吸出現(xiàn)第一次長呼吸暫停，時間60 s；監(jiān)測時間6 h，實驗開始4 h時，出現(xiàn)一次對稱性眼動，懷疑為快動眼期，總快速動眼時間達到(158±21) s。實驗開始3 h檢測動脈血氧濃度(81±1)%，最長呼吸暫停時間(60±8)s，AHI=(38±3) 次/h(圖 1E)。

2.2 手術(shù)植入記憶合金覆膜支架后實驗豬的睡眠狀況顯著好轉(zhuǎn)

記憶合金覆膜植入過程順利，術(shù)后實驗豬恢復(fù)良好(圖 1F～H)。術(shù)后小香豬繼續(xù)采用高脂高糖飲食喂養(yǎng)3 月后，實驗體的體重無明顯變化(40±6.1) kg，BMI變?yōu)?9.4±5.2。術(shù)后觀察實驗豬進食正常，術(shù)后2 周實驗豬嗜睡情況有所減輕，而進食量均沒有下降，無其他的行為異常。術(shù)后6 月后，我們誘導麻醉促使實驗豬入睡，接入PSG后觀察實驗體的睡眠情況。PSG結(jié)果顯示：誘導麻醉成功15 min左右，實驗豬的呼吸開始平緩，伴有明顯的鼾聲；麻醉后30 min左右，實驗豬的呼吸間隔逐漸變長，腦電伴有少量微覺醒；60 min后，腦電完全平穩(wěn)，顯示出2期睡眠；監(jiān)測時間6 h，實驗開始2 h時，出現(xiàn)對稱性眼動，總快速動眼時間達到(2 520±540) s。實驗開始3 h檢測動脈血氧濃度(94±7)%，最長呼吸暫停時間(24±6) s，AHI=(18±2) 次/h(圖 2C)。

表 1 實驗豬的術(shù)前術(shù)后睡眠指標

注：t檢驗，①P<0.01；②P<0.05

2.3 小香豬的氣道容積顯著提高

Dophin Imaging 11.8軟件分析實驗豬的術(shù)前術(shù)后誘導麻醉下的CT，重建實驗豬的軟硬組織并進行氣道分析?？梢娪洃浐辖鸶材ぶЪ芸擅黠@抬高舌根，從而擴大氣道。實驗豬氣道體積從術(shù)前的(3 987.9±451) mm3升高至(5 718.9±619) mm3，二者之間有顯著差異(圖 2A～B)。過量麻醉藥猝死實驗豬后取材可見覆膜支架的聚酯硅酮覆膜無吸收破損，固定包埋后切片，HE染色后可見，覆膜支架的聚酯硅酮覆膜的組織相容性良好，支架周圍被纖維組織包繞，附近肌肉纖維質(zhì)地正常，未見明顯的炎癥反應(yīng)(圖 2D)。

A: 實驗豬術(shù)前呼氣終末氣道3D分析；B: 實驗豬術(shù)后呼氣終末氣道3D分析(紅色箭頭:記憶合金覆膜支架)；C: 術(shù)后3 月對實驗豬行多導睡眠監(jiān)測；D: 記憶合金覆膜支架與周圍軟組織(HE染色)

圖 2 氣道分析及支架周圍組織觀察

A: The 3D reconstruction of the upper airway at the end expiratory stage pre-operatively;B: The 3D reconstruction of the upper airway at the end expiratory stage post-operatively(Red arrow shows the location of the NTMACS);C: PSG indexes of the OSAHS model and analysis 3 months post-operatively;D: HE staining of NTMACS with the surrrounding tissues

Fig 2 Analysis of upper airway and observation of the peri-NTMACS tissue

3 討 論

鎳鈦記憶合金支架以其獨特的力學行為、超彈性性能、極強的耐腐蝕性和良好的生物相容性被廣泛應(yīng)用在人體各種管腔中[8]。形狀記憶效應(yīng)是記憶合金最重要的理化性能，在特定條件下，鎳鈦合金會恢復(fù)到所定型的幾何形狀，并產(chǎn)生巨大的恢復(fù)力。目前在人的良性尿道狹窄、尿道手術(shù)、尿道閉鎖再造術(shù)、膽道狹窄、食道狹窄、氣管軟化癥等疾病中均顯示了較好的治療效果和極高的生物相容性，展示出廣泛的應(yīng)用前景[9]，但目前尚無記憶合金在治療OSAHS方面的研究報道。

咽部氣道不同于喉部和氣管等中下氣道，為無軟骨支撐的肌性結(jié)構(gòu)，不但是食物和空氣的共同通道，而且對異物極為敏感[10]。因而咽部氣道的支撐不能簡單的模仿氣管、食管、尿道、血管等結(jié)構(gòu)使用記憶合金支架在管腔內(nèi)側(cè)支撐的模式。支架植入后既要保持睡眠時氣道的通暢，又要保證患者可以耐受支架的持續(xù)存在，還不能影響正常的進食和發(fā)音。因此我們設(shè)想在了解上氣道睡眠呼吸活動特點的基礎(chǔ)上，利用鎳鈦記憶合金支架的自身張力減輕睡眠時的軟組織塌陷。本課題首次成功建立了小香豬的OSAHS模型，并使用更為精確的侵入式針式電極PSG驗證了該模型。之后我們通過手術(shù)將記憶合金覆膜植入舌咽部的肌肉間隙，通過抬高舌根并反作用的外推舌骨，從而減少睡眠時的咽部軟組織塌陷。實驗結(jié)果證明，植入記憶合金覆膜支架后，實驗豬并未出現(xiàn)明顯不適，進食正常，正常入睡，而且白天嗜睡情況明顯減少。PSG結(jié)果也顯示出記憶合金覆膜支架的植入顯著提高了實驗豬的睡眠質(zhì)量。本實驗是一個探索性的研究，在將來的研究中，將會改良植入的方式，通過將環(huán)形針/彎針為經(jīng)皮穿刺，內(nèi)窺鏡下微創(chuàng)導入記憶合金覆膜支架，實現(xiàn)治療的微創(chuàng)性和安全性。其次，還將結(jié)合數(shù)字化技術(shù)，個性化的制作記憶合金覆膜支架，以達到在白天肌張力正常時，記憶合金支架不對周圍軟組織產(chǎn)生壓力，而在夜間又能提供良好的軟組織支撐效果，從而在保證治療效果的同事最大程度的減輕患者的不適感。

本研究成功建立了OSAHS小香豬模型，并通過記憶合金覆膜支架的植入成功改善了OSAHS小香豬的各項癥狀。本實驗結(jié)果不但證明了記憶合金覆膜支架在治療OSAHS上的可行性，而且為將來新型OSAHS診療手段的研發(fā)提供重要的實驗依據(jù)。