2017, Vol. 31
2. 宁波市第一医院重症医学科, 浙江 宁波 315000;
3. 山东大学齐鲁医院呼吸科, 山东 济南 250012
2. Department of Intensive Care Unit, Ningbo First Hospital, Ningbo 315000, Zhejiang, China;
3. Department of Respiratory, Qilu Hospital of Shandong University, Jinan 250012, Shandong, China
阻塞性睡眠呼吸暂停综合征 (obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome，OSAHS) 是最常见的睡眠呼吸障碍，指由于上气道出现反复的完全或部分阻塞或者塌陷，而导致呼吸暂停或通气不足，反复低氧血症，高碳酸血症，反复微觉醒状态及睡眠结构紊乱、睡眠质量下降的一种疾病。OSAHS主要临床表现为睡眠时打鼾、憋醒，晨起口干、头痛，日间精神差、嗜睡，记忆力下降，行为异常，性格改变等症状，其诊断的金标准是多导睡眠监测仪 (polysomnogrophy，PSG) 监测。OSAHS具有多种危险因素，有研究显示[1], OSAHS患病率在中年以前随年龄的增加而升高，这可能与肥胖的发病率增加有关[2]。济南市30岁以上OSAHS患病率为3.98%[3]。
OSAHS具有多种治疗方式，包括一般治疗和特殊治疗。一般治疗包括减轻体质量，戒烟酒，改变睡眠时体位，从仰卧位改为侧卧位，停用镇静催眠药物等。特殊治疗包括药物治疗、持续气道正压通气、Provent鼻贴治疗、口腔矫治器、口腔压力疗法、外科治疗等。目前，OSAHS的标准的一线治疗是CPAP[4-5]。其治疗原理是提供正压支撑上气道，维持上气道开放。虽然多家无创呼吸机生产厂家开发新的通气技术以提高患者的舒适性，但仍有其自身的不足：价格昂贵，在发展中国家不易普及；体积较大，不易随身携带，对常出差的人士尤为不便；连接管路限制患者夜间活动，依从性降低；持续气流存在，引起部分患者不适感。
研究表明[6]，CPAP治疗OSAHS主要与呼气末期正压 (end-expiratory positive airway pressure, EEPAP) 有关，三水平呼吸机是该理论的体现。三水平呼吸机区别于传统呼吸机，在一个呼吸周期中提供3个不同的压力：吸气压IPAP，呼气压EPAP和呼气末期压EEPAP，在呼气初始降低呼气阻力，在不影响疗效的情况下增加患者舒适性，同时维持较高的呼气末正压，可以使患者在每次呼气快要结束时防止上气道塌陷，保持气道畅通，从而大大提高了患者的睡眠质量。Provent鼻贴的成功也是呼气正压治疗OSAHS的另一证据，已成功用于治疗单纯鼾症和轻中度OSAHS[7]。鼻贴的两个鼻孔处有许多小孔，当患者吸气时小孔开放患者能够很容易的通过鼻贴吸气，当患者呼气时大部分小孔关闭仅有数个小孔用于呼出气体能够产生足够的正压让患者气道保持通畅。多项研究显示，Provent鼻贴治疗OSAHS取得了一定的效果[8-9]。基于此，本研究设计并制作3D呼气正压鼻塞用于治疗OSAHS，并对其安全性及有效性进行评估。
1 资料与方法 1.1 呼气正压鼻塞的设计与制作 1.1.1 呼气正压鼻塞由鼻塞和吸气、呼气单向阀组成，吸气时微小单向阀开放，降低吸气阻力。呼气时呼气单向阀开放，阀内可调节限压装置限制气体呼出，从而建立呼气末正压，吸气阀保持关闭状态直到下一次吸气开始。可通过设置呼气单向阀来调节压力范围, 其范围为5~20 cmH2O。根据患者自身情况，通过调节单向阀压力达到最佳治疗效果。
1.1.2 设计、制作与佩戴方法设计鼻塞与单向阀连接处的平面图形，根据平面图形在AutoCAD绘制3D结构图，导入cube®software生成Cube 2 3D打印机模型并分别打印出鼻塞与单向阀接头，将鼻塞与单向阀连接起来，接上鼻枕与固定带，组成呼气正压鼻塞。佩戴时，将鼻枕塞入鼻前孔，并将连接鼻塞两端的固定带固定于枕后，可根据个人情况调节固定带长度。正压鼻塞的鼻枕及固定带均购自瑞思迈公司。
1.2 呼气正压鼻塞的安全性和疗效性评估 1.2.1 研究对象选取2013年6月至2013年12月因睡眠打鼾夜间憋醒、晨起口干、头痛、白天嗜睡、性格改变、行为异常及记忆力下降等症状，于山东大学齐鲁医院呼吸科就诊并行多导睡眠监测诊断为中重度OSAHS (AHI≥15次/h) 的患者14例, 其中男9例，女5例, 21~63(40.78±11.95) 岁, 体质量指数 (body mass index, BMI)22.64~37.47 (28.24±2.42) kg/m2。
1.2.2 纳入及排除标准纳入标准纳入标准：年龄20~65岁，根据《2011年中华医学会阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征诊治指南》的标准[10]确诊为OSAHS的中、重度患者，即AHI≥15次/h，并伴有打鼾、憋醒、白天嗜睡、头痛等症状，且未经过任何治疗。经山东大学齐鲁医院伦理委员会同意，所有患者自愿接受本项研究并签署知情同意书。
排除标准：① 患有其他心肺疾患如肺大疱、血流动力学不稳定等；② 个人因素依从性差，拒绝使用无创呼吸机、正压鼻塞的患者；③ 以CSAS和MSA为主的患者；④ 近2周有上呼吸道感染病史者；⑤ 正在接受的治疗可能影响睡眠，如镇静催眠肌松药等；⑥ 已接受其他治疗，尤其是手术治疗的患者如UPPP，鼻部手术等；⑦ 呼吸机面罩或正压鼻塞材料过敏者。
1.2.3 安全性评估通过调节正压鼻塞呼气单向压力阀产生不同的呼气正压，分别在不同呼气正压下治疗时及未治疗时用心电监护仪测量6名健康志愿者呼出气CO2分压 (PETCO2)，观察应用呼气正压鼻塞治疗是否会造成CO2潴留。
1.2.4 疗效性评估将全部入选患者随机分为A、B两组，第一阶段：A组先使用auto-CPAP行压力滴定，选择适宜压力应用CPAP治疗，B组应用正压鼻塞治疗，分别治疗1周后，在治疗同时行PSG监测；洗脱1周后，进行第二阶段：交换治疗方法，A组应用正压鼻塞治疗，B组在使用auto-CPAP行压力滴定后选择适宜压力应用CPAP治疗，治疗1周后，再次使用上述方式评估 (图 1)。
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图 1 试验流程图 Figure 1 The procedure of the clinical trial |
采用Origin 9.0软件。计量资料符合正态分布，用x±s表示；不同单向阀压力下的PETCO2比较采用单因素方差分析, 两两比较采用LSD-t法；CPAP及鼻塞治疗前后PSG结果比较采用配对t检验；两种治疗方法的治疗效果比较采用独立样本的t检验。检验水准α=0.05。
2 结果 2.1 呼气正压鼻塞打印 2.1.1 正压鼻塞平面设计图 (图 2)
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图 2 正压鼻塞平面设计图，分为3部分: A为部件1，B为部件2，C为部件3 Figure 2 EPAP rhinobyon graphic design including part 1(A), part 2(B) and part 3(C) |
由3个部件组成，外径长度为3 cm。
2.1.2 正压鼻塞3D设计图 (图 3)
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图 3 压鼻塞3D设计图：A和B为部件1不同角度的3D mesh图形，C和D为部件2不同角度的3D mesh图形，E和F为部件3不同角度的3D mesh图形，G为整体的3D图形。 Figure 3 3D graphic design of EPAP rhinobyon: 3D mesh graphics of different angles of part 1 (A, B), 3D mesh graphics of different angles of part 2 (C, D), 3D mesh graphics of different angles of part 3 (E, F), 3D graphic of the EPAP rhinobyon (G) |
根据3D图片用3D打印机打印出3个部件，黏贴起来，连接鼻塞和单向可调压力阀，组成正压鼻塞 (图 4)。
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图 4 组合后的正压鼻塞，不同角度见A、B Figure 4 Different angles of combination of EPAP rhinobyon (A, B) |
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图 5 未治疗时及调节正压鼻塞单向阀至不同压力下PETCO2结果 Figure 5 PETCO2 with EPAP rhinobyon therapies under different expiratory pressure and without any therapy |
将通气鼻塞压力阀调节至5 cmH2O时，患者PETCO2为 (34.8±3.1) cmH2O，调节至10 cmH2O时，PETCO2为 (33.4±3.5) cmH2O，未采取任何治疗措施时，PETCO2为 (36.2±2.9) cmH2O，三者PETCO2差异无统计学意义 (F=1.162，P=0.34)，两两比较差异均无统计学意义 (P=0.458, 0.148, 0.458)。
2.3 CPAP和正压鼻塞治疗前后PSG结果比较及两种治疗方法的疗效比较
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表 1 CPAP和呼气正压鼻塞治疗前后疗效对比 (x±s) s Table 1 Comparison of measures of PSG before and after CPAP and EPAP therapies (x±s) |
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表 2 CPAP和呼气正压鼻塞治疗后PSG结果对比 (x±s) Table 2 Comparison of measures of PSG between post-therapies of CPAP and EPAP (x±s) |
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图 6 比较CPAP与正压鼻塞治疗前后的AHI A:第一阶段A组使用CPAP治疗，B组使用正压鼻塞；B:第二阶段A组使用正压鼻塞，B组使用CPAP治疗。 Figure 6 Comparison of AHI between treatments of CPAP and EPAP rhinobyon therapies A: Minimum SaO2 with CPAP therapy in group A and with EPAP therapy in group B during stageⅠ; B: Minimum SaO2 with EPAP therapy in group A and with CPAP therapy in group B during stage Ⅱ. |
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图 7 比较CPAP与正压鼻塞治疗前后的最低SaO2 A:第一阶段A组使用CPAP治疗，B组使用正压鼻塞；B:第二阶段A组使用正压鼻塞，B组使用CPAP治疗。 Figure 7 Comparison of SaO2 between treatments of CPAP and EPAP rhinobyon therapies A: Minimum SaO2 with CPAP therapy in group A and with EPAP therapy in group B during stageⅠ; B: Minimum SaO2 with EPAP therapy in group A and with CPAP therapy in group B during stage Ⅱ. |
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图 8 比较CPAP与正压鼻塞治疗前后的平均SaO2 A:第一阶段A组使用CPAP，B组使用正压鼻塞；B:第二阶段A组使用正压鼻塞，B组使用CPAP。 Figure 8 Comparison of SaO2 between treatments of CPAP and EPAP rhinobyon therapies A: Mean SaO2 with CPAP therapy in group A and with EPAP therapy in group B during stageⅠ; B: Mean SaO2 withEPAP therapy in group A and with CPAP therapy in group B during stage Ⅱ. |
第一阶段：A组使用CPAP治疗1周后，AHI降低，最低氧饱和度、平均氧饱和度均升高, 差异均有统计学意义 (P＜0.001)；B组使用正压鼻塞治疗1周后，AHI降低，最低氧饱和度、平均氧饱和度均升高, 差异均有统计学意义 (P＜0.001)；两组治疗后PSG结果差异无统计学意义 (P=0.830, 0.672, 0.649)。第二阶段：A组使用正压鼻塞治疗1周后，AHI降低，最低氧饱和度、平均氧饱和度均升高, 差异均有统计学意义 (P＜0.001)；B组使用CPAP治疗1周后，AHI降低，最低氧饱和度、平均氧饱和度均升高, 差异均有统计学意义 (P＜0.001)；两组治疗后PSG结果差异无统计学意义 (P=0.473, 0.636, 0.667)。
3 讨论OSAHS是指患者睡眠时发生反复的呼吸暂停和通气不足，其发病率高，危害大[8]，虽然已经逐步受到重视，但是公众对打鼾和OSAHS的认识还远远不够[11-13]。对于成人OSAHS来说，CPAP是目前首选的治疗方式，但价格和耐受性问题是影响CPAP治疗的主要因素。CPAP价格昂贵，需要5 000~10 000元人民币，在经济条件相对落后的地区难以普及使用；山东大学齐鲁医院呼吸科新诊断的OSAHS患者购买呼吸机治疗的比例仅占1/3~1/2。行压力滴定时，约20%~30%的患者不能耐受CPAP，刚带上面罩就表示感觉呼吸困难难以耐受。OSAHS需要长期的治疗，患者的耐受性和依从性是评价有效性的一项重要指标。CPAP治疗后60%~75%的患者可取得满意的疗效，但是随访发现，仅有46%的患者能够坚持长期使用[14]，而CPAP治疗的有益效应正依赖长期的治疗，长期的依从性是CPAP治疗中存在的最大问题。
研究表明，OSAHS治疗主要与EEPAP有关，而与吸气相及呼吸早期压力关系不大。Provent鼻贴是运用呼气正压治疗OSAHS的方法之一，其产生的压力值为10 cmH2O左右[15]，每个患者治疗时所产生的压力值不完全相同，且压力不可调、不稳定，对于重度OSAHS的有效性无法保证。且Provent鼻贴为一次性的，价格较高。呼气正压鼻塞通过调节单向可调压力阀，使患者呼气时单向阀部分关闭，限制气体呼出，从而建立呼气正压。可以增加呼气时咽气道的压力，维持咽气道的跨壁压力梯度，从而保证咽气道的开放。增加功能残气量，并通过迷走神经和肺牵张感受器的调节来增加上气道的张力，从而维持上气道的开放。与Provent相比，正压鼻塞具有压力可调且较稳定，能够重复利用，价格低的优点。此外，正压鼻塞体积小，舒适度高，患者易接受，但是对睡眠时张口呼吸的患者无效。
3D打印技术也称做增材制造技术，是以数字模型为基础，在计算机控制下，通过多层次连续叠加的方式最终堆积成完整实物的技术[16]。选用PLA材料，具有优良的力学性能、热塑性、成纤性、透明性、可降解性，适用于本研究。在医学领域，3D打印技术可用于术前评估，随着技术的进步，目前多项报道用于打印手术材料。将3D打印技术用于正压鼻塞，是一种新的尝试，有助于产品更符合设计的要求，以达到预期的治疗效果。试验结果显示，正压鼻塞治疗OSAHS具有很好的效果，AHI明显下降，最低SaO2和平均SaO2明显上升，与CPAP相比，治疗效果的差异无统计学意义。因此，正压鼻塞可作为治疗OSAHS的一种选择。
呼气正压鼻塞治疗OSAHS的安全性评估同样是本研究的主要环节。无创呼吸机的面罩上内置安全翻片阀 (硅胶片)，该安全翻片阀相当于一个单向阀，在呼吸机正常工作时，即面罩内压力高于大气压时，此安全翻片阀关闭，患者通过无创呼吸机管路呼吸。而在呼吸机停止工作或者故障，即大气压高于面罩内压力时，此安全翻片阀打开，允许患者直接呼吸大气，以防止患者窒息。正压鼻塞的吸气阀也是一个单向阀，吸气时所需压力仅为0.2 cmH2O，可以保证吸气安全性。本研究将呼气压力阀分别调节至5 cmH2O及10 cmH2O时，患者PETCO2与未治疗时的差异无统计学意义，因此使用呼气正压鼻塞不会造成CO2潴留，当压力阀调至5 cmH2O时，患者的耐受性及疗效性均可达到最佳状态。此外，除解剖无效腔外，使用无创呼吸机无效通气包括管道和面罩，RESMED说明书中写到根据面罩型号大小不同，死腔大小不同，但是不会超过258 mL，相比之下，鼻塞的死腔量更小，因此不会对OSAHS患者的正常呼吸产生影响。
装置相关不良反应是反映一个装置安全性的重要指标。在治疗期间，14例患者未出现与正压鼻塞相关的严重不良反应，由于通气鼻塞无类似CPAP面罩的头带固定，有个别患者出现正压鼻塞脱落的问题。CPAP的不良反应最常见的是口咽干燥，皮肤的压红与破损等，可通过加强湿化和间歇喝水，间歇松开面罩或轮换使用不同类型的面罩解决。正压鼻塞治疗时吸气均需要患者自身呼吸肌做功，有0.2 cmH2O的吸气阻力，部分患者会感觉吸气困难，导致无法耐受，尤其是曾经使用过无创呼吸机的患者。我们可以通过改进吸气单向阀的材料，以减小吸气阻力。
本研究提示，呼气正压鼻塞安全有效，经过不断的改善，正压鼻塞将会具有更多的功能，更安全的性能，可作为OSAHS的治疗方法广泛推广。
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