阻塞性睡眠呼吸暂停患者的吞咽功能评估：来自表面肌电图的见解

《Sleep and Breathing》：Swallowing assessment in obstructive sleep apnea: insights from surface electromyography

　　摘要
目的：研究不同严重程度的成人阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）患者在吞咽过程中舌骨上肌/颏下肌（SH）的电肌图（sEMG）活动，并在控制体重指数（BMI）的情况下确定肌肉活动变化的预测因素。

方法：这项横断面观察性研究包括了37名被诊断为OSA（AHI > 5）的成人。根据呼吸暂停-低通气指数（AHI），将患者分为两组：I组（AHI = 5 ≤ 30）和II组（AHI > 30）。在自愿吞咽10毫升和15毫升稀液体（水）的过程中记录sEMG活动。计算sEMG峰值、积分和最大速度（Vmax）。通过广义多元协方差分析比较两组，以BMI作为协变量。应用广义多元线性回归模型（GRM）分析预测因素对EMG参数的贡献。显著性水平设定为p < 0.05。

结果：样本中男性占多数（n = 24，64.9%），肥胖者比例较高（BMI > 30，n = 25，67.6%）。与I组相比，II组的峰值、Vmax和积分值显著较低（P ≤ 0.006）。GRM显示，峰值和积分受AHI和BMI的影响，而舌体积和吞咽时的行为共同解释了Vmax的变化。

结论：重度OSA患者的舌骨上肌激活减弱。除了疾病严重程度外，BMI和舌肌的功能状态也影响其激活。综合这些发现表明，肌肉无力和运动控制缺陷会损害吞咽过程中舌骨上肌的激活。

引言：呼吸和吞咽是重要的、密切相关的功能，需要复杂的神经肌肉协调才能达到最佳效果和安全性，因为上呼吸道（UA）是呼吸系统和消化系统共用的复杂肌肉管道[1]。吸气时，UA的扩张允许气流无障碍地进入肺部。相比之下，吞咽涉及口咽部压缩，以推动食物团通过咽部和上食道括约肌[1]。在食物团通过过程中，吞咽还有助于保护UA。这是通过中断呼吸（吞咽性呼吸暂停）、关闭会厌以及通过舌-腭接触和颏下肌/舌骨上肌的收缩来实现的[2-3]。此外，吞咽还能清除咽部和食道，防止呼吸道和肺部被误吸[4]。

呼吸系统疾病如阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）会影响吞咽[5]，因为反复的呼吸暂停会导致缺氧（血液中氧气水平降低）、高碳酸血症（二氧化碳水平升高）以及相关组织（尤其是咽部区域）的神经肌肉变化[6]。吞咽功能障碍也会影响呼吸，增加误吸的风险，即物质进入呼吸道[7]，可能导致肺炎。解剖学和非解剖学因素的结合，如狭窄的咽部、UA长度增加以及睡眠期间UA肌肉活动减少（包括舌骨上肌），会促进OSA在成年期的发生[8-9]。由于OSA是一种慢性睡眠相关的上呼吸道疾病[10]，其特征是UA反复塌陷，可能导致间歇性缺氧、睡眠片段化和整体健康状况受损[11]。尽管许多OSA中的误吸事件是无声的或微弱的，但其临床意义不容低估。反复的微误吸被认为是慢性呼吸道炎症、误吸性肺炎、肺病加重和生活质量下降的风险因素。通过早期识别吞咽功能障碍可以预防误吸，减少医疗资源的使用，并改善整体功能结果[12]。因此，评估这一人群的吞咽情况对于指导适当的治疗干预和预防并发症至关重要。先前的研究已经报告了OSA患者的感觉运动模式和吞咽功能受损[5, 10, 12]。此外，无论OSA的严重程度和面部特征如何，都会出现功能障碍，尤其是舌骨位置较低以及相关的肌功能和吞咽改变[13]。

尽管影像学方法（如视频荧光吞咽研究VFSS）被认为是动态吞咽评估的“金标准”，但VFSS存在一些局限性，包括成本高、暴露于电离辐射、检查时需要保持固定体位、解释变异性大、观察窗口有限、需要钡剂造影以及需要专门的物理空间等后勤问题[3]。因此，为了分析更多参数，一些研究结合了表面肌电图（sEMG）来研究呼吸和吞咽之间的关系，这是一种无创且安全的肌肉活动评估方法[3]。通常，sEMG与其他方法结合使用，要么在睡眠期间[4, 14-15]，要么在清醒状态下[16-17]。根据文献，睡眠期间吞咽频率会降低，并且随着睡眠深度的增加而减少[4, 15]。OSA患者的睡眠吞咽频率更高[4, 14]，尤其是在重度OSA患者中，吞咽后通常伴随着呼吸事件[4]，这表明了一种“错位”模式[15]，增加了误吸的风险。除了上述研究中提到的事件时间信息外，sEMG还提供了与吞咽期间肌肉激活相关的参数，但这些参数仅在少数涉及OSA患者的研究中得到探讨[16-17]。然而，建议使用舌骨上肌区域的sEMG来研究吞咽功能障碍，包括早期检测吞咽困难，因为它在推动食物团和保护呼吸道方面起着重要作用[2-3]。

研究目的：研究不同严重程度的成人阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）患者在吞咽过程中舌骨上肌/颏下肌（SH）的电肌图（sEMG）活动，并在控制体重指数（BMI）的情况下确定肌肉活动变化的预测因素。

方法：这项横断面观察性研究包括了37名被诊断为OSA（AHI > 5）的成人。根据呼吸暂停-低通气指数（AHI），将患者分为两组：I组（AHI = 5 ≤ 30）和II组（AHI > 30）。在自愿吞咽10毫升和15毫升稀液体（水）的过程中记录sEMG活动。计算sEMG峰值、积分和最大速度（Vmax）。通过广义多元协方差分析比较两组，以BMI作为协变量。应用广义多元线性回归模型（GRM）分析预测因素对EMG参数的贡献。显著性水平设定为p < 0.05。

结果：样本中男性占多数（n = 24，64.9%），肥胖者比例较高（BMI > 30，n = 25，67.6%）。与I组相比，II组的峰值、Vmax和积分值显著较低（P ≤ 0.006）。GRM显示，峰值和积分受AHI和BMI的影响，而舌体积和吞咽时的行为共同解释了Vmax的变化。

结论：重度OSA患者的舌骨上肌激活减弱。除了疾病严重程度外，BMI和舌肌的功能状态也影响其激活。综合这些发现表明，肌肉无力和运动控制缺陷会损害吞咽过程中舌骨上肌的激活。评估是通过会话期间的视觉检查进行的，随后通过分析录制的视频图像得到了确认。使用了一个预先设定的4点量表，分数范围从1（严重改变）到4（正常）。舌体积被分类为与口腔兼容（正常，得分为4）或体积增加和/或舌头轻度增大（得分为3）、中度增大（得分为2）或重度增大（得分为1）。为了评估吞咽过程中的舌行为，要求受试者像平时一样吞咽。检查者解释说，在受试者吞咽后，他们的嘴唇会立即被分开（检查者分别用食指和拇指放在受试者的下巴和下唇（颏肌区域）下方）。强调在受试者口中含有水的情况下不会发生这种情况。这个程序用于观察他们的牙齿，甚至在舌行为异常时观察舌头。当舌头保持在口腔内且不可见时，舌行为被评为正常（得分为4）。根据咬合的垂直维度（VDO），异常的舌行为被评定如下：舌头位于牙齿的切缘表面（或在没有切牙的情况下位于边缘），VDO降低（得分为3）；舌头位于切缘表面，VDO正常（得分为2）；舌头位于切缘表面和/或舌前嵴之外（得分为1）。当参与者表现出前牙开颌和异常前突时，根据舌头的位置给予以下评分：位于牙齿的切缘表面（得分为3）；位于切缘表面和/或舌前嵴之外，程度为中度（得分为2）；位于切缘表面和/或舌前嵴之外，程度为重度（得分为1）。吞咽过程中的舌体积和行为被汇总进行分析。因此，舌头的最高综合得分为8，最低得分为2。

评估由一位训练有素且可靠的言语-语言病理学家（GAF）进行，并与一位医学物理学家（DMG）一起进行了表面肌电图（sEMG）的记录和分析。两人都对参与者所属的组别不知情。

**样本量计算**
之前获得的描述性统计数据[3, 19]被用来估计进行统计分析所需的最低样本数量，以获得80%的统计功效（第二类错误，beta）和5%的第一类错误（alpha）。考虑到第一组的参与者可能是第二组的两倍，Peak、Vmax和Integral的样本量分别为26（17 + 9）、30（20 + 10）和24（16 + 8）。

**统计分析**
计算是通过Statistica软件版本14.0015（TIBCO? Data Science，加利福尼亚州帕洛阿尔托）和R版本4.1.1（R Foundation for Statistical Computing，奥地利维也纳）进行的。显著性水平设定为5%。对所有变量进行了描述性统计分析。分类变量以频率和百分比表示。连续数据以均值和标准差（SDs）或最小二乘均值及其95%置信区间表示。对于非正态分布的数据，使用了Kruskal-Wallis检验；对于分类数据，则使用了卡方检验。具有非正态分布的sEMG数据进行了对数转换。使用配对t检验来验证10毫升和15毫升吞咽时sEMG信号的平均值之间是否存在差异。由于没有显著差异，因此计算了10毫升和15毫升的平均值。

**OSA组间sEMG变量的差异**
为了研究OSA组间sEMG变量的差异，进行了多元协方差分析（一般线性模型）。使用计划的最小二乘（LS）均值进行成对比较，同时控制了协变量。效应量（ES）可能表明结果的临床相关性，不受样本大小的影响，通过广义eta平方（??2????p2）（Cohen, 1988）获得，并将效应解释为小、中、大：（??2????p2）= 0.0099、（??2????p2）= 0.0588、（??2????p2）= 0.1379。进行了逻辑回归（针对性别）和单变量线性回归（针对年龄、BMI和AHI），以验证预测变量与因变量（sEMG参数）之间的关联。选择协变量的标准是P < 0.20。此外，通过多元线性回归模型（GRM）确定了预测变量对sEMG参数的贡献。进行了两种回归分析模型：第一个模型研究了AHI和BMI的贡献，第二个模型包括了舌头的综合得分。

**吞咽过程中舌体积和行为的分析**
吞咽过程中舌体积和行为的得分被汇总进行分析。因此，舌头的最高综合得分为8，最低得分为2。

**研究人员的资质**
肌功能评估由一位训练有素且可靠的言语-语言病理学家（GAF）进行，并与一位医学物理学家（DMG）一起进行了sEMG记录和分析。两人都对参与者所属的组别不知情。

**研究设计**
所有参与者都接受了经过培训的言语-语言病理学家的评估，并与医学物理学家一起进行了sEMG记录和分析。

**结果**
所有选定的参与者（n = 37）都患有OSA，并根据AHI分为两组：轻度/中度（AHI 5至≤30）和重度（>30次/小时睡眠事件）；分别称为第一组（Group I）和第二组（Group II）。样本中男性人数多于女性（24 vs 13），肥胖参与者（BMI > 30 kg/m2）的人数也更多（n = 25）。第一组中超重（BMI 25.0至29.9 kg/m2）和肥胖个体的比例分别为26%和61%，第二组分别为14%和78%。只有13%的第一组参与者和7%的第二组参与者的BMI在18.5至24.9 kg/m2之间。统计测试显示第二组中的男性比例高于第一组。第一组的中位年龄最高，尽管组间比较没有达到统计显著性。两组之间的BMI也没有差异，但由于其与sEMG参数的关系，仍将其纳入了分析。各组的人口统计和人体测量特征见表1。

**单变量分析**
逻辑回归显示性别与EMG变量之间没有关联，P值介于0.34至0.46之间。在单变量线性回归中，AHI、BMI和舌综合得分分别与sEMG峰值（R = 0.50, P = 0.001）、Vmax（R = 0.38, P = 0.020）、Integral（R = 0.46, P = 0.005）相关。年龄与sEMG峰值（R = 0.002, P = 0.99）、Vmax（R = 0.12, P = 0.50）或Integral（R = 0.21, P = 0.203）无显著关联。因此，性别和年龄未纳入后续分析。

**多元协方差分析**
由于BMI在单变量线性回归中与每个sEMG参数（峰值、Vmax和Integral）都有显著关系，因此将其作为协变量纳入。组因素（第一组 vs 第二组）和BMI都与sEMG依赖变量有显著关联。总体而言，效应量较大。结果见表2。

**成对比较LS均值**
在控制了协变量（BMI）后，第二组在吞咽过程中的Peak、Vmax和Integral的LS均值较低且具有显著性（表3）。

**多元线性回归分析**
进行了多元线性回归分析，以确定OSA严重程度（通过AHI衡量）与其他因素的贡献。模型1和模型2对所有三个sEMG参数都显著。对于这两个模型，AHI和BMI都有负面影响。因此，AHI或BMI越高，峰值和Integral越低。然而，模型2被认为是最合适的模型，因为只有舌综合得分显著解释了Vmax的变异性，同时也影响了峰值的变化。舌功能越好，Vmax和峰值越高（表4）。

**讨论**
本研究能够识别吞咽过程中舌骨下肌（SH muscles）激活的障碍及其相关因素。结果显示，重度OSA患者的SH肌肉激活减少，峰值、Vmax和Integral值低于AHI < 30的患者。尽管两组之间的BMI没有显著差异，但最初控制了BMI以隔离OSA严重程度对sEMG参数的影响。这些发现基于非侵入性方法，提供了关于OSA患者口咽部吞咽障碍的信息，这些障碍经常被低估且尚未完全理解[10, 12]。吞咽过程中SH肌肉的功能不足可能会影响舌头与上颚的耦合，以及舌骨和喉部的抬升，从而可能影响食团推进效率和上呼吸道的保护[1]。在本样本中，摄入少量水时没有观察到提示呼吸道安全受损的迹象，如咳嗽、清喉或声音嘶哑。这一发现似乎证实了先前通过纤维内镜吞咽评估（FEES）[14, 21–22]、VFSS和咽部测压[10]发现的OSA患者亚临床吞咽障碍，这些障碍可能随着年龄的增长而恶化[22]。SH肌肉除了促进舌骨-喉复合体的前上运动外，还参与咽部扩张和硬化（特别是颏舌骨肌），以及上食管括约肌（UES）的打开[20]。最近，在中度至重度OSA患者中发现了吞咽生物力学的改变，包括UES松弛压力的增加和UES开口直径的减小[10]。除了对吞咽的影响外，SH肌肉激活减少还可能导致舌骨位置降低，这在OSA患者中观察到，并与UES塌陷的可能性增加有关[13, 23]。根据结果，OSA的恶化与sEMG参数的平均值降低有关，因为BMI的效应在组间比较中被“消除”了，即进行了统计控制。类似的研究结果也在OSA儿童中报告，他们的峰值和VMax值低于健康对照组[19]，这表明这些改变可能早在儿童时期就出现。感觉和运动缺陷可能有助于解释这些结果[12, 24]。一种可能的潜在机制是，OSA患者中的夜间机械性创伤（由打鼾和咽部塌陷引起）可能损伤上呼吸道的周围传入神经，损害局部敏感性（例如口腔和咽部），并破坏食团检测和反应机制，从而增加吞咽功能障碍甚至误吸的风险[12, 21]。然而，在儿童中，sEMG变量的降低以及舌肌力量和肌功能状况的下降被归因于肌肉无力，这可能与肌肉纤维的数量、直径和类型以及感觉-运动处理的缺陷有关，从而影响睡眠期间的吞咽和呼吸等生命功能的稳定性和执行[19]。样本主要为男性，这是预期之中的，因为参与者是连续就诊的患者，这与已知的男性易患OSA的倾向一致[10, 16]。然而，由于性别和年龄与EMG测量值（峰值、Integral或VMax）无关，因此未将其纳入分析。根据文献，尚未发现SH肌肉的sEMG测量值存在性别相关差异[2]，也未发现通过高密度sEMG评估的上舌骨肌肉运动单位的招募存在性别差异[25]。关于年龄，只有老年人的EMG值较低[26]。重要的是，在本样本中，最大年龄为59岁，第一组和第二组之间没有差异。多元线性回归分析的结果显示，AHI的增加和BMI的升高都与SH肌肉功能降低有关，尤其是在峰值活动方面。此外，舌的综合得分代表了舌的肌功能状况，影响了Vmax（模型2）。

**结论**
本研究揭示了吞咽过程中SH肌肉激活的障碍及其相关因素。结果显示，重度OSA患者的SH肌肉激活减少，峰值、Vmax和Integral值低于AHI < 30的患者。尽管两组之间的BMI没有显著差异，但最初控制了BMI以隔离OSA严重程度对sEMG参数的影响。这些发现基于非侵入性方法，提供了关于OSA患者口咽部吞咽障碍的信息，这些障碍常常被低估且尚未完全理解[10, 12]。吞咽过程中SH肌肉功能不足可能会影响舌头与上颚的耦合，以及舌骨和喉部的抬升，从而可能影响食团推进效率和上呼吸道的保护[1]。在本样本中，摄入少量水时没有观察到提示呼吸道安全受损的迹象。这些发现似乎证实了先前通过纤维内镜吞咽评估（FEES）[14, 21–22]、VFSS和咽部测压[10]发现的OSA患者的亚临床吞咽障碍，这些障碍可能随着年龄的增长而恶化[22]。反过来，舌头大小的增加可能会使舌骨向下移位，从而导致咽部长度的增加[23]。气道大小还受到上呼吸道肌肉激活的调节，如果肌肉功能受损，气道大小可能会减小。所有这些因素都是相互关联的，并促进了上呼吸道的易塌陷性[12]。综合舌评分的设计不仅考虑了体积（如前所述，体积与气道空间和易塌陷性有关），还考虑了吞咽过程中舌头的可观察行为（功能）。如前所述，舌骨上肌有助于舌头抬高并抵住上颚，与内在和外在舌肌一起将食物推入咽部[1]。舌肌功能状况对VMax的方差贡献了44%，对峰值的方差贡献了25%，尽管后者在统计学上并不显著。因此，相对于口腔空间而言舌头体积较大且在吞咽过程中舌头位置不当的患者，其峰值活动较低，尤其是VMax显著降低。综合舌评分是VMax的重要预测指标，但不是sEMG信号积分的预测指标，这表明舌肌功能状况与舌骨上肌激活的时间动态和协调性更为相关，而不是与吞咽过程中持续的肌肉活动总量更为相关。VMax反映了肌肉激活达到峰值的速度，因此对运动计划、神经驱动以及吞咽开始时舌头与上颚耦合的效率敏感。相比之下，sEMG积分代表的是随时间累积的电活动，可能更多地受到吞咽持续时间、食物通过时间和补偿策略的影响，而不是运动协调性的影响。因此，舌头姿势和功能的变化似乎主要影响舌骨上肌募集的速度和协调性，这一点通过VMax得以体现，而不是通过sEMG积分所反映的总工作量。这一解释具有临床意义，并得到了最近一项随机对照试验[27]的支持，该研究表明，在短期内，口腔面部肌肉功能疗法可能有助于稳定舌骨的位置，而不会立即改变整体睡眠相关结果，这表明舌头-舌骨复合体的结构和神经肌肉适应可能先于可测量的功能变化。在这种情况下，对肌肉激活动态敏感的参数（如VMax）可以检测到运动控制的早期变化，而综合指标（如sEMG积分）可能反映的是后期或补偿性适应。

然而，需要注意的是，尽管回归模型在统计学上具有显著性，但一些模型的R2值相对较低，表明解释能力有限。因此，观察到的关联应被视为趋势而非确定的因果关系。BMI和综合舌评分的贡献反映了它们在调节舌骨上肌激活方面的潜在作用，但并不意味着因果关系。尽管没有观察到吸入的临床症状，但这些发现强调了将舌头和舌骨上区域的功能评估纳入中度至重度OSA患者评估中的潜在重要性，因为吞咽过程中舌骨上肌激活的减少可能会影响喉咽抬高和与气道保护相关的机制[13]。专注于增加舌头体积和改善吞咽过程中舌头与上颚耦合的功能锻炼，以及其他旨在改善上呼吸道肌肉功能障碍的锻炼，已被证明可以减轻成人的OSA严重程度和症状[28]。这些因素可以进一步研究其对OSA患者舌骨上肌的影响。一项针对健康志愿者的研究表明，用力吞咽时强调舌头与上颚的接触可以产生更高的食物推进力，从而更有效地将食物推入咽部，持续的压力建立有助于更彻底的食物清除[29]。最近的研究表明，强化舌头训练可以增加OSA患者的舌骨上肌的sEMG活动并改善其吞咽功能感知[30]。吞咽与呼吸紧密协调，而在睡眠中的OSA患者中，这种协调性已被发现发生了改变[4, 15]。研究显示，启动吞咽的潜伏期延长、吸气抑制时间减少，以及引发吞咽反射所需的吞咽体积增加[24]。这些发现不仅表明了结构上的改变，还表明了吞咽控制的功能和感觉障碍，影响了呼吸系统和吞咽系统的整合[5, 16]。这种协调性是防止喉部穿透和肺部吸入的基本机制[24]。除了口腔面部肌肉功能疗法外，BMI与舌骨上肌激活之间的关联强调了体重管理在OSA患者中的重要性。旨在减轻体重的干预措施可能间接影响上呼吸道的解剖结构和神经肌肉功能。此外，专注于舌头耐力和神经肌肉控制的新兴疗法在概念上可能与当前的研究结果相关，因为它们针对的是与运动协调相关的机制。相比之下，目前有限的证据表明，正压通气、下颌前移装置或针对肥胖的药物治疗（包括双GIP/GLP-1受体激动剂）可以直接改善舌头肌肉的力量或功能行为。这些治疗观点应被视为互补的，并需要进一步研究。鉴于肥胖、上呼吸道易塌陷性和神经肌肉功能之间的关联[23]，未来的研究应探讨体重减轻后OSA严重程度的改善是否会导致吞咽生物力学的可测量变化。本研究增加了证据，表明重度OSA患者在清醒吞咽时舌骨上肌的激活减少，进一步证实了神经肌肉功能障碍的存在。研究这种损伤是否会在睡眠期间导致呼吸-吞咽协调性的更大紊乱是很有趣的，因为在睡眠期间预期肌肉张力会丧失。虽然舌骨上肌区域的sEMG主要应被视为一种研究工具，但在临床环境中实施口腔面部肌肉功能评估可以提供有价值的见解，最终有助于理解与OSA相关的神经肌肉因素，并通过经过验证的工具（如扩展版口腔面部肌肉功能评估OMES-E[20]）来定制治疗方法。需要进一步的研究来探索sEMG的临床效用，并为其常规使用建立标准化指标。本研究存在一些局限性。首先，样本量相对较小，因为这项研究具有探索性质，且各组之间的性别匹配没有进行。其次，研究中没有包括非OSA患者，这限制了确定观察到的吞咽相关肌电图模式与正常生理状态的偏差程度。未来需要包括健康对照组和更大样本量的研究来确认和扩展这些发现，并研究不同OSA严重程度和亚型中的吞咽相关神经肌肉损伤。然而，值得注意的是，我们研究小组之前的研究已经使用相同的方法在健康个体中进行了相关研究[3]。此外，sEMG参数仅使用稀薄液体（水）进行测量；涉及不同体积和稠度的任务可能有助于更全面地了解OSA患者的舌骨上肌功能。

结论：OSA严重程度较高的组在液体吞咽时舌骨上肌的肌电图活动较低，表明肌肉无力且吞咽时的运动激活控制不足。BMI已被证明是调节肌肉活动的相关因素，进一步强调了其在治疗计划中的作用。然而，AHI仍与sEMG值降低显著相关。此外，临床吞咽评估（特别是综合舌评分）与OSA患者的sEMG参数相关。这些发现有助于更深入地了解OSA患者的肌肉功能障碍，并强调了需要采用结合口咽部肌肉功能康复的治疗方法。