美国丹佛National Jewish Health的学者Kelly Newton等近期就睡眠和呼吸之间的相互作用发表了综述，文章近期发表在Clinc Chest Med上。现全文编译如下：
关键点
通气是通过神经生理控制和机械效应作用之间复杂的相互作用来调节的。
睡眠中体位相关的上气道狭窄和超重会影响呼吸和气体交换。
某些疾病状态中，如慢性阻塞性肺部疾病（COPD）、限制性呼吸系统疾病、神经肌肉疾病和心脏疾病，会导致这些变化效应被进一步放大。
研究背景
睡眠时的呼吸控制是一个复杂的生理过程，不同于清醒时的呼吸控制。宿主疾病状态会影响复杂的神经和呼吸机制，包括特异的睡眠相关解剖特点（如：上气道、肋间和膈肌）。
上述任何因素的紊乱都会导致气体交换的异常，如：低氧血症、高碳酸血症或睡眠呼吸紊乱（其中包括打鼾、阻塞性和中枢性呼吸暂停、潮式呼吸、比奥呼吸和各种低通气综合征）。
本文会具体讨论睡眠时呼吸的调节以及睡眠呼吸紊乱疾病的筛查、诊断和目前的治疗方案。
睡眠时呼吸的神经控制
延髓呼吸神经元，包括背侧呼吸组（DRG）和腹侧呼吸组（VRG），和支配咽和喉部肌肉的颅神经运动神经元接受从脑桥呼吸组神经纤维传出的信号。
孤束腹外侧核的背内侧髓质含有吸气神经元；而VRG含有疑核、呼气神经元（Bo¨ tzinger复合体）和吸气神经元（pre-Bo¨ tzinger复合体）。Pre-Bo¨ tzinger神经元复合体能产生基本呼吸节律、有“起搏点”的特性。
传入神经（来自肺、颈/主动脉化学感受器和压力感受器的迷走神经）将信息传递到背侧呼吸组和延髓孤束的各种亚核。PaCO2、PaO2、酸碱平衡（pH）和血压信息通过吸气和呼气神经元整合后也传递到腹侧呼吸组。
支配咽喉部肌肉的运动神经元位于疑核和颅尾延展区。脑神经（舌下神经、三叉神经和面运动神经）支配上气道肌肉，保持上气道通畅。最后，DRG和VRG神经元将信号传导至脊髓运动神经元，从而支配呼吸肌。
呼吸脊髓延髓区、运动前神经元和运动神经元负责产生呼吸节律和中枢呼吸驱动。对于呼吸节律的产生有数种理论，包括：起搏点产生、网络产生和混合产生。在吸气过程中，中枢神经元（DRG和VRG）支配膈神经和肋间神经运动神经元。呼气神经元抑制吸气神经元，从而使呼气动作得以完成。
咽部肌肉运动神经元活动的控制机制不同于脊髓呼吸肌肉的控制机制。网状结构主导了舌下运动神经元的吸气驱动，提供了呼吸系统的强直驱动。这会对睡眠时呼吸产生显著影响。呼吸和非呼吸（体位/行为）功能肌肉的活动，如肋间肌和咽部肌肉，在睡眠时往往受到抑制。
睡眠时的呼吸生理
呼吸肌没有自主节律性，必须通过中枢进行控制。颈/主动脉化学感受器和压力感受器的化学信号（PaO2和PaCO2）、迷走传入神经元的机械信号（肺的拉伸、压缩和阻塞）以及行为信号（觉醒刺激）会作用在呼吸中枢，对呼吸节律起到调节作用。
缺氧
睡眠时缺氧对呼吸的刺激作用是相对迟钝的。有研究发现，缺氧对呼吸的刺激作用是有性别差异的。清醒状态下，相比女性，男性对缺氧的反应更敏感。男性非快速眼动（NERM）睡眠中，缺氧对呼吸的刺激作用相较睡眠时是下降的；但女性清醒和NERM睡眠中，缺氧对呼吸的刺激作用水平类似。
这是否是绝经前妇女睡眠呼吸紊乱疾病患病率较低的原因，目前仍不得而知。随着睡眠呼吸紊乱疾病的进展，快速眼动（REM）睡眠中缺氧对呼吸的刺激作用也会出现下降。二氧化碳过度通气造成的低氧血症并不是常见的觉醒刺激，所以对这类患者即使动脉氧饱和度已经下降到70%时，这些患者仍可处于睡眠状态中。
高碳酸血症
高碳酸血症对呼吸的刺激作用在睡眠中也会下降，在REM睡眠中变得最迟钝。缺氧情况下，女性高碳酸血症对呼吸的刺激作用在NERM睡眠和觉醒状态下并没有显著差别。相较男性，女性睡眠中的通气反应更好。
当呼气末二氧化碳水平超过正常范围15mmHg以上时，高碳酸血症会促使患者从睡眠中觉醒。同时并发的低氧血症会增加机体对高碳酸血症的敏感性。
气道阻力
气道阻力的增加，包括吸气阻力或吸气时气道闭塞造成的气道阻力的额外增加，都会导致觉醒的发生。在NERM睡眠2期、3期和REM睡眠时，吸气阻力增加会导致觉醒频率增高。慢波睡眠时，因吸气阻力增高而导致觉醒的发生频率最低。相反的，REM睡眠中，因气道闭塞导致觉醒的发生频率较高。
睡眠时上气道肌肉张力下降，导致解剖结构改变，这使得睡眠时上气道阻力增加明显。睡眠时体位改变或静脉充盈会使气道阻力增加更明显。
1）睡眠时的呼吸规律
睡眠会导致不规则呼吸模式进一步发展，特别在NERM睡眠1期和2期时。当二氧化碳敏感性和阈值从清醒（低）水平进展为睡眠（高）水平时，周期性呼吸，包括偶发的中枢性呼吸暂停，出现频率可以增加。
已有研究证明，低碳酸血症伴或不伴缺氧均可诱导NERM睡眠中不规则呼吸模式的产生。绝经前妇女的窒息阈值比绝经后妇女及男性都要来的高。低碳酸血症伴随气道阻力的增高可导致阻塞性呼吸暂停的出现。
2）睡眠时的呼吸肌功能
相较直立位，仰卧位时功能残气量显著下降。这是因为仰卧位时腹压增加导致胸壁扩张能力相对下降。REM期间，肋间肌会出现睡眠相关张力下降从而导致胸壁顺应性下降，使得膈肌成为唯一的呼吸肌。呼吸肌张力、高碳酸血症水平及化学感受器对低氧的敏感性下降均可导致REM睡眠中低通气的发生。
睡眠中其他重要的呼吸生理变化包括：1）对弹性载荷通气反应下降，2）分钟通气量下降，3）上气道阻力增加。低潮气量是造成分钟通气量下降的主要原因，呼吸频率改变相对较少，吸：呼比几乎没有变化。
临床意义
睡眠相关通气驱动障碍、对高碳酸血症反应迟钝以及上气道阻力增进均会导致睡眠相关呼吸紊乱的进展。阻塞性睡眠呼吸暂停综合症（OSA）是由一系列因素共同作用的结果，包括上气道塌陷、颏舌肌的低反应性和低觉醒阈值。
阻塞性睡眠呼吸暂停综合症
目前估计OSA患病率大约为5%-10%。气道塌陷和扩张情况决定了上呼吸道的通畅程度。当达到临界闭合压（Pcrit）时，上气道会出现塌陷。下颌后缩、扁桃体/腺样体肿大和夜间腺体分泌会导致Pcrit增高，从而增加阻塞性睡眠暂停低通气发生的可能性。
包括颏舌肌在内的上气道括约肌活性，是由位于延髓控制呼吸模式产生的神经元所调控的。觉醒刺激则是通过促觉醒神经元和位于喉部的机械感觉神经元调控。睡眠时传入到咽部肌肉的中枢呼吸信号减少，反射性括约肌活性及颏舌肌和腭部张力也下降。睡眠及仰卧位时，气道壁张力也出现下降。
上述这些因素均会导致上气道塌陷、气流受限风险增加。为了克服巨大的气道阻力，呼吸功会增加，反过来导致PaCO2水平上升。
当OSA患者难以耐受气道正压治疗或面罩不舒适，均会导致接受气道正压治疗的OSA患者睡眠中断。气道正压治疗也可导致中枢性睡眠呼吸暂停的出现。
中枢性睡眠呼吸暂停
闭合系统反应效应（GL）的增加可以解释中枢性睡眠呼吸暂停中部分影响睡眠呼吸化学调控的病理生理学机制。简单来说，任何刺激都会产生特定的应答。当该应答达到了刺激预想方向和程度时，这种应答就是恰当的，这时对个体内环境来说也是稳定的。
相反的，如果对刺激表现为应答延误或应答效果过分放大，则可能导致个体内环境不稳定。
控制和效应增益都会影响GL。控制增益代表化学感受器，而效应增益代表了排出二氧化碳的通气效率。当控制增益增加时，PaCO2水平轻微的变化就会轻易达到窒息阈值（如：高碳酸血症反应）。而效应增加时，就意味着轻度的通气改变会出现二氧化碳清除率大幅度提高。
睡眠会导致功能残气量、代谢速率、心输出量下降，PaCO2水平升高，这些都会导致呼吸不稳定和中枢性睡眠呼吸暂停易感性的增高。
复杂睡眠呼吸暂停是指对于那些有阻塞性或混合低通气综合症患者，在治疗或上气道手术期间出现急性的、持续的或加重的中枢性睡眠呼吸暂停。这些患者若基础PaCO2水平和呼吸暂停阈值之间间距很小，或这些患者存在对PaCO2的敏感性增高，那么他们有很大的可能会进展为复杂睡眠呼吸暂停综合症。
阻塞性肺部疾病
睡眠可显著影响气体交换。对COPD患者来说，睡眠时呼吸流量下降、呼吸功增量反应降低、通气反应减弱和通气灌注不匹配都会导致低氧血症和高碳酸血症的发生。在REM睡眠期，COPD患者血气变化特变明显。
COPD患者往往有失眠、频繁夜醒和睡眠效率的下降。肺气肿患者中，内源性呼气末正压的存在、过度通气和阻力负荷下降均可刺激肺部机械感受器从而导致觉醒的发生。夜间咳嗽和气喘（据报道53%的患者有上述表现）可破坏睡眠的连续性。COPD/OSA重叠综合症可导致睡眠碎片化。
COPD患者的睡眠问题是COPD急性加重，呼吸相关急诊就诊和全因死亡率的一个预测标志物。
限制性肺部疾病
严重睡眠障碍可使慢性间质性肺部疾病加重。夜间呼吸困难和咳嗽、呼吸功增加以及异常气体交换均可影响睡眠质量。睡眠质量的下降可反过来使日间更疲劳，活动程度下降。
无创通气可改善因限制性胸部疾病导致的慢性呼吸衰竭患者的血氧饱和度，提高睡眠质量。
总结
睡眠状态可以显著影响呼吸生理，包括对缺氧和高碳酸血症的通气反应、上气道和肋间肌肉的张力以及潮气量和分钟通气量。这些改变可在特定疾病状态下被进一步放大，如COPD、限制性呼吸系统疾病、神经肌肉疾病和心血管疾病。
