CRJ 加拿大呼吸杂志 1916 - 7245 1198 - 2241 Hindawi 10.1155 / 2021/6657724 6657724 研究文章 持续气道正压对睡眠脑电图的影响主要中央睡眠呼吸暂停综合症患者的特征 https://orcid.org/0000 - 0002 - 2972 - 7639 张 程 1 程ydF4y2Ba 库恩 2 https://orcid.org/0000 - 0001 - 5949 - 2124 王 广发证券 1 张 爵 2 https://orcid.org/0000 - 0003 - 3902 - 0917 马 京 1 哈达 维贾伊 1 美国呼吸和重症监护医学 北京大学第一医院 北京100034年 中国 pkufh.com 2 学院先进的跨学科研究 北京大学 北京100871年 中国 pku.edu.cn 2021年 22 4 2021年 2021年 12 11 2020年 19 2 2021年 5 4 2021年 22 4 2021年 2021年 版权©2021程Zhang et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

本研究旨在探讨影响的持续气道正压(CPAP)脑电图仪的(EEG)主要中央睡眠呼吸暂停综合症患者的特点(辅导)。9名患者主要辅导参加本研究。原始的睡眠脑电图数据分析基于两个主要因素:分形维数(FD)和零交点去趋势FD的速度。此外,常规脑电图频谱分析的三角洲,θ,α和β乐队使用快速傅里叶变换进行。FD患者的主要辅导期间接受了CPAP治疗显著降低非快速眼动(NREM),但增加在快速眼动(REM)睡眠( p < 0.05 )。关于脑电图频谱分析,阿尔法力量增加,而三角洲/α比减少患者在REM睡眠期间辅导( p < 0.05 )。总之,CPAP治疗可以减少在非快速眼动睡眠,增加FD FD患者的快速眼动睡眠主要辅导。FD可能被用来作为一个新的生物标志物的脑电图稳定和改善大脑功能CPAP治疗后主要辅导。

 中国国家自然科学基金 81141002 1。介绍

中央睡眠呼吸暂停综合症(辅导)是一种呼吸道疾病,发生在呼吸中枢未能有效呼吸驱动问题由于各种原因( 1]。辅导包括范围广泛的疾病,包括八个类别根据国际分类的睡眠Disorders-Third版(ICSD-3) [ 2),如中央睡眠呼吸暂停(CSA)与潮式呼吸,CSA由于药物或物质,和初级CSA。除了主要CSA,大多数辅导是由各种潜在的疾病或其他疾病,例如,最常见的是潮式呼吸引起的心力衰竭和中风。

与阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)相比,辅导一般人群的流行率较低( 1]。阻塞性睡眠呼吸暂停综合症和CSA的特点是经常性夜间缺氧和微觉醒,与白天嗜睡、注意力不集中,记忆丧失和其他大脑功能受损的迹象。与此同时,持续气道正压(CPAP)已被证明改善阻塞性睡眠呼吸暂停患者的大脑功能( 3]。脑电图(EEG)是一个工具来评估脑功能。定量脑电图分析已经成为一个重要的方法来评估脑功能在不同的人群( 4, 5]。之前的研究表明,CPAP可以改善睡眠阻塞性睡眠呼吸暂停患者的脑电图特征( 6- - - - - - 9],如纠正脑电图放缓和减少复杂性和增加睡眠脑电图波的稳定性,这或许可以解释脑功能的改善阻塞性睡眠呼吸暂停患者接受CPAP治疗。然而,辅导CPAP治疗患者的疗效及其对睡眠脑电图的影响还不清楚。

最常见的方法定量脑电图分析脑电图功率谱分析( 6, 7, 10),包括三角洲的绝对和相对力量的分析,θ,α,β频段。分形维数(FD)是一种新方法测量一个物体的不规则性和复杂性。它最初介绍了自相似的描述对象( 11),随后利用各种科学的学科( 12, 13]。FD更适合分析非线性和非平稳的生理数据,如脑电图( 13]。在我们之前的研究 13),我们发现FD能反映每个参与者的睡眠macroarchitecture。此外,FD的快速波动,以零交点的去趋势FD (zDFD),是睡眠障碍的一个有用的指标。CPAP可降低非快速眼动的FD非快速眼动睡眠(NREM)和zDFD和快速眼动(REM)睡眠阻塞性睡眠呼吸暂停患者( 9]。

因此,本研究的目的是探索CPAP治疗的影响患者的睡眠脑电图辅导使用FD和常规脑电图频谱分析。我们试图识别标记从这些EEG信号分析可以反映脑功能改善辅导进行CPAP治疗患者。为了避免潜在疾病的干扰和潜在的干扰,我们只包括主要辅导的病人。

 2。材料和方法 2.1。研究参与者

回顾性研究中,患者年龄≥20年确诊主要辅导睡眠实验室的北京大学第一医院和接收CPAP压力滴定被录取。

根据ICSD-3,主要辅导的诊断标准如下:

至少下列之一:

睡意

难以入睡或难以维持睡眠频繁醒来、。睡后精力未恢复

觉醒和气短

打鼾

目睹了呼吸暂停

PSG演示如下:

5个或5个以上中央睡眠呼吸暂停和/或每小时中央呼吸不足

中央呼吸暂停的数量和/或中央呼吸不足>呼吸暂停和呼吸不足总数的50%

没有潮式呼吸

没有证据表明白天或夜间肺换气不足

障碍不是更好的解释为另一个目前的睡眠障碍,医疗或神经紊乱,药物使用,或物质使用障碍

最后,9个患者主要辅导,按照上面的标准,接受整晚CPAP滴定是包括在内。

本回顾性研究经伦理委员会批准的北京大学第一医院,并要求获得知情同意放弃(伦理批准[1363]2017号)。研究遵循赫尔辛基宣言,病人的隐私被维护。

 2.2。研究方法 2.2.1。隔夜PSG

证实了睡眠呼吸暂停隔夜PSG (Compumedics、n、澳大利亚)。六通道脑电图信号(C3-M2、C4-M1 F3-M2, F4-M1, O1-M2,和O2-M1),两个渠道electrooculography信号(E1-M2和E1-M2),和下巴EMG (EMG1-EMG2 EMG1-EMG3),心电图呼吸(鼻压力、气流),血氧饱和度,腹部和胸部运动,腿部运动记录据美国睡眠医学学会发布评分手册(2.4版)( 14]。

睡眠阶段和呼吸事件分析了根据发布的指导方针 14]。睡眠阶段被分成 N1, N2, N3, R, W阶段。呼吸分为阻塞性呼吸暂停事件,中央呼吸暂停,混合呼吸暂停,呼吸浅慢。低通气指数(AHI)定义和计算的和呼吸暂停和呼吸不足的数量每小时。

 2.3。CPAP滴定

根据CPAP CPAP滴定进行滴定指南( 15]。

 2.4。FD和zDFD计算和分析

的FD和zDFD指标前后脑电图CPAP滴定法进行了分析。简而言之,FD是一个工程索引用于描述一个脑电图的复杂性。此外,使用zDFD FD测量的快速波动。

所有原始FD和zDFD数据分析学院先进的跨学科研究,北京大学的单通道C3-M2用于分析。FD和zDFD MATLAB计算使用自定义编程(MathWorks, Inc .,纳蒂克,MA)。

一般计算处理如下:(1)当地FD的睡眠脑电图信号在每个30年代时代估计所有患者使用一个标准的“维”算法。FD被定义为以下方程。 (1) FD = − lim r ⟶ 0 日志 2 N r 日志 2 r 。

通过覆盖结构,如一个脑电图信号箱边长度 rFD是给定的, N( r)非空的盒子需要完全覆盖的数量结构、FD对应图的斜率和log2 N( r)。FD时间序列是由连续30年代窗口前进。我们应用一种自适应的数据分析技术,叫做经验模态分解(EMD)算法,对FD去趋势序列。在这项研究中,EMD算法用来光滑的FD序列整晚脑电图以自适应的方式。详细的处理方法被描述在我们之前的报道 10]。

 2.5。脑电图频谱分析

进行了定量脑电图分析( 16, 17]。所有脑电图研究抽样率> 200 Hz。一个标准的快速傅里叶变换(FFT)汉明窗。FFT应用到连续的30年代段,和周期图计算从一个连续段获得绝对的权力在每个阶段持续30年代的三角洲(0.1 -3.99赫兹),θ(4 - 7.99赫兹),α8—13赫兹()和β(13-32 Hz)频段中央(C3-M2)脑电图。相对力量也被计算。

 2.6。统计方法

SPSS软件包,版本17.0(美国IL SPSS, Inc .,芝加哥),用于统计分析。正常测试也被执行。数据符合正态分布描述为平均值±标准偏差。FD, zDFD和相对功率百分比的三角洲,θ,α,β波CPAP治疗前后比较使用 t以及两个相关样本。一个 p 值< 0.05被认为是具有统计学意义。

 3所示。结果

九个辅导患者(男:女比8:1;年龄,60.2±10.8年;身体质量指数,28.4±4.0公斤/米2)注册。最初的监控后,九辅导病人接受手动1月内CPAP滴定。CPAP AHI有效地降低患者的辅导(从60.0±17.0次/小时6.0±7.1次/小时; p < 0.05 )。人口和基本数据表 1。

九辅导参与者的人口和基础数据。

辅导的参与者 年龄(y) 性别 BMI(公斤/米2) 英国石油(BP)睡前(毫米汞柱) 英国石油公司后睡眠(毫米汞柱) 你好(人力资源) 你好在CPAP(人力资源)
1 40 男性 30. 120/90 140/100 37.3 7.2
2 51 男性 35.9 120/85 138/100 84.7 1.3
3 56 男性 26 130/70 140/70 67.5 7.5
4 57 男性 30.8 130/85 140/100 64.8 7.8
5 59 女 27.8 130/80 150/100 76.5 1.6
6 67年 男性 31.1 140/57 160/56 63.9 1.2
7 68年 男性 23.4 140/85 120/85 33.9 0.6
8 69年 男性 26.4 130/90 130/90 68.5 23.3
9 75年 男性 23.8 144/86 160/80 51 3所示。5

英国石油(BP)、血压;黄鳍金枪鱼,呼吸暂停和呼吸不足指数;CPAP,持续气道正压。

CPAP对患者睡眠结构有显著影响辅导。应用CPAP,轻度睡眠的比例( N1 + N2睡眠)下降,慢波睡眠( N3睡眠)和快速眼动睡眠(表增加 2);然而,一些变化显示无统计差异可能由于样本量相对较小。

患者睡眠的比例在不同阶段的辅导前后持续正压通气(CPAP)治疗。

REM % N1% N2% N3%
CPAP之前 8.40±5.32 26.66±16.62 55.13±10.42 9.81±10.62
CPAP后 23.60±9.76 ∗ 7.38±5.56 ∗ 49.93±14.40 19.13±15.17

∗ p < 0.05 与之前CPAP。辅导,中央睡眠呼吸暂停综合症;持续气道正压通气;快速眼动,快速眼动。

CPAP治疗后,FD显著降低在非快速眼动睡眠,但显著增加患者在REM睡眠期间辅导( p < 0.05 ;图 1)。zDFD在这些患者显示出下降的趋势,但这种差异没有统计学意义(图 1)。中提供的数据表 3。

分形维数(FD)和零交点的变化的速度去趋势FD (zDFD)主要中央睡眠呼吸暂停综合症患者(辅导)之前和之后持续正压通气(CPAP)治疗。(一)FD显著减少非快速眼动(NREM),但增加在快速眼动(REM)睡眠CPAP治疗( ∗ p < 0.05 ;CPAP之前)。(b)没有明显变化前后zDFD CPAP治疗在非快速眼动或快速眼动睡眠。

FD的数据和zDFD前后持续正压通气(CPAP)治疗中央睡眠呼吸暂停综合症患者(辅导)。

辅导 非快速眼动 快速眼动
CPAP之前 CPAP后 CPAP之前 CPAP后
FD 561.67±44.19 438.67±120.83 ∗ 51.55±31.02 132.81±50.54 ∗
zDFD 0.31±0.10 0.25±0.60 0.28±0.19 0.25±0.12

∗ p < 0.05 CPAP之前与数据。FD,分形维数;去趋势FD zDFD,讨论二阶导数过零率;持续气道正压通气;辅导,中央睡眠呼吸暂停综合症。

关于脑电图频谱分析结果,阿尔法功率增加和δ/α比率减少患者在REM睡眠期间辅导CPAP治疗后( p < 0.05 )。没有明显变化δθ,和β活动辅导CPAP治疗后患者,尽管三角洲活动倾向于减少,而θ和α活动增加(图 2; p > 0.05 )。

睡眠脑电图的变化前后的光谱功率CPAP辅导患者在非快速眼动(NREM) (a)和快速眼动(REM)睡眠。(b) ∗ p < 0.05 与之前CPAP。

 4所示。讨论

本研究调查的功效CPAP主要辅导从脑电图的角度来看。工程参数、FD和zDFD和常规脑电图频谱分析是用来分析睡眠脑电图CPAP之前和之后。根据结果,CPAP治疗可以减少非快速眼动睡眠的FD患者的主要辅导,从而减少脑电图和稳定脑电图的复杂性。另一方面,CPAP可以增加快速眼动睡眠的FD,这可能会增加脑电图活动和改善大脑功能。传统功率频谱分析表明,CPAP治疗,α功率增加而δ/α比率在REM睡眠减少,说明脑电图活动增加与FD的结果是一致的。

脑功能障碍的患者睡眠呼吸是一个明显和突出的问题。睡眠呼吸暂停患者经常抱怨白天嗜睡,记忆力减退,注意力不集中,CPAP这些患者是一种有效的治疗方法。直到现在,已经有有限的研究关于CPAP疗效机制的中央睡眠呼吸暂停综合症( 1, 15]。自中央睡眠呼吸暂停是非常复杂的,包括各种各样的疾病,本研究选择患者主要辅导排除了潜在的混杂效应。

研究人员表明,脑电图评估定量分析,是一种工具来评估大脑障碍( 10]。最常见的方法在这些定量分析脑电图功率谱分析研究[ 6, 7, 10]。FD是一个新的参数更适合分析非线性和非平稳的生理数据,如脑电图( 13]。在我们之前的研究中,我们表明,FD的变化反映了睡眠的宏观结构和FD的快速波动,以zDFD,是睡眠障碍的一个有用的指标;因此,它与AHI [ 13]。睡眠阶段被分成 N1, N2, N3, R, W阶段。非快速眼动睡眠阶段包括 N1, N2(轻度睡眠), N3(深度睡眠)。深度睡眠时,脑电图的同步活动明显增强。快速眼动期是异相睡眠,弱的肌肉活动和活动的脑电图。在我们之前的研究 13),我们表明,FD价值降低了 W来 N1, N2, N3,但增加在REM睡眠期间,显示FD脑电图的复杂性是一个很好的指标。zDFD反映了FD的快速波动在一定时期内,这表明脑电图变化的复杂性。我们使用了FD和zDFD分析CPAP治疗睡眠脑电图的影响患者群( 9]。CPAP治疗后,脑电图的FD在非快速眼动睡眠明显减少,而脑电图的FD在快速眼动睡眠显著增加。

类似于CPAP对阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者的影响,目前的研究显示,FD的脑电图明显减少在非快速眼动睡眠期间辅导CPAP患者。如前所述,FD能反映脑电图的复杂性。因此,结果表明,CPAP疗法可以减少复杂性的睡眠脑电图辅导来实现一个更稳定的患者脑电图的模式。另一方面,增加睡眠脑电图的FD患者在REM睡眠期间辅导。在快速眼动睡眠脑电图放缓与认知能力下降( 18]。在REM睡眠脑电图活动的增加可能表明改善大脑功能。

FD的分析证明了这一结论常规脑电图频谱分析。在目前的研究中,我们表明,α功率增加和脑电图的δα比减少与CPAP治疗快速眼动睡眠。之前的研究表明,α权力属于相对活跃的脑电图频率( 6]。和脑电图的δα比被用来反映脑电图激活的水平( 18]。目前的研究显示,增加α力量和减少δ/α脑电图的比例,建议增加脑电图激活和改善大脑功能。

关于zDFD,没有重大变化CPAP治疗后在非快速眼动和REM睡眠患者的辅导,虽然有下降的趋势。zDFD是一个有用的参数,反映了在脑电图变化的复杂性。在先前的研究中,我们表明,zDFD CPAP治疗后明显降低患者群( 9]。zDFD CPAP的效果是不同的辅导患者和那些群之间,这可能是由于这样的事实,主要辅导是一种罕见的疾病 15]。只有9例主要辅导登记在这项研究中,这是一个相对较小的病例数。也可能与不同的CPAP对中央的影响和阻塞性呼吸暂停事件,这可能需要进一步探索。

我们研究的主要局限是小样本数量的主要辅导病人由于其低流行率。此外,整个CPAP对辅导脑电图的影响结果是阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的类似。是否这个结果表明类似的CPAP对阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的影响还有脑电图或偏见由于小样本大小还有待确定。

 5。结论

在这项研究中,我们探索,第一次,CPAP治疗对睡眠的影响主要辅导使用FD患者的脑电图特征。与FD CPAP治疗显著降低非快速眼动睡眠,但增加在患者REM睡眠。这表明CPAP可以减少睡眠脑电图的复杂性NREM睡眠,增加患者REM睡眠脑电图活动辅导,这可能是一个机制CPAP提高辅导患者的大脑功能。因此,FD可能被用来作为一个新的生物标志物的脑电图仪的稳定性和改善大脑功能与CPAP治疗主要辅导。

 数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(批准号81141002)。

 Baillieul 年代。 Revol B。 Jullian-Desayes 我。 Joyeux-Faure M。 Tamisier R。 Pepin J.-L。 中央睡眠呼吸暂停综合症的诊断和管理 呼吸医学的专家审查 2019年 13 6 545年 557年 10.1080 / 17476348.2019.1604226 2 - s2.0 - 85066872553 Sateia m·J。 国际分类的睡眠disorders-third版 胸部 2014年 146年 5 1387年 1394年 10.1378 / chest.14 - 0970 2 - s2.0 - 84910020175 Dalmases M。 Sole-Padulles C。 托雷斯 M。 CPAP对认知的影响,大脑功能和结构中老年人阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者 胸部 2015年 148年 5 1214年 1223年 10.1378 / chest.15 - 0171 2 - s2.0 - 84946595109 Smailovic U。 Jelic V。 “阿尔茨海默病的神经生理学标记:定量脑电图的方法 神经学和治疗 2019年 8 2 37 55 10.1007 / s40120 - 019 - 00169 - 0 帕尔克 一个。 马林斯 答:E。 金 K。 慢波活动舞台周围N2 K-complexes和日间功能衡量精神运动警觉测试在阻塞性睡眠呼吸暂停 睡眠 2019年 42 3 30561759 10.1093 /睡眠/ zsy256 2 - s2.0 - 85063725339 Morisson F。 Decary 一个。 小 D。 拉维妮 G。 不全 J。 Montplaisir J。 白天嗜睡和脑电图频谱分析在窒息患者治疗前后持续气道正压 胸部 2001年 119年 1 45 52 10.1378 / chest.119.1.45 2 - s2.0 - 0035129215 Xiromeritis a·G。 Hatziefthimiou 答:一个。 Hadjigeorgiou g . M。 Gourgoulianis k . I。 Anagnostopoulou d . N。 上地 n V。 警惕的定量光谱分析阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者的脑电图 睡眠和呼吸 2011年 15 1 121年 128年 10.1007 / s11325 - 010 - 0335 - 6 2 - s2.0 - 79958116216 李 s D。 居 G。 金 J.-W。 尹 I.-Y。 提高脑电图放缓群CPAP治疗后 身心研究杂志》 2012年 73年 2 126年 131年 10.1016 / j.jpsychores.2012.04.007 2 - s2.0 - 84863786015 张 C。 Lv J。 周 J。 群患者的CPAP治疗对脑电图的影响 睡眠和呼吸 2015年 19 4 1121年 1124年 10.1007 / s11325 - 014 - 1097 - 3 2 - s2.0 - 84949085944 Taillard J。 Sagaspe P。 Berthomier C。 非快速眼动睡眠期特征预测人口老龄化的早期认知障碍 神经学前沿 2019年 10 197年 10.3389 / fneur.2019.00197 Losa g。 人生的分形几何 Rivista di Biologia 2009年 102年 1 29日 59 Grizzi F。 城堡 一个。 Qehajaj D。 Russo C。 Lopci E。 核医学图像的复杂性和分形几何 分子成像和生物 2019年 21 3 401年 409年 10.1007 / s11307 - 018 - 1236 - 5 2 - s2.0 - 85049780420 张 J。 杨 x C。 罗 l 评估阻塞性睡眠呼吸暂停的严重程度分形维数序列分析的睡眠脑电图 自然史答:统计力学及其应用 2009年 388年 20. 4407年 4414年 10.1016 / j.physa.2009.07.005 2 - s2.0 - 68649110865 浆果 r B。 布鲁克斯 R。 Gamaldo C。 发布评分手册更新为2017(2.4版) 临床睡眠医学杂志》上 2017年 13 5 665年 666年 10.5664 / jcsm.6576 2 - s2.0 - 85019242093 极光 r . N。 水域 年代。 Ramar K。 中央睡眠呼吸暂停综合症的治疗成人:实践参数以证据为基础的文献回顾和荟萃分析 睡眠 2012年 35 1 17 40 10.5665 / sleep.1580 2 - s2.0 - 84856992005 D 'Rozario a . L。 交叉 n E。 Vakulin 一个。 定量脑电图措施在成人阻塞性睡眠呼吸暂停-神经行为功能的潜在生物标志物 睡眠医学评论》 2017年 36 29日 42 Alshaer H。 潘迪亚 一个。 Zivanovic 我。 卡瓦略 c·G。 瑞安 c . M。 持续正压通气对光谱的影响脑室中风阻塞性睡眠呼吸暂停患者的特征 呼吸生理学和神经生物学 2018年 249年 62年 68年 10.1016 / j.resp.2018.01.003 2 - s2.0 - 85040335049 王 D。 风笛手 a·J。 绮 b . J。 血碳酸过多症是一个关键的关联的脑电图激活和白天嗜睡hypercapnic睡眠障碍性呼吸的病人 临床睡眠医学杂志》上 2014年 10 5 517年 522年 10.5664 / jcsm.3700 2 - s2.0 - 84901194765