持续气道正压对原发性中枢性睡眠呼吸暂停综合征患者睡眠脑电图特征的影响

抽象的

本研究旨在探讨持续气道正压(continuous positive airway pressure, CPAP)对原发性中枢性睡眠呼吸暂停综合征(central sleep apnea syndrome, CSAS)患者脑电图特征的影响。本研究纳入9例原发性cas患者。基于分形维数(FD)和去趋势FD过零率两个主要因素对原始睡眠脑电图数据进行分析。此外，使用快速傅里叶变换对δ、theta、alpha和beta波段进行常规脑电图频谱分析。接受CPAP治疗的原发性cas患者在非快速眼动(NREM)睡眠期间FD显著降低，而在快速眼动(REM)睡眠期间FD增加( ）.关于EEG光谱分析，α功率增加，而CSA患者的REM睡眠期间DELTA /α比下降（ ）.综上所述，CPAP治疗可降低非REM睡眠FD，增加原发性cas患者REM睡眠FD。FD可作为CPAP治疗原发性cas后脑电图稳定性和脑功能改善的新指标。

1.介绍

中央睡眠呼吸暂停综合征（CSAS）是一种呼吸系统疾病，当呼吸中心由于各种原因而有效地发出呼吸驱动时1］．CSA包括各种疾病，并根据睡眠障碍 - 第三版（ICSD-3）的国际分类涵盖八个类别[2]，如与Cheyne-Stokes呼吸相关的中枢性睡眠呼吸暂停(CSA)、药物或物质引起的CSA、原发性CSA等。除原发性CSA外，大多数CSA是由各种基础疾病或其他医疗条件引起的，例如，最常见的是由心力衰竭或中风引起的Cheyne-Stokes呼吸。

与阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)相比，CSAS在普通人群中的患病率较低[1］．OSA和CSA均以经常性的夜间缺氧和唤醒为特征，与白天嗜睡，注意力，内存损失和脑功能受损的其他迹象有关。同时，已显示连续正气道压力（CPAP）以改善OSA患者的脑功能[3.］．脑电图（EEG）是一种评估大脑功能的工具。定量EEG分析已成为评估各种群体大脑功能的重要方法[4.那5.］．既往研究表明，CPAP可以改善OSA患者的睡眠脑电图特征[6.-9.]，如纠正脑电图减慢，降低复杂性，增加睡眠脑电图波的稳定性，这可能解释了接受CPAP治疗的OSA患者大脑功能改善的原因。然而，CPAP治疗cas的疗效及对睡眠脑电图的影响尚不清楚。

定量EEG分析的最常见方法是EEG功率谱分析[6.那7.那10，包括对δ、theta、alpha和beta频带的绝对功率和相对功率的分析。分形维数(Fractal dimension, FD)是一种测量物体不规则性和复杂性的新方法。它最初是作为对自相似对象的描述而引入的[11]随后在各种科学学科中使用[12那13］．FD更适合于分析非线性、非平稳的生理数据，如脑电图[13］．在我们以前的研究中[13]，我们发现FD可以反映每个参与者的睡眠宏建筑。此外，通过累计FD（ZDFD）的零交叉速率测量的FD的快速波动是睡眠障碍的有用指标。CPAP可以减少非妥APID眼球运动（NREM）睡眠和ZDFD在OSA患者的NREM和快速眼球运动中的ZDFD [9.］．

因此，本研究的目的是通过FD和常规脑电图频谱分析，探讨CPAP治疗对cas患者睡眠脑电图的影响。我们试图从这些脑电图信号分析中识别能够反映cas患者接受CPAP治疗后大脑功能改善的标志物。为了避免潜在疾病的干扰和潜在的混杂效应，我们只纳入原发性CSAS患者。

2。材料和方法

２.１.研究参与者

在这项回顾性研究中，患者≥20岁的患者被诊断为北京大学第一医院睡眠实验室患有原发性CSA并获得CPAP压力滴定。

根据ICSD-3，初级CSA的诊断标准如下：(一)至少有以下一项：（1）嗜睡（2）难以启动或维持睡眠，频繁唤醒或非健康睡眠（3）唤醒呼吸急促（4）打鼾（5）目睹了呼吸暂停(B)PSG演示以下所有内容：（1）每小时5次或更多的中枢性呼吸暂停和/或中枢性呼吸不足（2）中枢性呼吸暂停和/或中枢性呼吸不足的数量占呼吸暂停和呼吸不足总数的50%（3）缺乏Cheyne-Stokes呼吸(C)无日间或夜间通气不足的迹象(D)这种疾病并不能更好地解释另一个目前的睡眠障碍，医学或神经障碍，药物使用或物质使用障碍

最后，包括九名初级CSA的患者，根据上述标准，涉及经过全夜CPAP滴定的标准。

本回顾性研究经北京大学第一医院伦理委员会批准，无需获得知情同意(伦理审批号2017[1363])。该研究遵循《赫尔辛基宣言》，并为患者保密。

２.２.研究方法

2.2.1。过夜PSG

睡眠呼吸暂停通过过夜PSG确认（Compumedics，E-Series，Australia）。六个eEG信号通道（C3-M2，C4-M1，F3-M2，F4-M1，O1-M2和O2-M1），两个电胶式信号通道（E1-M2和E1-M2），以及CHIN EMG（EMG1-EMG2，EMG1-EMG3），心电图，呼吸（鼻压，气流），氧饱和度，腹部和胸部运动，以及依照美国睡眠学院（ASAM）得分手册（版本2.4）[14］．

根据AASM的准则进行分析睡眠阶段和呼吸事件[14］．睡眠阶段分为N1，N2，N3.R.， 和W.阶段。呼吸事件分为阻塞性呼吸暂停，中枢性呼吸暂停，混合呼吸暂停和缺氧。将呼吸暂停呼吸暂停指数（AHI）定义并计算为每小时呼吸暂停和低钠的总和。

2.3。CPAP滴定

CPAP滴定根据CPAP滴定指南进行[15］．

2.4。FD和ZDFD的计算与分析

分析了CPAP滴定前后EEG的FD和ZDFD指数。简而言之，FD是用于描述脑电图的复杂性的工程指标。此外，使用ZDFD测量FD的快速波动。

所有RAW FD和ZDFD数据都由高级跨学科研究，北京大学学院分析，并且使用C3-M2的单一通道进行分析。FD和ZDFD使用Matlab（Mathworks，Inc.，Natick，MA）的自定义编程计算。

一般的计算过程如下:(1)采用标准的“盒计数”算法估计所有患者每30 s时期睡眠脑电图信号的局部FD。FD定义为:

通过覆盖诸如EEG信号的结构，盒子长度盒R.，FD被给出，在哪里N（R.)是完全覆盖结构所需的非空框的数量，而FD对应于plot相对于log2的斜率N（R.）.FD时间序列是通过在时间上连续向前移动30 s窗口生成的。我们应用了自适应数据分析技术，称为经验模式分解(EMD)算法，以趋势FD序列。本研究采用经验模态分解(EMD)算法自适应地平滑整晚脑电图的FD序列。详细的处理方法已在我们以前的报告中描述[10］．

2.5。脑电图分析

进行定量EEG分析[16那17］．所有EEG研究采样率为> 200 Hz。执行具有汉明窗的标准快速傅里叶变换（FFT）。将FFT应用于连续的30秒段，并且从一个连续的段计算术语点，以获得持续30s的绝对功率为Δδ（0.1-3.99 Hz），θ（4-7.99 Hz），alpha（8-13 Hz）和中央（C3-M2）脑电图的β（13-32Hz）频带。还计算了相对功率。

2.6。统计方法

采用SPSS软件包17.0版本(SPSS, Inc.， Chicago, IL, USA)进行统计分析。还进行了正态性测试。符合正态分布的数据用均数±标准差来描述。比较CPAP治疗前后FD、zDFD及delta、theta、alpha、beta波的相对功率百分比T.- 两个相关样本的最低。一种值<0.05被认为是统计学意义的。

结果

九种CSAS患者（男性：女性比例为8：1;年龄，60.2±10.8岁;体重指数，28.4±4.0千克/米²)注册。在初始监测后，9例CSAS患者在1个月内进行手动CPAP滴定。CPAP可有效降低cas患者AHI值(从60.0±17.0次/h降至6.0±7.1次/h; ）.表中给出了人口统计和基本数据1。

CPAP对CSA患者的睡眠建筑有重大影响。CPAP应用后，轻睡眠的比例（N1 + N而慢波睡眠(N3睡眠）和REM睡眠增加（表2）;但也有一些变化，可能是样本量比较小，没有统计学差异。

CPAP治疗后，cas患者非REM睡眠时FD显著降低，REM睡眠时FD显著升高( ;数字1）.这些患者中的ZDFD表现出下降的趋势，尽管这种差异没有统计学意义（图1）.数据显示在表中3.。

关于EEG光谱分析结果，CPAP治疗后CSA患者的REM睡眠期间，α功率增加和DELTA /α比下降（ ）.CSA患者在CPAP治疗后患有CSA的患者的β和β活性没有显着变化，尽管达到活性趋于降低，但θ和α活动增加（图2; ）.

4。讨论

本研究调查了CPAP从脑电图角度对原发性CSA的功效。工程参数，FD和ZDFD和常规EEG光谱分析用于在CPAP之前和之后分析睡眠脑电图。基于结果，CPAP治疗可以减少初级CSA患者NREM睡眠的FD，从而降低脑电图的复杂性并稳定脑电图。另一方面，CPAP可以增加REM睡眠的FD，这可能会增加EEG活动并改善大脑功能。常规光谱功率分析表明，通过CPAP处理，α功率增加，而在REM睡眠期间Δ/α比下降，表明EEG活动增加，这与FD的结果一致。

睡眠呼吸患者的脑功能损害是一个明显而突出的问题。睡眠呼吸暂停患者常表现为白天嗜睡、记忆力减退、注意力不集中，而CPAP是一种有效的治疗方法。到目前为止，关于CPAP治疗中枢性睡眠呼吸暂停的作用机制的研究还很有限[1那15］．由于中枢性睡眠呼吸暂停非常复杂，包括多种疾病，本研究选择原发性CSAS患者排除潜在的混杂效应。

研究人员已经表明，通过定量分析评估的脑电图是一种评估脑功能障碍的工具[10］．这些定量分析的最常用方法是EEG研究的是功率谱分析[6.那7.那10］．FD是一种新的参数，更适合于分析非线性、非平稳的生理数据，如EEG [13］．在我们以前的研究中，我们表明FD的变化反映了睡眠的宏观结构，并且通过ZDFD测量的FD的快速波动是睡眠障碍的有用指标;因此，它与ahi相关联[13］．睡眠阶段分为N1，N2，N3.R.， 和W.阶段。包括NREM睡眠阶段N1，N2（轻盈睡眠），和N3（深睡眠）。在深度睡眠期间，EEG活动的同步显着提高。REM期是一段矛盾的睡眠，肌肉活动弱和活跃的脑电图。在我们以前的研究中[13]，我们表明FD值从W.来N1，N2和N3但在REM睡眠期间增加，这表明FD是脑电图复杂性的良好指标。ZDFD反映了一段时间内FD的快速波动，表示EEG复杂性的可变性。我们使用FD和ZDFD分析了OSAS患者睡眠脑电图的影响[9.］．经CPAP治疗后，非快速眼动睡眠期脑电图FD显著降低，而快速眼动睡眠期脑电图FD显著升高。

类似于CPAP对OSA患者的影响，本研究表明，CSAS CPAP患者的NREM睡眠期间EEG的FD显着下降。如前所述，FD可以反映脑电图的复杂性。因此，结果表明CPAP治疗可以降低CSA患者睡眠脑电图的复杂性，以实现更稳定的脑电图。另一方面，在CSA患者的REM睡眠期间，睡眠脑电图的FD增加。REM睡眠中的脑电图速度与认知衰退相关[18］．REM睡眠期间EEG活动的增加可能表明脑功能的提高。

这一结论得到了常规脑电图频谱分析的支持。在本研究中，我们发现使用CPAP治疗后，REM睡眠时脑电图的alpha功率增加，delta/alpha比值降低。先前的研究表明，阿尔法能量属于相对活跃的脑电图频率[6.］．EEG的Delta / alpha比率用于反映EEG激活的水平[18］．本研究表明，脑电图的α功率和δ/α比的增加增加，表明EEG激活和脑功能的改善。

对于ZDFD，CPAP治疗后NREM治疗和CSA患者的睡眠后没有显着变化，虽然有下降趋势。ZDFD是一个有用的参数，反映了EEG复杂性中的变化。在我们以前的研究中，我们认为ZDFD在OSA患者的CPAP治疗后显着降低[9.］．CCAP对ZDFD对CSA的患者的影响以及与OSA的患者不同，这可能是由于原发性CSA是一种罕见疾病的事实15］．在本研究中注册了九种原发性CSA，这是一个相对较少的病例。它也可能与CPAP对中央和阻塞性呼吸暂停事件的不同影响有关，这可能需要进一步探索。

本研究的主要局限性是原发性CSAS患者患病率低，样本量小。另外，CPAP对cas脑电图影响的总体结果与OSA相似。这一结果是否表明CPAP对OSA和CSAS脑电图有类似的影响，还是由于样本量小而存在偏倚，尚待确定。

5.结论

在这项研究中，我们首次探索了CPAP治疗CPAP治疗对使用FD患者患者睡眠脑电图特征的影响。通过CPAP处理，NREM睡眠中的FD显着降低，但在患者的REM睡眠中增加。这表明CPAP可以降低NREM睡眠中的睡眠EEG复杂性，并增加CSA患者REM睡眠中的睡眠脑电图活动，这可能是CPAP在CSA患者中提高脑功能的机制之一。因此，FD可以用作脑电图稳定性的新生物标志物，并且具有对原发性CSA的CPAP处理的脑功能的改善。

数据可用性

用于支持本研究结果的数据可根据要求可从相应的作者获得。

利益冲突

作者宣布没有利益冲突。

致谢

该研究得到了中国国家自然科学基金的支持（Grant No.81141002）。

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