1.1 阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的研究进展
阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAHS）是以睡眠时反复发生上气道阻塞，进而引起呼吸暂停和通气不足，导致血氧饱和度下降、睡眠结构紊乱、认知功能障碍等一系列临床表现的综合征，可导致患者生活质量不同程度下降。OSAHS患者最常见的症状是打鼾，主要合并有呼吸暂停。Young[15]的流行病学调查结果显示，美国OSAHS的发病率男性为4%，女性为2%。近年来，OSAHS发病率呈上升趋势。高雪梅等[16]对人群进行睡眠呼吸问卷调查，结果显示，北京地区鼾症患病率为13.4%，睡眠呼吸暂停患病率为3.1%，二者的发病年龄均在42岁左右，男性多于女性，患病率随年龄增长而增高。一项后续研究对经睡眠呼吸状况表和嗜睡表（epworth sleepiness scale，ESS）调查确定为无自觉症状的30名35～53岁成人的睡眠呼吸状况进行多导睡眠图（polysomnogrphy，PSG）监测，结果发现，57%者AHI≥5次/h，其中10%明显异常（AHI>15次/h）；40%者最低血氧饱和度（LSaO2）低于90%，其中3%严重低血氧（LSaO2<75%）[17]。这一研究结果提示，即使没有临床症状，中老年人的睡眠健康也值得警惕。临床统计显示，未经治疗的OSAHS患者5年病死率高达11%～13%，全球每天约有3000人的死亡与OSAHS有关。最近20多年的研究证实，人类许多疾病的发生和发展与睡眠呼吸障碍密切相关，已经引起了国内外学者的高度重视。
根据OSAHS的诊断标准[18]，多导睡眠图（PSG）目前依然是诊断OSAHS的“金标准”。以AHI指数对OSAHS病情进行分度：5～20次/h为轻度，21～40次/h为中度，40次/h以上为重度。但由于在睡眠实验室用PSG诊断既耗时又费钱，大多数患者从未到医院诊治，因此积极开发其他方便、经济、快捷的检查方法，对于我国这样一个医疗资源有限的国家尤为重要。
OSAHS的发病机制：关于OSAHS的发病机制至今仍不十分明确，不同学科的学者们从各个角度进行了研究和探讨，一般认为OSAHS患者睡眠时存在上气道狭窄或阻塞。咽气道是一个肌性管道，缺乏骨性或软骨性支架，而呼吸又是一个反复正压、负压交替的过程。理论上说，上呼吸道任何原因造成的阻塞或通气不畅皆可导致OSAHS发生[2]。睡眠时上气道塌陷阻塞的发生受多种因素影响，其中上气道解剖性狭窄[6-7]和扩张肌肌电活性异常[19-21]为其重要原因。大量研究证实，绝大多数OSAHS患者上气道阻塞部位位于软腭和舌根后方的口咽部[22-24]。因此，对上气道的研究成为探究OSAHS发生机制的重要方面。
图1 上气道解剖略图
正常上气道解剖：人们习惯上以喉部环状软骨为界将呼吸道分为上、下呼吸道。如图1所示，上气道包括鼻腔、咽腔和喉，是一个很复杂的多功能通道，其功能包括呼吸、吞咽和发声。上气道的形状由咽壁的结构决定。由于缺乏骨性支持，咽是在呼吸的通路中唯一可能塌陷的部位。咽全长约13 cm，上起自颅底，下止于第6、7颈椎交界水平，环状软骨下缘。横径在颅底处约3.5 cm，在咽与食管的连接处为1.5 cm。以硬腭为界分割鼻咽、口咽，以会厌尖游离缘为界划分为口咽和喉咽。鼻咽部解剖：鼻咽部位于颅中窝的底部，咽穹与软腭之间。鼻咽部的垂直径约为5.5 cm，前后径及横径随年龄增长而增大。口咽部解剖：口咽部位于咽门后方，软腭到会厌上缘平面之间，分为两部分，即腭咽和舌咽，硬腭平面至软腭尖为腭咽，软腭尖至会厌尖为舌咽。喉咽部解剖：喉咽部位于会厌上缘到环状软骨下缘之间，下与食管相连，后壁相当于第三颈椎的下部至第六颈椎的上部。前壁附着于舌骨和甲状软骨。
OSAHS患者上气道的解剖性狭窄：OSAHS患者与正常人比较存在诸多颅颌面结构和气道形态的改变，包括骨性结构和软组织的异常[25-27，5]，存在一些使上气道阻塞的潜在危险因素，如上、下颌骨变短，下颌后缩，舌骨低位，扁桃体过大、软腭和腭垂过长、舌体增大、咽侧壁脂肪沉积过多等。上气道解剖结构狭窄对睡眠中上气道的塌陷和闭合起到重要作用，是发生阻塞性呼吸暂停的病理学基础。理论上讲，上气道任何部位的狭窄或阻塞都可以发生睡眠呼吸暂停[28]。儿童OSAHS表现为上气道的解剖学狭窄，以腺样体及扁桃体肥大等导致的鼻咽及口咽上部气道狭窄为主，与成人OSAHS以腭咽、舌咽气道狭窄为主存在差异[29]。Leiter等[30]的研究发现，OSAS患者咽部气道呈前后径椭圆形，有别于正常气道的水平椭圆形。MRI图像显示咽侧壁肌肉组织增厚及塌陷性增强是造成上气道左右径及横截面减小的主要原因。这与Rodenstein[31]、Schwab[32]等研究报道正常人上气道的截面是以左右径为长轴的椭圆形、OSAHS患者是以前后径为长轴的椭圆形一致，这种差异可能是由OSAHS患者上气道左右径减小所致。刘月华等[33]的研究结果显示，OSAHS患者上气道及其周围解剖结构存在不同程度的异常：（1）口咽部上气道间隙狭窄；（2）软腭和舌的长度、厚度及截面积明显大于健康人，软腭与舌重叠较多，且软腭和舌位均较正常直立；（3）口咽剩余面积较小，舌根部位置较低。由此可见，舌咽部是上气道的重要组成部分，此段的组织移位和塌陷等是导致OSAHS发病的重要原因，对于舌咽部的形态学研究已成为OSAHS诊断、治疗、疗效评定的重要方面之一。
OSAHS患者上气道的肌肉：由于上气道无硬性结构支撑，所以上气道的扩张肌对维持上气道的开放起着十分重要的作用[34]。咽部肌肉关系复杂，解剖学上咽部扩张肌分为四组：（1）影响舌骨位置的肌肉，如颏舌肌、胸骨舌骨肌、颏舌骨肌、二腹肌等。（2）调节舌位置的肌肉，如颏舌肌、颏舌骨肌、舌骨舌肌、茎突舌肌。（3）调节软腭位置的肌肉，如腭帆张肌和腭帆提肌。（4）调节侧咽壁位置的肌肉，如咽上缩肌、咽中缩肌、咽下缩肌、咽提肌。这四组肌肉同时收缩时舌骨向下向前，使前咽壁向外扩张，促进了上气道的开放。清醒状态下咽部气道的开放大部分归功于高级神经系统对神经肌肉的控制，睡眠时，咽部肌肉活力降低，如果此时伴有上气道解剖异常，一般就会发生气道狭窄或关闭。目前研究较多的是颏舌肌、腭帆张肌和腭帆提肌。
研究OSAHS患者上气道形态结构的方法主要包括影像学方法、纤维鼻咽喉镜法、上气道压力测定法、声波反射技术等。现代影像技术可获得OSAHS患者上气道及周围软组织结构和功能相关的高分辨解剖学信息，正逐渐成为一种有力的研究工具。目前研究OSAHS较多采用的影像学方法有X线头影测量法、计算机体层扫描技术（CT）和磁共振技术（MRI），人们通过影像学方法获得了对该病的大量认识，基本观点就是上气道形态异常是OSAHS发病的基础，再遇上功能障碍则发生阻塞。近年来随着计算机科学的不断进步，利用计算机进行虚拟医学研究已成为当今医学研究的一个热点。现在有限元分析法已经逐渐成为医学生物力学研究中最为重要的分析方法，目前国内外学者采用三维有限元方法对OSAHS患者上气道进行研究仍鲜见报道。(https://www.daowen.com)
基于此，本研究根据OSAHS患者上气道的CT临床资料，对OSAHS患者的上气道结构进行三维重建，并在此基础上建立三维有限元模型，加载下颌骨逐步向前，观察下颌骨逐步前伸后舌咽部发生的变化，以期探索一种研究OSAHS的新的方法和途径，为促进OSAHS的生物力学分析打下基础。
OSAHS能够治疗且疗效肯定，选择合适有效的治疗方法，不仅可以减轻或完全缓解打鼾、呼吸暂停、睡眠低氧血症和睡眠结构紊乱等，而且能控制或治疗OSAHS导致的相关并发症，直接或间接提高患者的生活质量。其主要治疗方法有一般治疗、药物治疗、手术治疗和器械治疗。一般治疗包括减肥、保持侧卧睡眠和戒酒戒烟等。目前药物对OSAHS的疗效还很不确定，故不作为常规治疗方法。手术治疗OSAHS的目的在于消除或减少使上气道阻塞的各种异常解剖或病理因素，增加上气道的稳定性。手术需要在术前对患者上呼吸道的狭窄或阻塞部位做出正确的定位，以确保手术疗效。常用的手术方法有扁桃体及腺样体切除术、鼻腔手术、悬雍垂—腭—咽成形术、舌成形术、舌骨悬吊术、气道造口术以及正颌外科方法。器械治疗主要包括持续气道正压通气（CPAP）、口腔矫治器（OA）治疗。CPAP是在自主呼吸的条件下，在整个呼吸周期内，人为地施以一定的气道正压，它可达到防治气道萎缩、增加功能残气量、改善肺的顺应性及扩张上气道等作用，对绝大部分患者有较好的疗效，但是仍有一定比例的患者难以适应在正压通气下入睡，且由于需要专门设备、专业技术人员进行操作，使用不方便，限制了其应用。
OSAHS患者仅在睡眠时戴用口腔矫治器治疗，当晚即可见效，且具有治疗简单、无创、可逆、价格低廉、疗效良好等优点，患者易于接受[35]。口腔矫治器主要是利用形态学的变化，通过牵引下颌骨向前，抬高软腭，同时牵引舌主动或被动前移，从而增加气道体积，特别是口咽部，腭咽和舌咽的容积增加，使后气道间隙扩大增宽，消除上气道的阻塞。口腔矫治器对单纯鼾症和轻中度OSAS患者的疗效较好，对重度OSAS患者治疗效果不理想，适用于不能耐受CPAP或无手术适应证的部分患者。此外，少数行CPAP治疗者在短期出差时也可临时应用口腔矫治器。
以往研究结果显示：口腔矫治器可以扩大上气道[36-42]。矫治器可为口咽获得23%额外的体积，咽腔总体积增加13.5%。从腭咽到舌咽乃至喉咽，都可见不同程度的扩张；上气道阻塞大为减少或减轻，阻塞点从多点转为单点，甚至完全消失，遗留的阻塞点多数范围减小、程度减轻；矫治器可明显增大上气道截面积，主要在腭咽和舌咽。但在矢向径与横向径的增加比例上，各研究者有所出入。此外，戴入口腔矫治器后，舌骨上移，舌体由直立变平卧前伸；软腭向前下垂。需要指出的是，尽管戴口腔矫治器时OSAHS患者的上气道大小、形态有较大改变，但与无鼾正常者相比仍然存在差异。
下颌定位是OSAHS口腔治疗的核心问题，下颌定位不当时，疗效不明显或者患者口面肌肉、关节不能适应。确定下颌新位置是成功治疗OSAHS的重要因素之一，受到国内外临床医学家的普遍重视。目前，下颌定位主要依赖临床经验（表1）[43]。高雪梅、曾祥龙、傅民魁等对疗效显著的38例附咬合蜡的石膏模型进行测量[44]，下颌前伸量平均为（612±115）mm，稍小于患者的最适前伸量［（617±117）mm］，为患者下颌最大前伸量［（913±210）mm］的68%左右，上、下切牙略成反覆盖关系。但目前关于口腔矫治器治疗OSAHS的前伸量在国内外争议较多，以往研究患者的重新定位一般位于患者下颌最大前伸量的50%～75%之间。
表1 下颌前移类矫治器的下颌定位及疗效
下颌定位依赖于口腔矫治器施加后下颌骨前伸来实现，使患者下颌重新定位，临床治疗时下颌前伸标准常难以达到一致。本实验将重点分析下颌骨前伸对OSAHS患者舌咽部模型的影响，为下颌定位标准提供参考依据，尽可能寻找明确的量化坐标参数和生物力学参数，为口腔矫治器治疗OSAHS的生物力学和形态学改变提供理论依据。