TÓM TẮT
Định nghĩa
Hội chứng ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn (OSA) đặc trưng bởi tình trạng tắc nghẽn đường hô hấp hầu tái diễn trong khi ngủ, dẫn đến tình trạng giảm oxy máu và phân mảnh giấc ngủ. Cơ chế bệnh sinh của OSA, mặc dù chưa được hiểu rõ hoàn toàn, có khả năng là do sự tương tác giữa các đặc điểm giải phẫu đường hô hấp trên (UA) dễ gây xẹp và các thay đổi chức năng UA liên quan đến giấc ngủ. (Xem ‘Giới thiệu’ ở dưới.)
Giảm hoạt động cơ đường hô hấp trên
- Cơ học UA đóng vai trò trong cơ chế bệnh sinh của OSA (thuật toán 1) (xem ‘Cơ học đường hô hấp trên’ ở dưới):
- Giảm hoạt động cơ UA trong khi ngủ là một hiện tượng sinh lý ít gây hậu quả ở người khỏe mạnh, nhưng có thể thúc đẩy tình trạng hẹp UA ở những cá nhân có cơ địa nhạy cảm. (Xem ‘Giảm hoạt động cơ’ ở dưới.)
- Những thay đổi về kích thước lòng ống và độ giãn nở của UA, cùng với sự mất khả năng bù trừ tải trọng trong khi ngủ, là những yếu tố bổ sung có thể thúc đẩy tình trạng tắc nghẽn. (Xem ‘Thay đổi về kích thước và độ giãn nở’ ở dưới.)
- Mặc dù có nhiều thay đổi sinh lý liên quan đến giấc ngủ trong cơ học hô hấp và sự gia tăng áp suất riêng phần của carbon dioxide (PaCO2), không phải tất cả các cá nhân đều phát triển tình trạng tắc nghẽn UA hoàn toàn. Những cá nhân có giải phẫu UA và cơ học phổi thuận lợi có khả năng duy trì nhịp thở và trao đổi khí bình thường, trong khi những người có UA suy giảm nghiêm trọng có thể phát triển tình trạng tắc nghẽn hoàn toàn. (Xem ‘Ý nghĩa lâm sàng’ ở dưới.)
Các yếu tố cấu trúc, mạch máu và thần kinh cơ
- Các yếu tố quyết định sự thông thoáng của UA có thể được chia thành ba nhóm chính: cấu trúc, mạch máu và thần kinh cơ.
- Các yếu tố cấu trúc bao gồm cấu trúc sọ mặt; các mô mềm xung quanh (bao gồm mô mỡ); cấu trúc mạch máu; và các yếu tố niêm mạc. Một hạn chế về sọ mặt, chẳng hạn như lùi hàm (retrognathia), có thể làm hạn chế không gian tiềm tàng dùng chung cho mô mềm và lòng đường thở. Các đặc điểm sọ mặt là những tính trạng di truyền và có thể chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố chủng tộc/sắc tộc. (Xem ‘Các yếu tố cấu trúc’ ở dưới.)
- Các yếu tố mạch máu bao gồm sự dịch chuyển dịch về phía đầu xảy ra khi nằm ngủ. Sự gia tăng mô mềm xung quanh đường thở có thể do tăng mô mỡ, amidan phì đại hoặc tăng thể tích mạch máu. (Xem ‘Cấu trúc mô mềm’ và ‘Sự dịch chuyển dịch về phía đầu’ ở dưới.)
- Các yếu tố thần kinh cơ bao gồm đầu ra vận động thông khí, hoạt động cơ UA và mối liên hệ giữa ngực – đường hô hấp trên thông qua lực kéo về phía đuôi (caudal traction). (Xem ‘Các yếu tố thần kinh cơ’ ở dưới.)
- Béo phì là yếu tố nguy cơ chính của OSA thông qua nhiều cơ chế, bao gồm giảm thể tích phổi, tăng thể tích mô mềm và khả năng làm suy giảm đầu ra cơ học của các cơ UA.
Tắc nghẽn hầu trong khi ngủ
Mặc dù các yếu tố nguy cơ riêng lẻ đã được xác định, nhưng các con đường bệnh sinh chính xác dẫn đến tắc nghẽn UA ở bệnh nhân OSA vẫn chưa được hiểu rõ. Các tác nhân gây tắc nghẽn hầu quan trọng trong khi ngủ ở những cá nhân có cơ địa nhạy cảm có thể bao gồm: thay đổi cơ học UA trong khi ngủ, thay đổi đầu ra vận động thông khí, áp lực mô xung quanh và sự hẹp khi thở ra. (Xem ‘Tắc nghẽn hầu trong khi ngủ’ ở dưới.)
GIỚI THIỆU
Hội chứng ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn (OSA) là một rối loạn khá phổ biến và gây ra nhiều hệ lụy sức khỏe nghiêm trọng 1-4. Đặc trưng của OSA là tình trạng tắc nghẽn đường thở vùng hầu tái diễn trong khi ngủ, dẫn đến thiếu oxy và phân mảnh giấc ngủ. Cơ chế bệnh sinh của OSA là sự tương tác giữa các yếu tố giải phẫu đường hô hấp trên (UA) dễ tổn thương và những thay đổi về chức năng của UA liên quan đến giấc ngủ 5. Tuy nhiên, cơ chế liên kết giữa các thay đổi sinh lý liên quan đến giấc ngủ và tình trạng tắc nghẽn UA ở một số cá thể vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn. Ngoài ra, phần lớn các nghiên cứu tìm hiểu về tắc nghẽn UA trong khi ngủ đều được thực hiện trong giai đoạn giấc ngủ không cử động mắt nhanh (NREM), do việc đạt được giai đoạn giấc ngủ cử động mắt nhanh (REM) trong các nghiên cứu xâm lấn tại phòng thí nghiệm là rất khó khăn.
Chủ đề này sẽ xem xét các ảnh hưởng của giấc ngủ lên cơ học hô hấp, các yếu tố quyết định sự thông thoáng của UA và bệnh sinh của tắc nghẽn UA trong khi ngủ. Bệnh sinh của OSA ở trẻ em cũng như các đặc điểm lâm sàng, chẩn đoán và điều trị OSA ở trẻ em và người lớn sẽ được xem xét trong các phần riêng biệt. (Xem “Cơ chế và các yếu tố tiền đề của rối loạn hô hấp liên quan đến giấc ngủ ở trẻ em”, “Biểu hiện lâm sàng và chẩn đoán ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn ở người lớn”, “Ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn: Tổng quan về quản lý ở người lớn” và “Quản lý ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn ở trẻ em”.)
ẢNH HƯỞNG CỦA GIẤC NGỦ LÊN CƠ HỌC HÔ HẤP
Giấc ngủ đi kèm với nhiều thay đổi sinh lý liên quan đến thông khí và hô hấp (thuật toán 1). Giấc ngủ được xem là một giai đoạn nghỉ ngơi tĩnh lặng, thể hiện qua việc hạn chế cử động, giảm khả năng phản ứng và trạng thái thụ động của cá thể khi ngủ. Giấc ngủ có liên quan đến việc giảm tốc độ chuyển hóa, mất đi xung động thức tỉnh để duy trì hô hấp 5, và hệ quả là làm giảm đầu ra vận động thông khí đến các cơ hô hấp, bao gồm cả các cơ đường hô hấp trên (UA). Hơn nữa, việc mất đi xung động thức tỉnh để duy trì hô hấp khiến quá trình hô hấp trong khi ngủ phụ thuộc cực kỳ chặt chẽ vào mức độ kích thích của các thụ thể hóa học và thụ thể cơ học 6, do đó dễ dẫn đến ngưng thở trung ương và tắc nghẽn UA. Cơ chế bệnh sinh của ngưng thở trung ương được thảo luận riêng. (Xem “Ngưng thở khi ngủ trung ương: Cơ chế bệnh sinh”.)
Cơ học đường hô hấp trên
Giảm hoạt động cơ
Giảm hoạt động cơ đường hô hấp trên (UA) trong khi ngủ là một hiện tượng sinh lý không có ý nghĩa lâm sàng đáng kể ở người khỏe mạnh, nhưng có thể thúc đẩy tình trạng hẹp UA ở những cá nhân có cơ địa nhạy cảm.
Giảm đầu ra vận động hô hấp có liên quan đến việc giảm hoạt động cơ UA, đặc biệt là ở các cơ có hoạt động trương lực (không phụ thuộc vào giai đoạn hô hấp). Ví dụ, cơ căng màn hầu (tensor palatini) giảm hoạt động ngay khi bắt đầu giấc ngủ, đi kèm với sự sụt giảm dòng hít vào 7,8. Các nghiên cứu khảo sát hoạt động của cơ hô hấp khi bắt đầu giấc ngủ cho thấy hoạt động của các cơ bơm hô hấp và các cơ giãn UA thay đổi ít hơn khi sóng điện não đồ (EEG) ưu thế là sóng theta (ngủ nông) so với sóng alpha (trạng thái thức) 9.
Thay đổi về khẩu kính và độ giãn nở
Giấc ngủ có liên quan đến việc giảm khẩu kính hầu, tăng sức cản UA 10 và tăng độ giãn nở UA 11. Nói cách khác, trong khi ngủ, lòng UA nhỏ hơn và thành đường thở dễ biến dạng hơn. Do đó, giấc ngủ khiến UA dễ bị đóng lại hơn khi có áp lực xuyên thành gây xẹp.
Hẹp UA dường như là một hiện tượng thường gặp, dẫn đến tăng dòng chảy xoáy, điều này có thể giải thích tại sao tiếng thở khi ngủ có thể nghe thấy được ngay cả ở những người khỏe mạnh. Sự gia tăng đáng kể sức cản UA dẫn đến tăng dòng xoáy, hạn chế dòng hít vào và gây rung khẩu cái mềm cũng như các mô mềm của UA 12,13. Ngáy là hệ quả âm thanh của tình trạng hạn chế dòng hít vào, biểu hiện bằng sự chững lại (plateau) của dòng hít vào mặc dù áp lực thúc đẩy phía hạ lưu vẫn duy trì.
Mối quan hệ giữa áp suất và dòng chảy có sự khác biệt giữa nhịp thở bình thường không bị hạn chế dòng chảy (NIFL) so với nhịp thở có sức cản cao và bị hạn chế dòng chảy (hình 1). Thở khi thức là trạng thái không bị hạn chế dòng chảy. Tương tự, thở khi ngủ ở những người không ngáy cũng không bị hạn chế dòng chảy. Ngáy và hạn chế dòng chảy cho thấy xu hướng tăng nguy cơ xẹp UA trong khi ngủ. Trong các trường hợp hẹp UA nghiêm trọng, đường thở có thể đóng hoàn toàn, dẫn đến hội chứng ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn (OSA).
Mất khả năng bù trừ tải trọng
Sự hẹp đường hô hấp trên (UA) liên quan đến giấc ngủ và sự gia tăng sức cản dòng khí tạo ra một tải trọng nội tại bổ sung cho hệ hô hấp. Khả năng đáp ứng của hệ thống kiểm soát thông khí đối với các tải trọng bổ sung này đóng vai trò then chốt trong việc duy trì thông khí phế nang.
Khi thức, việc thở qua một ống có sức cản cao (như ống hút) sẽ làm tăng ngay lập tức nỗ lực thông khí để duy trì thông khí phế nang và PaCO2. Tuy nhiên, trong khi ngủ, các tải trọng này không được nhận thức; do đó, thông khí giảm và PaCO2 tăng 14,15. Nguyên nhân mang tính mục đích sinh học của việc thiếu khả năng nhận thức tải trọng tức thời hiện vẫn chưa rõ ràng, nhưng có thể cho thấy giấc ngủ là ưu tiên tối thượng — một nhu cầu sinh học được bảo vệ nhờ sự phụ thuộc vào các phản hồi hóa học và cơ học. Ngược lại, tình trạng suy giảm bù trừ tải trọng sức cản đã được ghi nhận ở trẻ em khỏe mạnh là con của những bệnh nhân mắc hội chứng ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn (OSA). Như vậy, khả năng bù trừ cho sự gia tăng tải trọng có thể là một đặc tính di truyền góp phần duy trì sự thông thoáng của đường hô hấp trên trong khi ngủ 16.
Ở người bình thường, hậu quả của việc giảm nhận thức tải trọng trong khi ngủ là không đáng kể, vì sự gia tăng PaCO2 sẽ giúp phục hồi thông khí về mức gần như bình thường. Ngược lại, những bệnh nhân có cơ chế hô hấp bất thường, chẳng hạn như bệnh nhân mắc bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính (COPD), có thể gặp tình trạng suy giảm hô hấp và trao đổi khí do khả năng bù trừ tải trọng kém. (Xem “Cơ chế, nguyên nhân và tác động của tăng CO2 máu”, phần ‘Bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính’.)
Động học lồng ngực
Sự đóng góp tương đối của lồng ngực và các cơ bụng vào sự thay đổi thể tích khí lưu thông trong khi ngủ. Trong giai đoạn ngủ không cử động mắt nhanh (NREM), tỷ lệ đóng góp của lồng ngực so với cơ bụng tăng lên so với lúc thức. Ngược lại, tỷ lệ này thấp hơn trong giai đoạn ngủ cử động mắt nhanh (REM), khi hoạt động của các cơ liên sườn bị mất đi.
Đáng chú ý là hầu hết các nghiên cứu về ảnh hưởng của giấc ngủ đều được thực hiện trong giai đoạn NREM vì rất khó để đạt được giai đoạn REM trong các điều kiện đo đạc bằng thiết bị. Giấc ngủ REM liên quan đến tình trạng mất trương lực cơ, gây ảnh hưởng đến nhiều cơ giãn đường hô hấp trên và các cơ liên sườn, trong khi cơ hoành vẫn được bảo tồn. Trong giai đoạn REM, thông khí phút giảm mạnh hơn nữa và nhịp thở trở nên không đều, đặc biệt là trong giai đoạn REM pha (phasic REM sleep) 5,17.
Tăng CO2 máu động mạch
So với khi thức, giấc ngủ liên quan đến việc giảm thông khí và tăng PaCO2 (hình 2). Trong khi ngủ, PaCO2 tăng thêm từ 4 đến 5 mmHg. Tình trạng tăng CO2 máu sinh lý này là kết quả của sự kết hợp giữa việc tăng sức cản đường hô hấp trên và giảm đầu ra vận động thông khí 18.
Hệ quả lâm sàng
Hệ quả của những thay đổi sinh lý liên quan đến giấc ngủ đối với cơ chế hô hấp phụ thuộc vào các yếu tố cơ địa của từng cá nhân:
- Ở những cá nhân có giải phẫu đường hô hấp trên và cơ học phổi thuận lợi, họ có thể duy trì nhịp thở đều đặn, trao đổi khí bình thường và giấc ngủ ổn định, mặc dù PaCO2 có thể cao hơn.
- Những người có mức độ nhạy cảm trung bình với tình trạng xẹp đường thở sẽ xuất hiện tình trạng ngáy và hạn chế dòng hít vào, trong khi vẫn duy trì được giấc ngủ và nhịp thở ổn định.
- Những người có đường hô hấp trên bị tổn thương nặng sẽ dẫn đến tắc nghẽn hoàn toàn đường hô hấp trên.
Tương tự, sự thay đổi tỷ lệ đóng góp của lồng ngực và các cơ bụng vào quá trình thông khí sẽ không gây ảnh hưởng đáng kể ở những người khỏe mạnh có cơ học phổi bình thường; tuy nhiên, tình trạng này có thể làm trầm trọng thêm sự mất cân bằng thông khí/tưới máu và gây thiếu oxy ở bệnh nhân béo phì hoặc bệnh nhân mắc bệnh lý phổi. Sự gia tăng thông khí sau đó có thể góp phần gây ra tình trạng thở không ổn định thông qua việc kích hoạt các thụ thể hóa học ngoại biên.
CÁC YẾU TỐ QUYẾT ĐỊNH SỰ THÔNG THOÁNG ĐƯỜNG HÔ HẤP TRÊN
Đường hô hấp trên (UA) ở người là một đường dẫn đa năng phục vụ các chức năng hô hấp, nuốt và phát âm. Đường thở vùng hầu thiếu sự nâng đỡ cấu trúc của xương hoặc sụn; do đó, đây là một ống có thể biến dạng và dễ bị xẹp nếu có áp suất xuyên thành đủ lớn tác động lên thành hầu có độ giãn nở cao. Do cấu tạo của thành hầu bao gồm rất nhiều thành phần phức tạp, nên các yếu tố quyết định độ giãn nở của hầu hoặc “độ cứng” nội tại của nó vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn.
Các yếu tố quyết định sự thông thoáng của đường hô hấp trên có thể được chia thành hai nhóm chính: yếu tố cấu trúc và yếu tố thần kinh cơ. Các yếu tố cấu trúc bao gồm cấu trúc sọ mặt, các mô mềm xung quanh (bao gồm cả mô mỡ), các cấu trúc mạch máu và các yếu tố niêm mạc. Các yếu tố thần kinh cơ bao gồm đầu ra vận động thông khí, hoạt động của các cơ đường hô hấp trên và mối liên hệ giữa lồng ngực – đường hô hấp trên thông qua lực kéo về phía đuôi (caudal traction). (Xem ‘Ảnh hưởng của thể tích phổi’ dưới đây.)
Yếu tố cấu trúc
Cấu trúc sọ mặt
Cấu trúc sọ mặt là yếu tố then chốt quyết định sự thông thoáng của đường hô hấp trên (UA) 19,20. Đường hô hấp trên được bao bọc bởi một khoang xương cấu thành từ xương hàm dưới, xương hàm trên, nền sọ và cột sống cổ. Một khoang xương hẹp hoặc sự hạn chế về mặt sọ mặt, chẳng hạn như tình trạng lùi hàm, có thể dẫn đến sự “chèn ép” các mô, làm tăng áp lực lên các mô xung quanh đường hô hấp trên và tăng áp lực xuyên thành gây xẹp, dẫn đến sự di lệch xương móng xuống dưới.
Các nghiên cứu quan sát và thực nghiệm đã củng cố vai trò của các cấu trúc xương đối với xu hướng tắc nghẽn đường hô hấp trên. Trong một nghiên cứu bệnh chứng sử dụng cộng hưởng từ (MRI) ba chiều, chiều dài xương hàm dưới tăng có liên quan đến việc giảm nguy cơ mắc OSA ở nam giới, nhưng không thấy sự liên quan này ở nữ giới 21. Ngoài ra, sự khác biệt về vị trí của xương móng giữa bệnh nhân OSA và nhóm đối chứng chủ yếu được xác định bởi thể tích lưỡi; điều này gợi ý rằng sự di lệch xương móng xuống dưới ở bệnh nhân OSA là do thể tích lưỡi tương đối lớn và áp lực xung quanh tăng cao. Tương tự, một nghiên cứu khác cho thấy hiệu quả tích cực của các thiết bị nha khoa đẩy hàm dưới về phía trước có thể được giải thích là nhờ làm giảm áp lực mô xung quanh 22.
Bên cạnh các nghiên cứu này, còn có bằng chứng dịch tễ học cho thấy sự khác biệt về các chỉ số sọ mặt có thể góp phần tạo nên sự khác biệt giữa các chủng tộc và sắc tộc trong tỷ lệ mắc chứng ngưng thở khi ngủ 23-25, đồng thời có thể tương tác với tình trạng béo phì để thúc đẩy sự tắc nghẽn đường hô hấp trên trong khi ngủ.
Các cấu trúc mô mềm
Lòng đường hô hấp trên được bao quanh bởi các mô mềm ở cổ, bao gồm mô liên kết, mô mỡ, mô mạch máu và mô bạch huyết. Do đó, các yếu tố làm tăng áp lực mô xung quanh có xu hướng thúc đẩy sự hẹp đường hô hấp trên.
Một số yếu tố mô mềm có liên quan đến nguy cơ mắc OSA cao hơn, bao gồm sự gia tăng kích thước lưỡi, thành bên họng và tổng thể tích mô mềm 26. Sự gia tăng mô mềm có thể là một đặc điểm di truyền, được minh chứng bởi sự tập trung theo gia đình của cấu trúc mô mềm đường hô hấp trên ở cả những người bình thường và những người mắc OSA, không phụ thuộc vào chỉ số khối cơ thể (BMI) và chu vi cổ 27. Sự gia tăng mô mỡ ở đường hô hấp trên hoặc tại lưỡi do béo phì cũng có thể làm tăng áp lực mô gây xẹp 28.
Amidan phì đại có thể làm tăng khả năng tắc nghẽn đường hô hấp trên do lấn chiếm lòng hầu. Amidan phì đại là một yếu tố nguy cơ đã được công nhận đối với OSA, đặc biệt là ở trẻ em 29-31. (Xem “Cơ chế và các yếu tố tiền đề của rối loạn hô hấp liên quan đến giấc ngủ ở trẻ em”, phần ‘Amidan và VA phì đại’.)
Các yếu tố mạch máu
Sự dịch chuyển dịch về phía đầu
Sự gia tăng thể tích mạch máu ở vùng cổ (tức là sự dịch chuyển dịch về phía đầu) có thể thúc đẩy tình trạng tắc nghẽn đường hô hấp trên (UA) bằng cách làm tăng thể tích và áp lực mô xung quanh. Các nghiên cứu thực nghiệm đã cho thấy sự co mạch và giãn mạch lần lượt làm giảm và tăng sức cản đường hô hấp trên 32,33. Những thay đổi về kích thích hóa học, chẳng hạn như tình trạng thiếu oxy hoặc tăng CO2 máu, cũng có thể làm thay đổi trương lực mạch máu và ảnh hưởng tiêu cực đến sự thông thoáng của đường hô hấp trên, đặc biệt là ở những bệnh nhân có cấu trúc giải phẫu đường hô hấp trên bất lợi.
Một số nghiên cứu quan sát quy mô nhỏ đã liên tục chứng minh rằng, khi ngủ ở tư thế nằm, sự gia tăng thể tích dịch về phía đầu có thể góp phần làm trầm trọng thêm tình trạng OSA, đặc biệt ở những bệnh nhân có tình trạng dư thừa thể tích dịch (ví dụ: suy tim sung huyết, bệnh thận giai đoạn cuối và tăng huyết áp kháng trị), và việc giảm thể tích dịch ở chi dưới (ví dụ: bằng cách sử dụng tất áp lực hoặc dùng thuốc lợi tiểu) có thể làm giảm thiểu quá trình này 34-40. Ví dụ:
- Trong một nghiên cứu trên bệnh nhân tăng huyết áp không kiểm soát và OSA, liệu pháp lợi tiểu tích cực có liên quan đến việc giảm nhẹ chỉ số ngưng thở-giảm thở (AHI; 49 so với 58 sự kiện mỗi giờ), chu vi cổ (0,7 so với 1,2 cm) và thể tích dịch ở chân (308 so với 418 mL) 35.
- Tương tự, một nghiên cứu khác trên nam giới không béo phì, ít vận động mắc OSA cho thấy việc đeo tất áp lực khi thức giúp giảm đáng kể chỉ số AHI (23 so với 31 sự kiện mỗi giờ) và giảm 40% thể tích chân cũng như chu vi cổ 40.
- Trong một nghiên cứu trên 17 nam giới mắc OSA không nghiêm trọng hoặc không mắc OSA, việc truyền một lượng nước muối sinh lý tương đương ở nam giới lớn tuổi so với nam giới trẻ tuổi đã gây ra sự gia tăng lớn hơn về chu vi cổ và chỉ số AHI (2 so với 32); tuy nhiên, những sai sót đáng kể về phương pháp nghiên cứu khiến việc diễn giải chính xác các kết quả này trở nên khó khăn 37.
Vai trò của sự dịch chuyển dịch về phía đầu trong quản lý dịch trong phẫu thuật cho bệnh nhân OSA được thảo luận riêng. (Xem “Quản lý trong phẫu thuật ở người lớn mắc ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn”, phần ‘Quản lý dịch tĩnh mạch’.)
Các yếu tố thần kinh cơ
Hoạt động của các cơ đường hô hấp trên
Các cơ đường hô hấp trên (UA) đảm nhận nhiều chức năng quan trọng, bao gồm hô hấp, nuốt và phát âm. Phần lớn các cơ UA có hoạt động không phụ thuộc vào chu kỳ hô hấp (hoạt động trương lực – tonic activity), trong khi một số cơ UA lại biểu hiện hoạt động điện trong một giai đoạn nhất định của chu kỳ hô hấp. (Xem ‘Ảnh hưởng của giấc ngủ đối với cơ học hô hấp’ ở trên.)
Ví dụ, cơ căng màn hầu (tensor palatini) biểu hiện hoạt động điện trương lực và giảm dần khi bắt đầu giấc ngủ 7,9,41. Người ta cho rằng cơ căng màn hầu giúp làm tăng độ cứng của đường hô hấp trên và làm giảm khả năng xẹp của hầu. Ngược lại, cơ cằm lưỡi (genioglossus) biểu hiện hoạt động hít vào (cao hơn mức trương lực); cơ này được phân loại là cơ giãn hầu, được kích hoạt trước các cơ bơm ngực để chuẩn bị cho đường thở đón dòng khí hít vào.
Giảm hoạt động
Sự mất đi xung động hô hấp khi thức có liên quan đến việc giảm hoạt động điện cơ (EMG) của các cơ bơm hô hấp và các cơ đường hô hấp trên 9. Các bằng chứng hiện tại cho thấy nhiều cơ UA có hoạt động trương lực hoặc hoạt động theo pha giảm dần trong giai đoạn ngủ không cử động mắt nhanh (NREM), từ đó thúc đẩy tình trạng hẹp đường hô hấp trên và làm tăng sức cản đường thở.
Giảm khả năng đáp ứng
Trong trạng thái thức, việc áp dụng áp lực âm lên đường hô hấp trên có liên quan đến sự gia tăng hoạt động cơ UA thông qua phản xạ mạnh mẽ 42,43. Ngược lại, giấc ngủ có liên quan đến sự suy giảm đáng kể phản xạ đáp ứng với áp lực âm này.
Hệ quả cơ học
Những thay đổi về hoạt động và khả năng đáp ứng của cơ UA nêu trên chỉ mới dựa trên các hoạt động điện. Tuy nhiên, hiện vẫn chưa rõ liệu những thay đổi này có kéo theo các hệ quả về mặt cơ học hay không.
Việc xác định mức độ đóng góp tương đối của việc giảm hoạt động cơ UA đối với tình trạng hẹp đường thở liên quan đến giấc ngủ là rất khó khăn, do hoạt động của các cơ này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như sự thay đổi lưu lượng và độ lớn của áp lực âm. Tương tự, hệ quả cơ học của việc giảm khả năng đáp ứng cơ UA cũng chưa được làm sáng tỏ; điều này có thể phản ánh sự suy giảm hoạt động cơ UA nhằm duy trì sự thông thoáng của hầu trong các thách thức về mặt sinh lý.
Những thay đổi trong giấc ngủ cử động mắt nhanh (REM)
Giấc ngủ cử động mắt nhanh (REM) có liên quan đến tình trạng mất trương lực cơ ở các cơ chống trọng lực, đặc biệt là trong các giai đoạn chuyển động mắt nhanh theo pha. Tình trạng mất trương lực cơ này ảnh hưởng đến các cơ giãn đường hô hấp trên (UA) theo pha và các cơ liên sườn, nhưng không ảnh hưởng đến cơ hoành.
Những thay đổi này đặc biệt có ý nghĩa lâm sàng ở bệnh nhân mắc bệnh lý thần kinh cơ, rối loạn chức năng cơ hoành (chẳng hạn như bệnh nhân mắc bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính kèm theo tình trạng tăng nở phổi 44), hoặc rối loạn trao đổi khí (như bệnh nhân mắc bệnh phổi kẽ). Trong các bối cảnh này, bệnh nhân có tình trạng giảm thông khí và trao đổi khí trở nên tồi tệ hơn trong giai đoạn ngủ REM. Đây là một dạng rối loạn nhịp thở khi ngủ khác với OSA, mặc dù có thể khó phân biệt nếu không thực hiện đa ký giấc ngủ.
Đáng chú ý là độ giãn nở vùng hầu họng không tăng lên trong giấc ngủ REM 10,45 mặc dù hoạt động của các cơ giãn đường hô hấp trên suy giảm. Trên thực tế, đường thở sau khẩu cái có độ giãn nở thấp hơn trong giấc ngủ REM so với giấc ngủ NREM. Phát hiện này cho thấy tầm quan trọng của các yếu tố không thuộc thần kinh cơ khác trong việc điều hòa sự thông thoáng của đường hô hấp trên.
Ảnh hưởng của thể tích phổi
Những thay đổi về thể tích phổi trong chu kỳ hô hấp diễn ra tương ứng với những thay đổi về đường kính đường hô hấp trên (ĐHHTN) 46. Bất kể hoạt động của các cơ làm giãn ĐHHTN, kích thước lòng ĐHHTN sẽ tăng trong thì hít vào và giảm trong thì thở ra 47,48. Thực tế, diện tích mặt cắt ngang vùng hầu đạt giá trị thấp nhất vào cuối thì thở ra, đặc biệt là ở bệnh nhân ngưng thở khi ngủ 49.
Cơ chế tiềm ẩn là do sự kết nối về mặt giải phẫu giữa đường thở trong và ngoài lồng ngực. Theo đó, hoạt động hít vào sẽ đẩy cựa khí quản và khí quản xuống dưới (theo hướng đuôi), đồng thời làm căng các mô liên kết nối khí quản với ĐHHTN. Do đó, việc tăng đường kính ĐHHTN trong thì hít vào là nhờ lực kéo xuống dưới lên ĐHHTN; lực này tỉ lệ thuận với hoạt động hít vào của lồng ngực và không phụ thuộc vào hoạt động của các cơ làm giãn ĐHHTN 50.
Dưới góc độ cơ học, lực kéo xuống dưới truyền áp suất âm qua khí quản và các cấu trúc cổ phía trước bên đến các mô mềm bao quanh ĐHHTN. Bằng cách này, lực kéo xuống dưới giúp duy trì sự thông thoáng của ĐHHTN thông qua việc làm tăng áp suất xuyên thành và/hoặc làm tăng độ vững chắc của thành hầu 50. Hơn nữa, thể tích phổi tăng lên trong khi ngủ có liên quan đến việc giảm khả năng xẹp của ĐHHTN, có thể là do làm tăng sức căng dọc của đường thở vùng hầu 51,52. Như vậy, hoạt động hít vào của lồng ngực có tác dụng có lợi đối với sự thông thoáng của ĐHHTN thông qua lực kéo xuống dưới, dẫn đến sự giãn rộng và tăng độ vững chắc của ĐHHTN. Tình trạng giảm thể tích phổi trong béo phì có thể góp phần gây hẹp vùng hầu ở những cá nhân béo phì thông qua cơ chế này. (Xem “Dịch tễ học và bệnh sinh của hội chứng giảm thông khí do béo phì”, phần ‘Bệnh sinh’.)
TẮC NGHẼN VÙNG HẦU TRONG KHI NGỦ
Sự xuất hiện của tắc nghẽn đường hô hấp trên (ĐHHTN) trong khi ngủ phản ánh sự tương tác giữa việc mất đi xung động thức tỉnh (vốn giúp duy trì sự thông thoáng đường thở) và khả năng dễ bị xẹp của mỗi cá thể. Mặc dù các yếu tố nguy cơ cá thể đã được biết đến, nhưng các con đường bệnh sinh chính xác dẫn đến tắc nghẽn ĐHHTN ở bệnh nhân OSA vẫn chưa được làm sáng tỏ.
Như đã thảo luận ở trên, việc mất đi trạng thái thức tỉnh và xung động hô hấp dẫn đến giảm hoạt động và khả năng đáp ứng thần kinh cơ của ĐHHTN, từ đó làm giảm đường kính ĐHHTN, tăng sức cản ĐHHTN và tăng độ giãn nở của vùng hầu (xem ‘Cơ học đường hô hấp trên’ ở trên). Phản ứng đối với những thay đổi sinh lý này phụ thuộc vào khả năng dễ bị xẹp vùng hầu vốn có, điều này được quyết định bởi đường kính ĐHHTN cơ bản, áp suất mô xung quanh, cấu trúc sọ mặt và các đặc tính nội tại của ĐHHTN.
Cơ học đường hô hấp trên
Ở những cá nhân có cấu trúc giải phẫu đường hô hấp trên (UA) thuận lợi, các thay đổi về cơ học vùng hầu liên quan đến giấc ngủ thường không gây hậu quả lâm sàng, chỉ biểu hiện qua sự tăng nhẹ áp suất riêng phần khí CO2 (PaCO2) sinh lý. Tiếng ngáy xuất hiện ở những người có mức độ nhạy cảm trung bình với sự xẹp đường thở, dẫn đến tình trạng rung màn hầu do dòng chảy rối và giới hạn dòng hít vào. Trong các trường hợp hẹp UA nghiêm trọng, đường thở có thể đóng hoàn toàn, dẫn đến chứng ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn (OSA).
UA là một ống có tính biến dạng, dễ bị xẹp nếu chịu tác động của áp suất xuyên thành gây xẹp, có thể do áp suất âm (dưới áp suất khí quyển) trong lòng ống khi hít vào và/hoặc do áp suất từ các mô xung quanh bên ngoài lòng ống trong cả hai giai đoạn của nhịp thở. Mặc dù tình trạng tắc nghẽn UA khi ngủ từng được cho là do áp suất âm trong lòng ống “hút” đường thở vùng hầu vốn có trương lực thấp đóng lại 53, nhưng hiện vẫn thiếu các bằng chứng thuyết phục khẳng định chỉ riêng áp suất âm trong lòng ống là nguyên nhân.
Đầu ra vận động hô hấp
Những thay đổi trong kích thích hô hấp cũng có thể ảnh hưởng đến sự thông thoáng của UA. Sự dao động của đầu ra vận động hô hấp trong nhịp thở chu kỳ có liên quan đến tình trạng hẹp hoặc tắc nghẽn vùng hầu tại thời điểm đầu ra vận động hô hấp xuống mức thấp nhất (nadir) – khi các áp suất gây xẹp còn yếu, đặc biệt ở những người có xu hướng dễ xẹp UA 54,55. Tình trạng hẹp hoặc tắc UA xảy ra trong cơn ngưng thở trung ương do giảm CO2 máu (tự phát hoặc do cảm ứng), điều này ủng hộ quan điểm cho rằng không nhất thiết phải có áp suất âm mới dẫn đến tắc nghẽn UA 56. Tương tự, trong một nghiên cứu kiểm tra cơ học vùng hầu ở những người khỏe mạnh và những người mắc OSA được gây mê và liệt cơ, vùng hầu vẫn thông thoáng ở áp suất khí quyển ở người bình thường nhưng lại đóng lại ở bệnh nhân OSA (ngay cả khi không có áp suất âm) 57. Sự sụt giảm đầu ra hô hấp cũng có thể do các sự kiện sinh lý, chẳng hạn như nuốt, liên quan đến sự ức chế tạm thời các neuron vận động thần kinh hoành.
Mô xung quanh
Đây là một yếu tố quan trọng quyết định sự thông thoáng của UA trong khi ngủ. Các ví dụ về áp suất gây xẹp từ bên ngoài lòng ống bao gồm: lực trọng trường thụ động, áp suất mô cao ở những người thiếu hụt xương hàm dưới, lưỡi lớn, tích tụ mỡ trong UA, hoặc phù nề thành hầu thứ phát sau sự dịch chuyển dịch về phía đầu khi ở tư thế nằm. (Xem ‘Dịch chuyển dịch về phía đầu’ ở trên.)
Vai trò của sự hẹp đường thở khi thở ra
Các bằng chứng tích lũy cho thấy sự hẹp đường thở khi thở ra có thể là một cơ chế gây ra tình trạng hẹp ban đầu. Ví dụ, tình trạng ngưng thở do tắc nghẽn thường được báo trước bởi sự hẹp đường hô hấp trên (UA) khi thở ra, minh chứng qua việc tăng sức cản đường thở khi thở ra 58 hoặc sự hẹp tiến triển khi thở ra 59,60.
Tương tự, tình trạng thở nông do giảm $\text{CO}_2$ máu được gây ra có liên quan đến sự hẹp hầu khi thở ra và tăng độ giãn nở (compliance) của UA vùng hầu khi thở ra 61.
Do đó, sự tắc nghẽn UA có thể xảy ra ở cả thì hít vào hoặc thì thở ra. Những người có áp lực mô xung quanh cao có thể đặc biệt dễ gặp tình trạng hẹp hầu khi thở ra trong các điều kiện giảm sự điều khiển vận động hô hấp và giảm áp lực đẩy khi thở ra.