睡眠と呼吸調節

呼吸は覚醒時と睡眠時とで異なる調節を受けています。睡眠は覚醒時の呼吸促進作用を取り除き、上気道筋の緊張を低下させ、換気を化学的フィードバックに依存させるため、制御システムは反応性が低下し、場合によっては不安定になります。これらの状態依存性の変化は、一部の呼吸障害が睡眠中にのみ現れる理由を説明します。

Definition

睡眠と呼吸調節とは、覚醒時の促進作用の消失、化学受容反射感度の変化、上気道筋活動の低下、およびそれらが換気安定性に及ぼす影響など、睡眠状態によって呼吸の調節がどのように変化するかを研究する分野です。

Scope

本項目では、呼吸促進作用、化学受容反射の応答性、上気道の開存性が覚醒時および睡眠段階を通じてどのように変化するか、ループゲインと換気安定性の概念、そして睡眠中の呼吸を閉塞や不安定性に脆弱にする生理学的特性について扱います。睡眠時無呼吸症候群は、治療対象としてではなく、生理学的文脈として言及されます。

Core questions

• 覚醒時からノンレム睡眠、レム睡眠へと移行するにつれて、呼吸促進作用はどのように変化しますか？
• なぜ上気道は睡眠中に虚脱しやすくなるのですか？
• ループゲインとは何ですか、また睡眠中の呼吸の安定性をどのように支配しますか？
• どの生理学的特性が、睡眠中の呼吸を閉塞や周期性パターンに陥りやすくさせますか？

Key concepts

• 覚醒時の呼吸促進作用
• 状態依存性の化学受容反射感度
• 上気道の虚脱性（臨界閉鎖圧）
• ループゲインと換気不安定性
• 覚醒閾値
• 周期性呼吸

Mechanisms

覚醒時には、非化学的な覚醒時促進作用が呼吸の化学受容反射制御を補完します。睡眠が始まるとこの促進作用は消失し、換気はわずかに低下し、動脈血二酸化炭素は数mmHg上昇し、呼吸は化学的フィードバックへの依存度が高まります。レム睡眠中には、促進作用が不規則になり、ほとんどの姿勢筋および補助筋の緊張が抑制されます。上気道拡張筋の活動低下は気道の虚脱性を高めるため、解剖学的に狭い気道は閉塞する可能性があります。呼吸の安定性はループゲインに依存します。ループゲインとは、換気応答とそれを引き起こした擾乱の比率です。高い制御ゲイン（強い化学受容反射）または高いプラントゲイン（効率的な二酸化炭素除去）は、換気のオーバーシュートとアンダーシュートを引き起こし、周期性呼吸と反復性の事象を生じさせることがあります。表現型解析の研究により、気道解剖、拡張筋の応答性、ループゲイン、および覚醒閾値が様々な割合で組み合わさって、睡眠中の閉塞性事象に対する脆弱性を決定することが示されています。

Clinical relevance

これらのメカニズムは、閉塞性および中枢性のパターンを含む睡眠時無呼吸症候群の生理学の根底にあり、特性に基づく枠組みは、なぜ個人間で感受性が異なるのかを説明するのに役立ちます。本項目は、正常およびストレス下の生理学と臨床表現型の背後にある特性を記述するものであり、診断や治療の指針ではなく、参考および教育的な内容です。

Evidence & guidelines

ここに要約されている生理学は、睡眠時無呼吸の病態生理学に関する包括的なレビューと、寄与する特性を定量化する生理学的表現型解析研究に基づいています。睡眠時無呼吸症候群の臨床診断と管理は、本項目の範囲外である別の臨床ガイドラインによって規定されています。

History

睡眠呼吸生理学は、20世紀後半にポリソムノグラフィーとともに発展しました。この時期に、継続的なモニタリングにより、睡眠時と覚醒時とで呼吸パターンと血液ガスが著しく異なることが明らかになりました。研究により、覚醒時促進作用の消失、上気道筋緊張の役割、およびループゲインの概念が確立され、より最近の生理学的表現型解析は、睡眠時無呼吸症候群をいくつかの測定可能な特性の産物として再構築しました。

Debates

非解剖学的特性は閉塞性睡眠時無呼吸症候群にどの程度寄与していますか？

虚脱しやすい気道に加えて、ループゲイン、拡張筋の応答性、覚醒閾値などの特性は個人間で様々に寄与します。解剖学的要因と非解剖学的要因の重み付けは、生理学的表現型解析の活発な研究分野です。

Key figures

• Jerome A. Dempsey
• Danny J. Eckert
• Atul Malhotra
• David P. White

Seminal works

• dempsey-2010
• eckert-2013

Frequently asked questions

なぜ眠ると呼吸が変わるのですか？

睡眠は覚醒時の呼吸促進作用を抑制し、上気道筋の緊張を低下させるため、換気はわずかに低下し、動脈血二酸化炭素はわずかに上昇し、呼吸は化学的フィードバックに強く依存するようになります。

ループゲインとは何ですか、また睡眠中にそれが重要なのはなぜですか？

ループゲインは、呼吸制御システムが擾乱の大きさに応じてどの程度強く反応するかを測定するものです。高いループゲインは換気のオーバーシュートとアンダーシュートを引き起こし、睡眠中に周期性呼吸や不安定なパターンを生じさせる可能性があります。