การนอนหลับและการควบคุมการหายใจ

การหายใจถูกควบคุมแตกต่างกันไปในระหว่างการนอนหลับและขณะตื่น การนอนหลับจะลดแรงกระตุ้นการหายใจที่เกิดจากการตื่นตัว ลดการทำงานของกล้ามเนื้อทางเดินหายใจส่วนบน และทำให้การระบายอากาศขึ้นอยู่กับกลไกควบคุมทางเคมีมากขึ้น ดังนั้นระบบควบคุมจึงตอบสนองได้น้อยลง และในบางกรณีก็มีความเสถียรน้อยลง การเปลี่ยนแปลงที่ขึ้นอยู่กับสภาวะเหล่านี้อธิบายได้ว่าทำไมความผิดปกติของการหายใจบางอย่างจึงปรากฏขึ้นเฉพาะในระหว่างการนอนหลับเท่านั้น

Definition

การนอนหลับและการควบคุมการหายใจคือการศึกษาว่าการควบคุมการหายใจเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตามสภาวะการนอนหลับ ซึ่งรวมถึงการสูญเสียแรงขับเคลื่อนจากการตื่นตัว การเปลี่ยนแปลงความไวของเคโมรีเฟล็กซ์ การลดลงของกิจกรรมกล้ามเนื้อทางเดินหายใจส่วนบน และผลกระทบที่เกิดขึ้นต่อความเสถียรของการระบายอากาศ

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงขับเคลื่อนการหายใจ การตอบสนองของเคโมรีเฟล็กซ์ และความโล่งของทางเดินหายใจส่วนบนในระหว่างการตื่นและระยะการนอนหลับต่างๆ แนวคิดของลูปเกน (loop gain) และความเสถียรของการระบายอากาศ รวมถึงลักษณะทางสรีรวิทยาที่ทำให้การหายใจในระหว่างการนอนหลับเสี่ยงต่อการอุดกั้นหรือไม่เสถียร ภาวะหยุดหายใจขณะหลับ (sleep-disordered breathing) ถูกอ้างอิงในบริบททางสรีรวิทยา ไม่ใช่ในฐานะหัวข้อการรักษา

Core questions

• แรงขับเคลื่อนในการหายใจเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรจากการตื่นตัวไปสู่การนอนหลับแบบ non-REM และ REM?
• ทำไมทางเดินหายใจส่วนบนจึงยุบตัวได้ง่ายขึ้นในระหว่างการนอนหลับ?
• ลูปเกนคืออะไร และควบคุมความเสถียรของการหายใจในระหว่างการนอนหลับได้อย่างไร?
• ลักษณะทางสรีรวิทยาใดบ้างที่ทำให้การหายใจในระหว่างการนอนหลับมีแนวโน้มที่จะเกิดการอุดกั้นหรือรูปแบบเป็นช่วงๆ?

Key concepts

• แรงขับเคลื่อนการหายใจจากการตื่นตัว
• ความไวของเคโมรีเฟล็กซ์ที่ขึ้นอยู่กับสภาวะ
• การยุบตัวของทางเดินหายใจส่วนบน (ความดันปิดวิกฤต)
• ลูปเกนและความไม่เสถียรของการระบายอากาศ
• เกณฑ์การตื่นตัว
• การหายใจเป็นช่วงๆ

Mechanisms

ในขณะตื่น แรงขับเคลื่อนจากการตื่นตัวที่ไม่ใช่สารเคมีจะช่วยเสริมการควบคุมการหายใจด้วยเคโมรีเฟล็กซ์ เมื่อเริ่มนอนหลับ แรงขับเคลื่อนนี้จะหายไป การระบายอากาศจะลดลงเล็กน้อย คาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (ไม่กี่มิลลิเมตรปรอท) และการหายใจจะพึ่งพาการตอบสนองทางเคมีมากขึ้น ในการนอนหลับแบบ REM แรงขับเคลื่อนจะผิดปกติและกล้ามเนื้อส่วนใหญ่ที่ใช้ในการทรงตัวและกล้ามเนื้อเสริมจะถูกยับยั้ง การลดลงของกิจกรรมกล้ามเนื้อขยายทางเดินหายใจส่วนบนจะเพิ่มความสามารถในการยุบตัวของทางเดินหายใจ ดังนั้นทางเดินหายใจที่แคบตามกายวิภาคอาจเกิดการอุดกั้นได้ ความเสถียรของการหายใจขึ้นอยู่กับลูปเกน (loop gain) ซึ่งเป็นอัตราส่วนของการตอบสนองการระบายอากาศต่อสิ่งรบกวนที่กระตุ้น การเพิ่มขึ้นของ controller gain (เคโมรีเฟล็กซ์ที่แข็งแกร่ง) หรือ plant gain (การกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีประสิทธิภาพ) อาจทำให้การระบายอากาศเกินและต่ำกว่าปกติ ทำให้เกิดการหายใจเป็นช่วงๆ และเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นซ้ำๆ การศึกษาการจำแนกลักษณะเฉพาะ (phenotyping) แสดงให้เห็นว่ากายวิภาคของทางเดินหายใจ การตอบสนองของกล้ามเนื้อขยายทางเดินหายใจ ลูปเกน และเกณฑ์การตื่นตัว (arousal threshold) ทำงานร่วมกันในสัดส่วนที่แตกต่างกันเพื่อกำหนดความเสี่ยงต่อเหตุการณ์การอุดกั้นในระหว่างการนอนหลับ

Clinical relevance

กลไกเหล่านี้เป็นพื้นฐานทางสรีรวิทยาของภาวะหยุดหายใจขณะหลับ ซึ่งรวมถึงรูปแบบการอุดกั้นและส่วนกลาง และกรอบแนวคิดที่อิงตามลักษณะเฉพาะ (trait-based framework) ช่วยอธิบายว่าทำไมแต่ละบุคคลจึงมีความอ่อนไหวแตกต่างกัน บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาปกติและสรีรวิทยาเมื่อเกิดความเครียด รวมถึงลักษณะเฉพาะที่อยู่เบื้องหลังลักษณะทางคลินิก เป็นเนื้อหาอ้างอิงและให้ความรู้ ไม่ใช่แนวทางการวินิจฉัยหรือการรักษา

Evidence & guidelines

สรีรวิทยาที่สรุปไว้ในที่นี้อ้างอิงจากการทบทวนอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับพยาธิสรีรวิทยาของภาวะหยุดหายใจขณะหลับ และจากการศึกษาการจำแนกลักษณะทางสรีรวิทยาที่วัดปริมาณลักษณะเฉพาะที่เกี่ยวข้อง การวินิจฉัยและการจัดการทางคลินิกของภาวะหยุดหายใจขณะหลับอยู่ภายใต้แนวทางปฏิบัติทางคลินิกแยกต่างหากซึ่งอยู่นอกขอบเขตของบทความนี้

History

สรีรวิทยาการหายใจขณะหลับพัฒนาควบคู่ไปกับการตรวจการนอนหลับ (polysomnography) ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 เมื่อการเฝ้าติดตามอย่างต่อเนื่องเผยให้เห็นว่ารูปแบบการหายใจและก๊าซในเลือดแตกต่างกันอย่างมากระหว่างการนอนหลับและการตื่น การวิจัยได้ยืนยันการสูญเสียแรงขับเคลื่อนจากการตื่นตัว บทบาทของกล้ามเนื้อทางเดินหายใจส่วนบน และแนวคิดของลูปเกน และการจำแนกลักษณะทางสรีรวิทยาที่ทันสมัยมากขึ้นได้ปรับเปลี่ยนมุมมองของภาวะหยุดหายใจขณะหลับว่าเป็นผลผลิตของลักษณะเฉพาะที่สามารถวัดได้หลายประการ

Debates

ลักษณะเฉพาะที่ไม่ใช่กายวิภาคมีส่วนทำให้เกิดภาวะหยุดหายใจขณะหลับจากการอุดกั้นมากน้อยเพียงใด?

นอกเหนือจากทางเดินหายใจที่ยุบตัวได้ง่ายแล้ว ลักษณะเฉพาะต่างๆ เช่น ลูปเกน การตอบสนองของกล้ามเนื้อขยายทางเดินหายใจ และเกณฑ์การตื่นตัว มีส่วนร่วมแตกต่างกันไปในแต่ละบุคคล การให้น้ำหนักระหว่างสาเหตุทางกายวิภาคกับสาเหตุที่ไม่ใช่กายวิภาคเป็นประเด็นที่กำลังมีการศึกษาอย่างต่อเนื่องในการจำแนกลักษณะทางสรีรวิทยา

Key figures

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

Seminal works

• dempsey-2010
• eckert-2013

Frequently asked questions

ทำไมการหายใจจึงเปลี่ยนแปลงไปเมื่อเราหลับ?

การนอนหลับจะลดแรงขับเคลื่อนการหายใจจากการตื่นตัวและลดการทำงานของกล้ามเนื้อทางเดินหายใจส่วนบน ทำให้การระบายอากาศลดลงเล็กน้อย คาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงเพิ่มขึ้นเล็กน้อย และการหายใจจะพึ่งพาการตอบสนองทางเคมีมากขึ้น

ลูปเกนคืออะไร และทำไมจึงสำคัญในระหว่างการนอนหลับ?

ลูปเกนวัดว่าระบบควบคุมการหายใจตอบสนองต่อสิ่งรบกวนได้รุนแรงเพียงใดเมื่อเทียบกับขนาดของสิ่งรบกวนนั้น ลูปเกนที่สูงอาจทำให้การระบายอากาศเกินและต่ำกว่าปกติ ทำให้เกิดการหายใจเป็นช่วงๆ และรูปแบบที่ไม่เสถียรในระหว่างการนอนหลับ