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這篇通了，就能充分了解obstructive sleep apnea syndrome (OSAS)和airway diseases (包含asthma, COPD)的交互影響了！
這篇通了，就能充分了解obstructive sleep apnea syndrome (OSAS)和airway diseases (包含asthma, COPD)的交互影響了！
這篇通了，就能充分了解obstructive sleep apnea syndrome (OSAS)和airway diseases (包含asthma, COPD)的交互影響了！
因為重要，所以講三遍。
臨床醫師或是睡眠技師，對於睡眠時呼吸相關疾病(sleep breathing disorders, SBD)，最有興趣的疾病生理學(pathophysiology)，就屬"loop gain"所牽涉的觀念比較難。
可是，今天，版主嘗試用連續三張自己繪製的圖片，將它表達更為簡單清楚，以協助各位朋友同好們掌握loop gain的意義，並且往後能夠在看到這三張圖的時候，很快記起它的內容。
一樣學我們的柯P簡報，先講結論：
因為睡眠時候上呼吸道舌頭後倒和咽喉空隙阻塞導致吸氣呼氣做功不一致，過多的機械性運作引發後續化學驅動力帶動，短暫覺醒之後促成過度換氣，引發呼氣潮氣末二氧化碳分壓降低，並且對照先前發生的loop gain大小，能在多項生理檢查結果用換氣量與橫膈呼吸肌表達觀察每個受試者單位時間下的作功。
因為睡眠時候上呼吸道舌頭後倒和咽喉空隙阻塞導致吸氣呼氣做功不一致，過多的機械性運作引發後續化學驅動力帶動，短暫覺醒之後促成過度換氣，引發呼氣潮氣末二氧化碳分壓降低，並且對照先前發生的loop gain大小，能在多項生理檢查結果用換氣量與橫膈呼吸肌表達觀察每個受試者單位時間下的作功。
先看圖一：
定義上重點是，所謂loop gain講的，是掌控換氣(ventilatory control)的機制。講的是一個如何平衡sleep apnea睡眠呼吸中止，所帶來吸氣阻塞了以後導致的反覆好多次呼氣到吸氣停滯狀態下，呼吸肌肉與神經系統因應血中二氧化碳濃度劇烈變動，刺激呼氣與打開那個舌頭與咽喉位置的過程。
- 1.1 舌頭與咽喉阻塞發生了，呼吸動作在身體，還不會馬上產生影響。
- 1.2 身體有化學物質可以驅動呼吸，我們知道它主要與二氧化碳(CO2)有關。
- 1.3 CO2所刺激的呼吸系列動作，可以看成是一條直直的路，經過這條路所完成的呼吸動作，被視為耗費最小做功的途徑。
- 1.4 舌頭與咽喉阻塞了，吐氣和吸氣都要換另一條路走，所以產生繞路走的額外做功。經過一段時間，以及一段反覆呼氣吸氣不順的做功以後，我們可以用數學上積分的方法，求得一個做功值。這段時間，這個呼氣與吸氣做功差異值，就是loop gain的原始意義。
- 1.5 要記住，loop gain隱含有時間以及做功雙重內涵，也就是說，至少有兩個變因，將可以左右loop gain的大小。
圖二：
- 2.1 多次loop gain產生，將會導致原本一條直直道路的化學驅動力，也開始增強。於是，不論是機械驅動呼吸的ventilatory drive，或是chemical drive，這兩者隨著對方刺激呼吸力量加大，表達了上自中樞神經系統，下到橫膈肌肉神經纖維或是其它呼吸肌，都能運動起來，終於讓短暫覺醒(arousal)出現。
- 2.2 如果arousal能有效引發上呼吸道舌咽通暢，這段時間的loop gain就可以用呼氣的加速帶動，來獲得償還。
- 2.3 如果，arousal還是無法完全償還前面這段時間的loop gain，勢必讓loop gain再繼續累積。
- 2.4 所以，在完完全全獲得loop gain的補償之後，就會花了更多的時間。
- 2.5 研究這個致病生理過程的生理學家，於是，利用數學的方法，讓所有的loop gain構成的積分，也就是多繞路走的所有面積造成的做功，去除以時間，而得到單位時間的做功，換句話講就是因應阻塞而做的功率，也就是解決了無法計算單一阻塞的化學驅動力必須對付機械驅動力的困境。
- 2.6 這裏，各位必須知道的，時間的計算還有一個因素，也就是chemical drive出現在ventilatory drive之後，阻塞了一段時間才會有化學物質CO2的作用影響。所以，完整的解決loop gain整個做功的時間，是整個換氣過程扣掉能觀察到出現化學驅動力帶動呼吸的時間差。
圖三：
- 3.1 過度換氣(hyperventilation)因應著arousal而來，但是，換氣過度的程度，則和前面這段時間的loop gain有關。
- 3.2 有的人，可以觀察到相當明顯的end tidal CO2降低趨勢，以及很快的過度換氣頻率來補償這段多繞路的做功。可是，有的人比較慢。
- 3.2 這個橫膈做功帶動補償的機制，顯然與loop gain有關。也就是，如果chemical drive與ventilatory drive本身就異常，解決loop gain的橫膈動作就會被迫改變。
- 3.3 像是，本身二氧化碳基準已經很高的肺氣腫，或是過度脫水導致降低的HCO3，都可以讓補償loop gain的chemical drive出現影響因素，一旦chemical drive來得變慢了，就比較難完整補償睡眠呼吸阻塞產生的消耗做功，也就是loop gain。
- 3.4 有趣的事是，arousal以後如果出現適度的過度換氣，因為上端呼吸道壓力降低許多，由最遠的肺泡，小氣道(small airways)，細支氣管，支氣管到氣管的氣流將會增強，而讓呼氣氣流又快又強。
- 3.5 這也就是，很多人感到，夜眠時候，經常咳嗽有痰加重的原因啊！
References
- Philip I. Terrill et al Quantifying the ventilatory control contribution to sleep apnoea using polysomnography Eur Respir J 2015;45:408-418 DOI: 10.1183/09031936.00062914
- Sohaib A. Wains et al Impact of arousal threshold and respiratory effort on the duration of breathing events across sleep stage and time of night Respiratory Physiology & Neurobiology 2017;237:35-41
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