睡眠と呼吸

睡眠中、呼吸器系と筋肉系の両方に影響を及ぼす正常な生物学的プロセスにより、 呼吸が変化します。

呼吸は、覚醒状態から睡眠状態に移行すると変化します。これらの変化は、呼吸を調節するプロセスの生物学的変化によって生じます。眠りに落ちると、代謝の低下により、毎分換気量（1 分間に呼吸する空気の量）が減少します。

ノンレム睡眠中は、3つの睡眠段階を経て、段階を追うごとに眠りが深くなります。睡眠が深くなるにつれて、毎分換気量は減少し続け、第2段階のノンレム睡眠では13%、第3段階では15%減少します。例えば、19人の健康な成人を対象とした研究では、ノンレム睡眠中の毎分換気量は、覚醒時の7.66リットル/分に対して7.18リットル/分であることが明らかになりました。^[1]

胸郭の換気への寄与は、主に横方向の動きによってノンレム睡眠中に増加し、呼吸中の EMG 振幅の増加によって検出されます。これらの睡眠段階では、横隔膜の活動はほとんど増加しないか変化せず、腹筋の活動はわずかに増加します。

気道抵抗は、ノンレム睡眠中に約 230% 増加します。肺の弾性および流れ抵抗特性は、ノンレム睡眠中は変化しません。抵抗の増加は主に、喉頭蓋後部の上気道から生じます。上気道の咽頭拡張筋の緊張性活動は、ノンレム睡眠中に低下し、抵抗の増加に寄与します。これは、睡眠中の食道圧変動の増加に反映されます。他の換気筋が抵抗の増加を補うため、気流の減少は抵抗の増加よりもはるかに少なくなります。

動脈血ガスのpCO2 は 3 ～ 7mmHg 増加し、pO2 は 3 ～ 9mmHg 低下し、SaO2 は 2% 以下低下します。これらの変化は、酸素消費量の 10 ～ 20% の減少に反映される代謝率の低下にもかかわらず発生し、産生/代謝の低下ではなく全体的な低換気を示唆しています。

呼吸に伴い肺動脈圧の周期的な振動が発生します。肺動脈収縮期圧と拡張期圧、およびPADは、ノンレム睡眠中に4～5mm増加します。

NREM 睡眠からの誘発された一時的な覚醒により、横隔膜のEMG活動が 150% 増加し、上気道拡張筋の活動が 250% 増加し、気流と一回換気量が 160% 増加し、上気道抵抗が減少します。

レム睡眠（急速眼球運動睡眠）では、振幅と頻度の両方が突然変化する不規則な呼吸が認められ、時には中枢性無呼吸が10～30秒間中断されます。（これらは生理学的変化であり、睡眠障害性呼吸障害で認められる異常な呼吸パターンとは異なります）。これらの呼吸不規則性はランダムではなく、眼球運動のバーストに対応しています。この呼吸パターンは化学受容器によって制御されているのではなく、レム睡眠のプロセスによる行動呼吸制御系の活性化によるものです。この睡眠段階では気流の量的測定値は非常に変動しやすく、増加、減少、または不変であることが示されています。一回換気量も、レム睡眠中の量的測定値によって増加、減少、または不変であることが示されています。そのため、レム睡眠中の呼吸はいくぶん不規則です。

19人の健康な成人を対象とした研究では、レム睡眠中の1分間換気量は6.46 +/- 0.29（ SEM）リットル/分であったのに対し、覚醒時は7.66 +/- 0.34リットル/分であった。^[1]

REM 睡眠中は肋間筋の活動が低下し、REM 睡眠中の呼吸に対する胸郭の寄与も低下します。これは、REM に関連する脊柱上部のアルファ運動ニューロン駆動の抑制と、紡錘運動機能の特異的な抑制によるものです。それに応じて、REM 睡眠中は横隔膜の活動が増加します。胸腹部の逆説的な動きは観察されませんが、胸部と腹部の変位は正確に同調していません。この肋間筋の活動の低下は、境界肺機能の患者に発生する低換気の主な原因です。

上気道抵抗は、咽頭拡張筋の弛緩と部分的な気道閉塞のため、レム睡眠中に最も高くなると予想されます。多くの研究でこのことが示されていますが、すべてではありません。レム睡眠中の気道抵抗は変化しないとする研究もあれば、ノンレム睡眠レベルまで増加すると示す研究もあります。

低換気による低 酸素症はレム睡眠でも認められるが、ノンレム睡眠ほど研究されていない。これらの変化はノンレム睡眠と同等かそれ以上である。

肺動脈圧は呼吸とともに変動し、レム睡眠中には上昇します。

覚醒により気道抵抗と気流が覚醒時に近い値に戻ります。ノンレム睡眠中の覚醒を参照してください。

低地では、呼吸と睡眠の関連が確立されています。高地では、睡眠の中断は呼吸（呼吸）リズムの変化に関連していることがよくあります。海抜ゼロメートル地帯とパイクスピーク（4300メートル）の人々を調べた研究で示されているように、高度の変化は睡眠時間に変動（0％から最大93％減少）を引き起こします。^[2]これらの被験者は、より頻繁な覚醒とステージ3とステージ4の睡眠の減少も経験しました。睡眠の質の低下が示されましたが、これは睡眠時間が短いためではなく、夜間に頻繁に目覚めるためでした。

いびきは、睡眠中に大きな呼吸音がする症状です。通常、睡眠中に気道が閉塞する病状、例えば閉塞性睡眠時無呼吸症などは、いびきの原因となります。閉塞現象に関連しないいびきは、原発性いびきと呼ばれます。^[3]閉塞性睡眠時無呼吸症という特定の症状の他に、睡眠前の飲酒、鼻づまり、副鼻腔炎、肥満、舌または口蓋垂が長い、扁桃腺またはアデノイドが大きい、下顎が小さい、鼻中隔が曲がっている、喘息、喫煙、仰向けで寝ることなども、いびきの原因となります。原発性いびきは「単純」または「良性」いびきとも呼ばれ、睡眠時無呼吸症とは関連がありません。

閉塞性睡眠時無呼吸症は、気道の閉塞または呼吸筋の不十分な活動の結果として起こる無呼吸です。

睡眠時無呼吸症（イギリス英語ではsleep apnoea、/æpˈniːə/）は、睡眠中に呼吸が止まったり、浅く呼吸が不規則になったりする睡眠障害です。無呼吸と呼ばれる呼吸の停止は数秒から数分間続き、1時間に5回から30回以上発生することがあります。^[4]