下颌前突对咀嚼肌结构特征及上呼吸道空间的影响——一项初步研究

《Journal of Stomatology Oral and Maxillofacial Surgery》：Effects of mandibular protrusion on the structural features of the masticatory muscles and upper airway space – a pilot study

阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）患者使用下颌前突装置（MAD）治疗时，MAD引起的下颌前突会改变颞下颌肌群纤维走向和气道体积。本研究通过扩散张量成像（DTI）对一名健康受试者的下颌三个位置（0mm、3.5mm、7mm）进行MRI扫描，发现随着下颌前突增加，肌群纤维在矢状面和轴向投影的走向发生显著变化，尤其是咬肌和翼外肌，同时气道总体积和最小横截面积均增加，其中MID位置变化最明显。初步结果支持MAD通过扩大气道体积改善OSA疗效的机制，但需扩大样本和长期观察验证。

　　这项研究通过使用扩散张量成像（DTI）技术，对一位健康男性志愿者在不同下颌前突位置下的咀嚼肌纤维方向以及上呼吸道空间的变化进行了初步探索。研究的核心目标是观察下颌前突对咀嚼肌结构和上呼吸道的影响，从而为阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）患者的治疗提供参考依据。这项研究采用了一种个性化设计的下颌前突装置（MAD），该装置能够稳定地将下颌保持在三个不同的位置：习惯性咬合位置（P_R = 0 mm）、中等前突位置（P_MID = 3.5 mm）和最大前突位置（P_MAX = 7 mm）。研究团队通过流线束追踪（ST）技术，结合DTI磁共振成像（MRI），对咀嚼肌的纤维方向进行了量化分析，并测量了上呼吸道的体积和最小横截面积（CSA_MIN）。

### 研究背景与意义

阻塞性睡眠呼吸暂停是一种复杂的多因素疾病，主要表现为在睡眠过程中上呼吸道出现短暂且反复的完全或部分阻塞，导致睡眠碎片化和血氧饱和度下降。OSA的常见症状包括夜间打鼾、白天嗜睡、记忆力减退、注意力不集中等。如果不加以治疗，OSA可能导致多种严重的健康问题，如高血压、冠心病、中风、心律失常、心力衰竭、生活质量下降以及增加死亡风险。因此，寻找有效的治疗方法对于改善OSA患者的健康状况具有重要意义。

目前，对于中重度OSA的首选治疗方法是持续气道正压通气（CPAP）。CPAP通过向患者的口腔和鼻腔提供持续的正压气流，以维持上呼吸道的通畅，从而减少打鼾和睡眠呼吸暂停的发生。尽管CPAP在临床试验中显示出良好的疗效，但其使用过程中存在一定的挑战，例如患者难以长期耐受，导致治疗依从性较低，进而影响治疗效果。因此，寻找一种更为舒适、易于接受的替代治疗方法成为当前研究的重点。

下颌前突装置（MAD）作为一种非侵入性治疗方法，近年来在临床中得到了广泛应用。MAD是一种口腔矫治器，通常由上下牙托组成，能够将下颌固定在前突的位置，从而保持舌头底部远离咽部后壁，防止睡眠时上呼吸道塌陷，减少气流阻力。与CPAP相比，MAD在长期使用中更容易被患者接受，因此被认为是一种可行的替代方案，尤其是在轻度或中度OSA患者中。然而，尽管MAD已被广泛用于临床治疗，关于其对咀嚼肌结构的即时和长期影响，仍缺乏系统的文献支持。

因此，这项研究的意义在于，通过非侵入性的DTI技术，首次对一位健康个体在不同下颌前突位置下的咀嚼肌纤维方向和上呼吸道空间的变化进行了量化分析。研究结果不仅有助于理解MAD对上呼吸道的影响机制，还可能为优化MAD的设计和使用提供理论依据。此外，研究还探讨了咀嚼肌结构变化与上呼吸道空间变化之间的潜在联系，这对于进一步研究OSA的治疗策略具有重要的参考价值。

### 研究方法与过程

研究对象为一名24岁的健康男性，其体重指数（BMI）为22.2，没有颞下颌关节紊乱（TMD）的症状或体征，也没有口腔、下颌或面部的金属物（如牙套、穿孔或修复体）。研究者通过标准化的临床检查排除了TMD的可能，并确保该个体符合MAD的适用条件。随后，研究团队使用数字牙模扫描仪（TRIOS，3Shape）获取了该个体的上颌和下颌牙弓的数字化模型，并记录了最大咬合位置的咬合登记。这些数据被发送至外部公司（ResMed Schweiz GmbH）用于制作个性化MAD。

在研究过程中，该个体被要求在三个不同的下颌前突位置下接受MRI扫描：习惯性咬合位置（P_R = 0 mm）、中等前突位置（P_MID = 3.5 mm）和最大前突位置（P_MAX = 7 mm）。为了确保扫描的一致性，MRI扫描是在相同的头位下进行的，以避免因头位变化导致的误差。扫描使用的设备为3.0T磁共振成像仪（MAGNETOM Prisma，Siemens Healthineers AG），采集了三维（isotropic）T1加权MPRAGE序列和同向扩散加权单次激发回波平面成像（EPI）序列。这些参数的选择是为了确保高质量的图像质量和足够的空间分辨率，以便于后续的纤维追踪分析。

为了进一步分析肌肉纤维的方向，研究团队使用了FMRIB FSL v6.0.6和MRtrix3 v3.0.3软件进行图像后处理和流线束追踪。首先，通过FSL FLIRT工具将解剖图像与蒙特利尔神经学研究所（MNI）标准脑模板进行了配准，以确保图像的一致性。随后，使用Spherical Deconvolution（SD）算法对扩散加权成像（DWI）数据进行了处理，以估计纤维方向分布（FOD）。流线束追踪基于SD算法进行，通过tckgen命令生成了五百万条流线，覆盖了整个头颅区域，包括所有咀嚼肌。为了进一步聚焦于特定肌肉，研究团队在MRview中手动绘制了包括咬肌（浅层和深层）、翼内肌、翼外肌和颞肌在内的肌肉掩膜，并从中筛选出符合要求的流线。

此外，研究还对上呼吸道的体积和最小横截面积进行了测量。上呼吸道的边界被定义为软腭的起点和会厌的上缘，通过计算这些区域内的像素数量，并乘以每个像素的体积，得到了空气道体积。最小横截面积则通过在轴向平面上计算所有像素形成的最小面积来确定。这些测量结果被用于评估下颌前突对上呼吸道空间的影响。

### 研究结果

研究结果显示，不同下颌前突位置对咀嚼肌纤维方向和上呼吸道空间产生了显著的影响。在流线束追踪分析中，所有咀嚼肌的纤维方向均发生了变化，其中咬肌的纤维方向变化最为明显。在矢状面投影中，咬肌的浅层和深层纤维方向随着前突的增加而变得更加垂直，尤其在左侧表现出线性增加的趋势。然而，在右侧，纤维方向在中等前突位置（P_MID）达到最大值后，随着最大前突位置（P_MAX）的增加而有所下降，这可能与右侧髁突在睡眠时的前移受限有关。此外，翼内肌的纤维方向也表现出类似的趋势，随着前突的增加而变得更加垂直，但右侧的纤维方向在P_MID时达到峰值，随后略有下降。

在冠状面和轴向面投影中，纤维方向的变化相对较小，但标准差较大，尤其是在轴向面的深层咬肌中。这表明虽然整体趋势是纤维方向随着前突而改变，但不同肌肉纤维之间的方向变化存在较大的个体差异。对于翼外肌，其纤维方向在冠状面和轴向面的变化更为显著，最大变化值分别达到了29°和43°。这些变化可能与翼外肌在不同前突位置下的功能需求有关，例如在前突过程中，肌肉纤维的插入点可能会发生偏移，从而影响其方向。

在上呼吸道空间的测量中，研究发现随着下颌前突的增加，空气道体积和最小横截面积均呈现增加趋势。在P_R、P_MID和P_MAX位置，空气道体积分别达到了11.74 cm3、15.70 cm3和19.09 cm3，几乎呈线性增长。然而，最小横截面积的变化则更为复杂，从P_R到P_MID时增加了1.6 cm2，但从P_MID到P_MAX时仅增加了0.1 cm2。这可能与MRI扫描过程中的运动或呼吸伪影有关，因为这些伪影可能会干扰对最小横截面积的准确测量。此外，虽然空气道体积的增加与下颌前突存在明显相关性，但最小横截面积的变化并不完全遵循这一趋势，提示可能存在其他因素影响其变化。

### 研究讨论与意义

研究结果表明，下颌前突装置（MAD）在改变下颌位置的同时，也对咀嚼肌的纤维方向和上呼吸道空间产生了显著影响。这些变化可能与MAD对上呼吸道的物理作用有关，例如通过扩大气道空间，减少气流阻力，从而改善睡眠质量。此外，研究还发现，不同的肌肉纤维方向变化可能与下颌运动的方向和幅度有关，例如在矢状面投影中，纤维方向的变化更明显，而在冠状面和轴向面投影中，变化则相对较小。

值得注意的是，研究中观察到的最小横截面积的变化并不完全与空气道体积的增加同步。这可能与MRI扫描过程中的一些技术限制有关，例如呼吸伪影或运动伪影可能会影响对最小横截面积的测量。此外，虽然空气道体积的增加可以作为MAD治疗效果的一个指标，但最小横截面积的变化可能更复杂，需要进一步的研究来明确其影响因素。

研究团队还指出，由于该研究仅针对一位健康个体，因此其结果可能无法直接推广到所有OSA患者。此外，研究仅在单次影像学检查中进行，未能评估MAD对咀嚼肌结构的长期影响。因此，未来的研究需要包括更大规模、更具代表性的样本，以进一步探讨不同下颌前突位置对咀嚼肌和上呼吸道的影响。

### 研究的局限性与未来方向

尽管这项研究提供了关于MAD对咀嚼肌和上呼吸道影响的初步数据，但其结果仍存在一定的局限性。首先，研究对象仅限于一名健康个体，这可能限制了结果的普遍适用性。其次，研究仅在单次影像学检查中进行，未能评估MAD对咀嚼肌结构的长期影响。此外，MAD提供的下颌前突位置可能与实际睡眠时的下颌位置存在差异，这可能影响研究结果的准确性。

未来的研究可以考虑扩大样本量，涵盖不同年龄、性别和BMI的个体，以更全面地评估MAD对咀嚼肌和上呼吸道的影响。同时，可以采用动态成像技术，如动态CT扫描或动态MRI，以评估不同呼吸阶段对上呼吸道空间的影响。此外，结合功能性评估，如肌电图（EMG）记录或咬合力测量，可以进一步探讨咀嚼肌纤维方向变化与实际肌肉活动之间的关系。

总的来说，这项研究为理解MAD对咀嚼肌和上呼吸道的影响提供了重要的初步数据，同时也指出了未来研究的方向和需要进一步探讨的问题。通过这些研究，可以更好地优化MAD的设计和使用，提高其在OSA治疗中的疗效和安全性。