一、引言
食管上括约肌（UES）是咽食管连接处的一个高压区域。食管上括约肌包括环咽肌（CP）、咽下缩肌和食管上部肌肉组织。在吞咽过程中，食管上括约肌通过环咽肌松弛、由于舌骨上肌群收缩导致的舌骨喉复合体向前运动，以及由于食团内压力引起的扩张而打开。与食管上括约肌相关的吞咽困难可能由环咽肌异常松弛、舌骨喉复合体运动不足、口咽运动能力降低或食管上括约肌肌肉结构的顺应性不足引起。与食管上括约肌相关的吞咽困难的后果包括咽部食团残留、气道侵犯和吞咽效率低下。由于食管上括约肌打开的原因多种多样，对食管上括约肌功能进行综合评估对于确定食管上括约肌功能障碍的潜在原因和制定合适的治疗方案是必要的：
1）肌电图（EMG）用于测量食管上括约肌和舌骨上肌群的收缩特性；
2）可视化技术（例如，荧光透视）用于测量食管上括约肌的通畅性和咽部运动学；
3）测压法用于测量食团内压力以及肌肉收缩和松弛的压力相关结果。这些方法并非没有局限性：
1）肌内肌电图是侵入性的，并且只能由经过培训的医生使用。
2）荧光透视涉及辐射暴露，并且时间分辨率有限。
3）测压分析可能很困难，并且受到咽部传感器密度的限制。
测压法对于评估食管上括约肌功能很有用，因为它可供广泛的卫生专业人员使用，并且提供了关于食管上括约肌松弛和收缩期间静态压力和压力变化的客观信息。高分辨率测压法（HRM）通过以1厘米的间隔包含多达36个圆周压力传感器，改进了传统测压法的局限性。与使用较少且间隔更稀疏的传感器进行单侧数据采集的旧技术相比，这提高了压力信息的保真度。由于高分辨率测压法传感器距离很近，相邻传感器会记录压力信息；压力数据是从移动的咽部结构（如缩短的咽部和升高的食管上括约肌）采集的。因此，高分辨率测压法对于准确评估吞咽时食管上括约肌的压力至关重要。
尽管高分辨率测压法可以捕获相关的压力数据，但食管上括约肌压力的分析因测压导管和食管上括约肌高压区的吞咽运动而变得复杂。在吞咽过程中，咽鼓管咽口关闭会导致导管向头侧移动1.0厘米。由于舌骨喉复合体的运动和咽部缩短，食管上括约肌会独立上升2.0至2.8厘米。有研究描述了在食团通过后，食管上括约肌会在其基线位置上方的某一点开始关闭。尽管可以通过多个高分辨率测压法传感器测量食管上括约肌关闭和下降时的压力，但标准的时空图推断了传感器和咽部结构的静态位置，这可能会混淆对咽部和食管上括约肌压力事件的解释（图1）。目前，对于如何在高分辨率测压法输出中跟踪这些运动尚无共识。
图1. 吞咽10毫升稀液食团的高分辨率测压法（HRM）时空图。此处显示的吞咽情况与图2和图4中的吞咽情况相同。
一些关于食管上括约肌压力幅度和持续时间的报告使用了高分辨率测压系统中包含的电子袖套（eSleeve）功能。电子袖套算法旨在检测食管下括约肌的运动，并在四到六个传感器上显示最高压力。据作者所知，尚未完成验证研究来证明在食管上括约肌中使用电子袖套算法的合理性。此外，有研究描述了计算与食管上括约肌运动相关压力的方法。然而，这些方法需要将数据导出到单独的程序中，并使用多种算法对数据进行插值。这种技术未能利用市售高分辨率测压系统提供的压力信息。因此，需要一种简单、有效的方法来确定哪些高分辨率测压法传感器显示吞咽时食管上括约肌的压力。
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这些研究的目的是对与吞咽时食管上括约肌和导管运动相关的测压模式进行分类，并通过环咽肌肌电图活动验证食管上括约肌的压力模式。我们提出两项互补的研究：
1）高分辨率测压法结合荧光透视，根据食管上括约肌和测压传感器的相对位置分析压力模式；
2）高分辨率测压法结合环咽肌肌电图，通过多个高分辨率测压法传感器分析肌肉对吞咽时食管上括约肌压力的贡献。我们假设：
1）在吞咽过程中，食管上括约肌的运动产生了一种在视觉上与咽食管其他部位的压力源不同的压力模式。
2）吞咽时食管上括约肌的运动将通过吞咽时食管上括约肌压力与环咽肌肌电图活动之间的相关性得到支持。
3）当结合多个测压信号时，相关性将最强。
二、材料与方法
研究1：高分辨率测压法结合荧光透视
设备：
高分辨率测压法：使用固态高分辨率测压法记录食管上括约肌压力。测压导管外径为2.75毫米，由36个压力传感器组成，间隔1厘米。每个传感器接收来自12个圆周元件的输入，系统将其平均为一个信号。该系统记录的压力范围为220至600毫米汞柱，精度为2毫米汞柱，采样率为50赫兹。导管在使用前根据制造商的规格进行校准。
荧光透视：在侧平面进行连续荧光透视。视频以每秒30帧的速度录制到DVD上。边界包括门牙、颈椎、软腭的鼻缘和颈段食管。
参与者：11名成年人（4名男性）在获得知情同意并经机构审查委员会批准后参与了研究。委员会在知情同意书中对健康个体使用荧光透视的风险与益处进行了适当说明后批准了该研究。参与者的平均年龄为33岁（范围为21至52岁），无吞咽、胃肠道或神经系统疾病史。
程序：参与者在整个程序中保持直立坐姿。用少于0.5毫升的2%盐酸利多卡因粘性溶液对鼻腔进行麻醉。导管放置标准化，按照相关描述捕获每个感兴趣的咽部区域。参与者在进行实验性吞咽前休息5分钟以适应导管。参与者在头部处于中立位置时吞咽五次10毫升的40%重量体积比的稀液钡剂。参与者在提示后才进行吞咽。
数据分析：测压和荧光透视数据通过嵌入荧光透视信号中的时间码进行时间对齐。荧光透视图像导入到软件中，并进行旋转，使连接C2和C4椎体前下角的线与y轴平行。对图像进行滤波以优化导管传感器的可见性。在每个视频帧上标记以下坐标：1）每个可见传感器的前上角；
2）环状软骨与气管相交处的后下角；
3）C1椎体的前结节。环状软骨的后下角对应于环咽肌附着于环状软骨的位置。C1的前结节代表一个稳定的参考点，并设置为x轴和y轴的原点。时间以吞咽时舌骨向前运动的第一帧为基准进行归一化。食管上括约肌高压区边界根据测压图上静息压力升高的范围定义（图1）。所有运动测量值以测压传感器外壳（4毫米）为标量从像素转换为厘米。在每个视频帧中，根据食管上括约肌与导管相邻的位置为其分配一系列高分辨率测压法传感器。合并后的数据集用于识别食管上括约肌在升高过程中的吞咽压力模式。
高分辨率测压法数据使用定制的程序进行分析。在该分析中，我们重点关注咽部和食管上括约肌出现峰值清除力后可测量的压力信号。压力释放率通过从信号从最大压力首次下降到信号恢复到基线压力的点的一阶导数的平均值计算得出。因此，圆形压力波的释放速率比急剧下降的压力波要慢。压力持续时间从压力信号从基线上升的第一点到压力信号恢复到基线的点进行计算。荧光透视和高分辨率测压法数据由不同的研究团队成员进行分析。
使用配对t检验进行所有比较，经邦费罗尼校正后的α值为0.05/11 = 0.0045以确定显著性。效应大小使用科恩d值计算，0.8表示大效应大小。20%的荧光透视数据由另一名研究团队成员重新分析，并计算组内相关系数（ICC）以评估可靠性。数据以平均值±标准误差表示。
研究1结果
01. 测压传感器和食管上括约肌运动
由于咽鼓管咽口关闭，软腭水平及以下的所有传感器会随着软腭抬高而向上移动，并在腭部肌肉松弛时回到基线位置。食管上括约肌会随着舌骨喉复合体的运动而升高，并在食团尾部通过后下降。图2展示了吞咽过程中测压传感器和食管上括约肌的运动模式示例。食管上括约肌高压区与测压传感器异步移动。在食管上括约肌升高的最大时间点会出现低于大气压的压力，并且在食管上括约肌开始下降时会记录到接触压力。
图2. 测压传感器和食管上括约肌（UES）吞咽时头-尾运动模式的示例图。食管上括约肌的测压压力用彩色条显示。食管上括约肌高压区用黑线和灰色阴影标记。此图中的传感器编号与图1中的时空图以及图4中的线图相对应。
图3显示了测压传感器和食管上括约肌的平均相对运动时间点和持续时间，以及咽鼓管咽口压力的起始点和食管上括约肌的打开和关闭时间。在鼻咽部压力出现之前，传感器显著上升（0.15±0.12秒；t[10]=4.2，P = 0.002；科恩d值 = 1.27）。在食管上括约肌从基线上升之前（0.09±0.02秒；t[10]=5.99，P < 0.001；科恩d值 = 1.80）以及从最大上升位置下降之前（0.29±0.04秒；t[10]=6.67，P < 0.001；科恩d值 = 2.01），传感器显著移动。在食管上括约肌回到基线位置之前，传感器回到基线位置，但根据我们的α标准，这种差异未达到显著水平（0.20±0.04秒；t[10]=4.94，P = 0.01；科恩d值 = 1.49）。尽管在时间上未对齐，但传感器（1.25±0.10秒）和食管上括约肌（1.21±0.09秒；t[10]=1.32，P = 0.22；科恩d值 = 0.6721）从基线位置上升的持续时间没有显著差异。
图3. 测压传感器和食管上括约肌（UES）吞咽运动的时间与咽鼓管咽口压力起始、舌骨喉复合体运动以及食管上括约肌放射影像打开情况的比较。
运动幅度见表I。与测压传感器的运动相比，在环状软骨附着处记录的食管上括约肌前部在腹侧（t[10]=4.538，P = 0.01；科恩d值 = 1.37）和头侧方向（t[10]=10.84，P < 0.001；科恩d值 = 3.27）的移动幅度显著更大。传感器和食管上括约肌位置识别的组内相关系数（ICC）值范围为0.90至0.97，表明评估者间一致性很强。
表I. 测压传感器和食管上括约肌腹侧和头侧运动幅度的平均值±标准误差
02. 食管上括约肌测压波形分析
由于测压导管和食管上括约肌的运动，在吞咽过程中食管上括约肌的压力会记录在四到六个测压传感器上。我们从这些传感器中识别出两种不同的压力模式：1）食管上括约肌尾部模式：基线压力升高，降至最低点压力，压力爆发，并且从最尾部的两到三个传感器处恢复到基线压力；2）食管上括约肌头部模式：相对短暂的压力波，从食管上括约肌尾部模式正头侧的一到三个传感器处快速释放压力。代表性的个体压力波形如图4所示。食管上括约肌头部压力信号的压力释放速率（-0.0989±0.0143毫米汞柱/秒²）显著快于食管上括约肌尾部压力信号（-0.0073±0.0008毫米汞柱/秒²；t[10]=6.44，P < 0.001；科恩d值 = 1.94）和其他咽部压力信号（-0.0374±0.0023毫米汞柱/秒²；t[10]=4.14，P = 0.002；科恩d值 = 1.24）。食管上括约肌头部压力信号高于基线的持续时间（0.39±0.21秒）显著短于任何其他咽部压力信号（0.62±0.10秒；t[10]=5.95，P < 0.001；科恩d值 = 1.79）。
图4. 吞咽一次10毫升稀液食团的压力波形图，分为三组：
1）咽部传感器；
2）食管上括约肌（UES）头部传感器；
3）食管上括约肌尾部传感器。此处显示的吞咽情况与图1和图2中的吞咽情况相同。传感器8至12与图2中的彩色线条相对应。
研究2：高分辨率测压法结合肌电图
01. 设备
高分辨率测压法：测压系统的规格和导管放置程序与研究1相同。
肌电图：使用双极钩线肌内电极（直径50毫米）记录环咽肌肌电图（CP-EMG）信号，使用放置在颏下区域、距中线1厘米的双侧表面肌电图电极记录颏下/舌骨上肌群的活动。将表面接地电极固定在前额。肌电图信号经过放大，带通滤波范围为100赫兹至6千赫兹，并以20千赫兹的频率数字化。肌电图数据通过一个普通的计算机鼠标创建的逻辑信号与测压数据进行时间关联。
02. 参与者
6名成年人（4名男性）在获得知情同意并经机构审查委员会批准后参与了研究。参与者的平均年龄为22.7岁（范围为21至25岁），无吞咽、胃肠道或神经系统疾病史。这些参与者与研究1中的参与者没有重叠。
03. 程序
在插入电极之前，用30号针头将1毫升含肾上腺素（1:100,000）的1%盐酸利多卡因注射到颈部。用27号针头将肌内电极插入环咽肌。一旦识别出特征性的吞咽时环咽肌激活模式，就取出针头，将电极留在原位。通过观察特征性的环咽肌肌电图活动来确认环咽肌肌电图电极的准确放置。必要的环咽肌肌电图参数包括紧张性基线活动、降至接近零、吞咽后活动爆发且快速开始，以及恢复到基线活动。参与者在头部处于中立位置时吞咽五次10毫升的室温水。参与者在提示后才进行吞咽。
04. 数据分析
使用定制的程序对高分辨率测压法和肌电图数据进行分析。将环咽肌肌电图信号重新采样至50赫兹，以匹配高分辨率测压法的采样率。研究2的分析中纳入了与研究1中描述的吞咽时食管上括约肌头部和尾部压力模式相匹配的高分辨率测压法传感器。由于在食管上括约肌松弛期间环咽肌活动静止且食管上括约肌压力下降，几乎没有活动或压力可用于计算关联。因此，在食管上括约肌打开时测量压力-活动关联即使不是不可能，也是很困难的。相应地，只检查了最低点之后的事件。最低点之后的食管上括约肌收缩事件是指在吞咽过程中，食管上括约肌最上方的压力信号从最低点压力开始上升，直到环咽肌肌电图活动恢复到基线时的时间点。
为了检查吞咽时食管上括约肌压力与环咽肌肌电图活动之间的关联，我们计算了每个试验的皮尔逊积矩相关系数。如之前所做的那样，我们计算了最低点之后食管上括约肌收缩事件的相关性，并确定了相关性最强的单个测压传感器。研究1的结果表明，最低点之后的食管上括约肌压力涉及多个传感器，因此以多个传感器为基础计算相关性在生态学上更有效。因此，我们以逐步、多传感器的方式计算了环咽肌肌电图活动与食管上括约肌压力之间的皮尔逊积矩相关系数：1）我们首先计算环咽肌肌电图活动与食管上括约肌最上方传感器（UES1）从最低点上升到峰值期间的相关性。2）然后计算环咽肌肌电图与下一个较低位置的传感器（UES2）在UES1峰值之后到UES2峰值期间的相关性。3）我们按照这种方式继续计算所有食管上括约肌传感器（例如，UES3–UES5）的相关性（图5）。我们计算了多传感器相关性的平均值，以便与单传感器相关性进行比较。
为了符合我们的方向性假设，即多传感器相关性将大于单传感器相关性，我们进行了单侧配对样本t检验，以比较单传感器和多传感器相关性，以α标准为0.05来确定显著性。效应大小的计算方法与研究1相同。数据以平均值±标准误差表示。
研究2结果
如图5所示，肌电图活动与食管上括约肌压力紧密对应。在食管上括约肌压力下降之前，环咽肌肌电图活动略有下降。随着食管上括约肌打开后肌电图活动恢复，食管上括约肌压力也上升。静止状态后的高水平肌电图活动以与食管上括约肌压力相似的速率逐渐恢复到基线活动水平。多传感器相关性（0.88±0.04）显著强于单传感器相关性（0.80±0.04；t[5]=2.95，P = 0.02；科恩d值 = 1.20）。使用多个传感器得到的更强相关性支持了这样一种假设，即在食团运输过程中，食管上括约肌上升，使得在其下降到基线位置期间，其关闭压力会影响多达六个不同的传感器。
图5. 吞咽一次10毫升稀液食团的环咽肌肌电图（CP-EMG）（灰色阴影）和食管上括约肌（UES）高分辨率测压法（HRM）压力波形。食管上括约肌高分辨率测压法传感器按从头侧到尾侧的方向标记为1至5。
三、讨论
吞咽时食管上括约肌松弛和收缩过程中，食管上括约肌头部的运动在高分辨率测压法（HRM）上产生的压力模式，在数学上与咽食管的其他压力模式不同。环咽肌肌电图（CP-EMG）活动与多传感器的食管上括约肌压力模式的相关性，强于与单个传感器的相关性。据我们所知，这是首个描述食管上括约肌头部和尾部在高分辨率测压法上的压力的研究，其独特的模式无需复杂的数学计算或额外的仪器（如荧光透视）即可在视觉上识别。
研究1证实了先前传统测压法的发现。测压导管的运动与食管上括约肌异步，且运动程度小于食管上括约肌。这表明不同的生理机制分别对其负责：咽鼓管咽口关闭使导管向头侧移动，舌骨喉复合体运动和咽部缩短导致食管上括约肌升高。先前对测压导管运动的描述未评估咽鼓管咽口关闭产生的压力。尽管导管运动在时间上与咽鼓管咽口关闭相关，但测压传感器在高分辨率测压法记录到的咽鼓管咽口压力出现前0.15秒就开始向头侧移动。这可能反映了咽鼓管咽部肌肉与传感器和咽后壁进行可测量接触所需的时间，因为在咽鼓管咽部完全关闭之前导管就会开始升高。因此，在不使用荧光透视评估高分辨率测压法时，可以假设当咽鼓管咽口压力开始时导管已经上升。
测压传感器的腹侧运动此前未被描述。一个潜在原因可能是吞咽时咽部收缩肌在食团尾部向前鼓起。腹侧运动较小且垂直于食团流动，其与正常吞咽生理学解释的相关性未知。
目前，耳鼻喉科医生、胃肠病学家和言语语言病理学家在全球超过250家机构进行高分辨率测压法检查。随着高分辨率测压法在临床和研究中的应用不断增加，需要一种一致、临床适用且计算简单的方法来识别吞咽时食管上括约肌的压力。根据本研究的结果，我们提出在高分辨率测压法上观察到的食管上括约肌压力模式的两种分类：食管上括约肌头部和食管上括约肌尾部。食管上括约肌头部压力模式的持续时间明显更短，且压力释放速率比咽部的任何其他吞咽压力模式都要快。这些传感器处的快速压力释放表明，食管上括约肌在下降时会紧贴导管关闭，跟随食团尾部。食管上括约肌尾部压力模式已得到充分描述：基线压力升高，压力降至最低点，压力关闭爆发，然后逐渐下降至基线压力。这些食管上括约肌尾部传感器在吞咽开始和结束时都位于食管上括约肌高压区内，但由于食管上括约肌升高，在食团通过期间可能位于食管近端。描述食管上括约肌压力需要多个高分辨率测压法传感器。使用单个传感器进行分析可能会错过关键的压力幅度和时间信息，并且使用电子袖套功能将数据合并为一个信号在食管上括约肌中的有效性尚未得到验证。识别食管上括约肌头部和尾部的压力模式能够在不使用荧光透视或肌电图的情况下确定食管上括约肌的位置。
本研究结果对食管上括约肌压力的临床和研究解释具有重要意义。首先，测量食管上括约肌打开和关闭的时间时应考虑到食管上括约肌的上升与高分辨率测压法传感器的上升不同步，并且食管上括约肌在仍高于其基线位置时就开始收缩。因此，食管上括约肌最尾部传感器（如图1、2和4中的传感器12）的压力最低点可能反映的是食管上括约肌的上升，而不是松弛。其次，同一传感器上最低点后的压力增加可能反映的是食管上括约肌的下降，而不是关闭。我们建议将食管上括约肌关闭的时间测量为具有食管上括约肌头部压力模式的最头侧传感器（如图1、2和4中的传感器8）从松弛压力上升的时间。最后，测量食管上括约肌最低点压力的理想位置仍不清楚。在图2中，很明显食管上括约肌在松弛期间位于传感器8、9和10上方，并且此时传感器11和12位于食管头侧。因此，在这次吞咽过程中，食管上括约肌最低点压力应在传感器8、9和10上测量。然而，食管低于大气压的压力对食团运输的生理相关性仍有待证明。进一步的研究将为食管上括约肌最低点压力分析提供信息，用于临床和研究目的，但我们提出的明确发现可以指导确定测量食管上括约肌打开和关闭的位置。
这些研究存在三个局限性。首先，分析是在数量适中的年轻健康参与者样本上进行的。这是理解食管上括约肌压力与运动关系的重要第一步，未来的研究将检查本研究中观察到的食管上括约肌模式在吞咽困难状态下的表现。其次，荧光透视分析的帧率限制为每秒30帧。如果可能，更高频率的荧光透视数据采集可能会得出更强的压力与运动关系。第三，在没有直接可视化的情况下，经皮将肌电图电极放置在环咽肌中是一个独特的挑战，导致显示清晰环咽肌肌电图迹线的参与者数量相对较少。未来涉及环咽肌肌内肌电图的研究将受益于引导方法，如荧光透视或超声检查。
四、结论
在吞咽过程中，咽鼓管咽口关闭导致测压导管向头侧移动，而食管上括约肌独立运动。我们使用高分辨率测压法结合荧光透视以及高分辨率测压法结合肌电图描述了食管上括约肌的压力模式。食管上括约肌尾部压力模式此前已被描述；它代表吞咽前处于静止状态的食管上括约肌以及食团通过后食管上括约肌压力下降至基线位置的情况。这是首个关于食管上括约肌头部模式的报告，其压力持续时间短且压力释放速率快。这种模式代表食管上括约肌在升高位置的关闭以及其下降至基线位置的过程。这些模式与环咽肌肌电图相关，并且无需使用其他评估方式或复杂的数学计算即可识别。为了全面捕捉吞咽时食管上括约肌的压力，必须评估多个间距紧密的测压传感器。本研究揭示的压力模式将使研究人员和临床医生仅使用高分辨率测压法就能确定食管上括约肌的位置。
公司地址：广东省东莞市樟木头镇塑金国际1号楼810
