阻塞性睡眠呼吸暂停（obstructive sleep apnea， OSA）是一种常见的与睡眠相关的呼吸障碍。其特征是反复发生的完全或部分上气道阻塞，导致慢性间歇性低氧（intermittent hypoxia，IH）、睡眠片段化（sleep fragmentation，SF）或一定程度上的睡眠剥夺（sleep deprivation，SD）、胸内压剧烈波动和交感神经过度兴奋等。流行病学研究表明，在30~60岁的普通人群中，男性OSA的患病率为24%，女性为9%^［1］；最近的1项研究报告^［2］称全球有近10亿人受到影响。OSA已然成为一个极其重要的公共卫生问题。肥胖、年龄以及性别已被确认为OSA的危险因素，OSA还与种族、家族史以及不良生活习惯（酗酒和吸烟）相关^［3］。OSA的患病风险与体重指数（body mass index，BMI）相关，OSA的发生率随着BMI的增加而逐渐增加，这可能与脂肪组织过多导致上呼吸道狭窄有关^［4］。OSA的症状往往是非特异性的，包括夜间睡眠打鼾、呼吸暂停、觉醒、盗汗、夜尿增多和胃食管反流症状，以及日间嗜睡、记忆力难以集中、晨起腹胀或头痛、抑郁烦躁等情感变化以及性欲下降或勃起障碍^［5］。目前OSA诊断主要依据多导睡眠监测（polysomnography，PSG）结果^［6］。OSA的严重程度一般根据每小时睡眠时呼吸暂停-呼吸低通气次数即呼吸暂停-低通气指数（apnea-hypopnea index，AHI）来评定。OSA的有效治疗包括非手术干预和手术治疗，前者主要包括减肥等行为疗法、气道正压通气治疗、下颌前移装置等，后者主要包括悬雍垂腭咽成形术、下颌前移、腺样体切除术和减重手术等^［7］。

在过去的几十年里，由于疾病模型的限制，对OSA病理生理学的研究进展相对缓慢。既往研究发现，IH和SF/SD可以影响全身各种系统和器官。由于OSA常与心血管疾病、神经系统疾病和代谢疾病等伴行，易受肥胖等潜在混杂因素影响，且相关研究难以独立在人类患者中开展，人工干预建立精准的动物OSA模型将有助于更好地理解OSA的潜在机制和病理生理特征。本文回顾自1987年HENDRICKS等^［8］发现英国斗牛犬的自然OSA模型以来有代表性的OSA动物模型，并主要着眼于重现OSA的标志性特征，以期为OSA相关研究提供参考。

许多哺乳动物如人类一样，会随肥胖的进展而更易患上OSA^［9］。LONERGAN等^［10］发现肥胖迷你猪存在OSA。肥胖猪在清醒期血氧饱和度与非肥胖猪无明显差异，但睡眠期血氧饱和度明显下降，夜间血氧饱和度低于90%的时间也明显多于非肥胖猪，其中又以快速眼动（rapid eye movement，REM）睡眠期氧饱和度下降更明显。HENDRICKS等^［8］发现英国斗牛犬上呼吸道解剖结构异常，存在较大的软腭和狭窄的口咽部，且睡眠时存在打鼾、轻度OSA和低血氧饱和度，REM期出现胸腹矛盾呼吸。BRENNICK等^［11］通过磁共振成像技术发现自然肥胖Zucker大鼠吸气时咽部气道横截面积与侧向气道扩张均减小，同时舌头脂肪浸润增加，舌体明显增大增厚，存在咽部气道狭窄和气道塌陷性增加的OSA危险因素。HERNANDEZ团队^［12］于2012年研发出体积描记系统，证明了新西兰肥胖小鼠存在吸气气流受限。这种系统可用于记录小鼠在睡眠和清醒期间的呼吸，且无需对小鼠进行麻醉，不对小鼠活动加以约束和限制，从而避免了麻醉对睡眠的影响。

这种模型基于动物固有的生理和解剖特征，包括肥胖、上呼吸道解剖结构异常等而无需干预，在模拟人类OSA病理特征方面具有优势，能够更贴近临床实际情况，包括胸腔内压变化和代谢紊乱等，因此更适于研究OSA的生理、遗传、代谢影响以及慢性OSA的长期影响。可以通过基因表达分析、代谢组学研究以及长期的行为和生理监测，来揭示OSA的分子机制和影响。此外，还适合研究生活方式改变（如减重、运动）如何影响OSA的病理进程。但该模型也存在一定的局限性。因为动物颌面部以及上气道畸形程度各不相同，难以完全控制变量及调节研究条件，从而建立不同严重程度的OSA模型。同时，可能无法涵盖人类OSA的所有病理特征，特别是那些与人类特有生活方式和环境因素（如饮食习惯、工作和生活压力、环境污染、社会经济状态、睡眠习惯）密切相关的特征。

直接OSA动物模型通过人工植入物、气囊充气等方法促发动物的上气道阻塞来直接模拟OSA的典型特征，如上气道狭窄或阻塞，从而较全面地再现OSA的多个方面，包括IH、SF/SD、胸内压剧烈波动和交感神经过度兴奋等。

这种方法由CROSSLAND团队^［13］于2013年在大鼠身上进行试验。气管阻塞装置是由聚乙烯-50管和硅胶管组成的套管。麻醉后，将阻塞装置植入大鼠气道，植入前后气道阻力没有明显差异。在4周内，每日在8 h睡眠周期（上午9点至下午5点）中对大鼠进行30次/h充气，每次持续10 s的处理，达到呼吸暂停的目的。这种呼吸暂停频率接近于人类患者中重度的OSA。实验中可以观察到呼吸暂停开始后，大鼠胸部运动增强；而呼吸暂停结束时，大鼠通过抬头或站立表明被唤醒。通过大鼠腹主动脉中留置导管监测血气分析，发现发生呼吸暂停事件后动脉二氧化碳分压（PaCO₂）较前上升，pH值、动脉血氧分压（PaO₂）、动脉血氧饱和度（SaO₂）均显著下降。

这种模型可以在基本不影响动物自由活动的情况下通过物理方式模拟OSA的呼吸暂停事件，稳定地诱发相同程度的上气道狭窄，易于控制呼吸暂停事件的频率和持续时间，以模拟不同严重程度的OSA。因此，这种模型更适合模拟短期OSA的急性生理效应。然而，这种模型也存在一定缺陷。首先，此模型的技术难度较大、成本较高，且为侵入性模型，动物易发生感染、疼痛以及不同程度的应激反应，影响后续实验结果和动物生存，不适合大规模研究。其次，人类OSA患者的气道阻塞主要发生于腭平面和舌平面，而不是气管，因此难以完全模拟人类的OSA。对于人类OSA患者来说，气道塌陷往往发生于吸气开始时，而在此模型中的上气道阻塞发生的时间则不确定。呼气阶段发生的呼吸暂停事件往往会带来更严重的缺氧和胸腔内负压增加。此外，由于难以进行脑电图记录，无法知晓气道阻塞期间大鼠是否处于睡眠状态以及具体的睡眠阶段，且此模型中的气道阻塞装置难以应用于体型较小的动物如小鼠，不能用于与转基因技术的交互。

KING等^［14］研究发现，当健康人整夜暴露于负压环境时会表现出反复发作的OSA和通气不足，多导睡眠监测结果显示受试者睡眠期间发生了上呼吸道阻塞。OSA患者自发性上气道阻塞是由于睡眠期间咽部跨壁压变为负压，而觉醒期间恢复为正压。此模型就是通过负压环境诱发动物的上气道塌陷。LIU等^［15］将小型猪饲养于（0.96±0.01）kPa负压箱中，每日12 h，持续6个月。结果显示实验组活动减少、鼾声强度增加、睡眠时间和呼吸频率增加，呼吸压力波形不规则。

该模型具有模拟上气道阻力增加的解剖学特点，可以更好地模拟人类OSA的生理机制。相较于其他模型，该模型操作简单、稳定、可重复，无需复杂的手术或设备操作，避免了手术带来的并发症，适合研究长期OSA的慢性影响，如心血管疾病的发展。然而，由于不同动物的呼吸道解剖结构存在差异，此模型可能无法稳定地诱发相同程度的上气道塌陷，也难以精准控制动物通气量。且负压环境可能会使动物产生一定程度的压力不适感，负压对其他系统的影响也有待全面评估。

该模型通过将填充材料（如聚四氟乙烯或液体硅胶）注入上呼吸道软组织中，如舌根、腭帆间隙、悬雍垂等，引起上气道持续狭窄，以建立OSA动物模型。LEBEK团队^［16］将20~25 μL聚四氟乙烯注入小鼠舌根，同时通过全身体积描记系统观察小鼠是否出现吸气气流受限（inspiratory flow limitation，IFL）。超声结果显示，注射聚四氟乙烯后，小鼠舌矢状面直径和横截面积均显著增加。监测结果显示，实验组小鼠清醒时IFL和呼吸暂停事件频率没有改变，而睡眠状态下显著增加。PHILIP等^［17］将液体胶原蛋白注入食蟹猴的悬雍垂、舌头以及咽外侧壁内，通过夜间PSG监测猴子的呼吸和睡眠，发现睡眠期间出现呼吸紊乱、鼻气流减少、呼吸努力和AHI显著增加，总睡眠时间、REM和Ⅱ期睡眠显著减少。

与气管置管相比，此类模型操作简单，可以同时模拟OSA患者上气道阻塞的解剖学和病理生理学的特点。该模型不仅存在自发性的IH病理生理学改变，还同时具有睡眠结构紊乱和神经肌肉兴奋性降低的改变，并可利用影像学技术及PSG评估建模和干预的效果，使结果更有说服力，适用于研究上气道的解剖和功能变化对OSA的影响。但由于动物存在个体差异，注入相同剂量的填充物引发的OSA严重程度并不一致：剂量过大易导致动物清醒时依然存在气流阻塞，且阻碍动物日常进食；若剂量过小又难以起到阻塞气道的效果，导致实验可重复性差，且可能导致动物注射部位组织水肿或严重感染，降低建模成功率与动物存活率。

该模型选择使用尿液素-2肽与沙门毒素结合的复合物注射入小鼠的双侧中脑外被盖核，从而靶向并精准破坏中脑被盖区胆碱能神经元^［18］。而胆碱能神经元投射并控制舌肌的舌下运动核，影响舌肌扩张和上气道开放，由此推测胆碱能神经元病变会导致上呼吸道塌陷，特别是在乙酰胆碱活性最高的快速眼动睡眠期间。QIAN等^［18］通过无线遥测技术，监测小鼠的脑电图、肌电图和活动节律，并利用全身体积描记系统评估小鼠呼吸功能。结果表明，在接受复合物注射的小鼠中，其清醒时呼吸功能未受显著影响，而在睡眠期间，这些小鼠的吸气峰值流量和呼气峰值流量明显下降且变异性增加，同时呼气至65%总呼气量所需时间也有所缩短，气道阻力增加；提示此动物模型中的呼吸障碍更可能是OSA，而非中枢性睡眠呼吸暂停（central sleep apnea，CSA）。此外，实验组小鼠夜间血氧饱和度有显著下降和周期性波动，这一现象与临床上睡眠呼吸障碍患者的SpO₂波动规律高度相符。同时，这些小鼠出现了明显的睡眠结构紊乱。进一步的行为学测试（如主动回避实验、Y迷宫、莫里斯水迷宫等）也表明，该动物模型可以引发明显的学习和记忆功能障碍。

与其他OSA动物模型相比，这种化学诱导的OSA小鼠模型具有明显的优势：首先，这种模型侵入性较小，无需对小鼠的呼吸道进行物理干预，因此能有效地减少手术相关的并发症；其次，这种模型具有较高的可重复性，因为所有操作均基于标准化的化学诱导程序。由于该模型可以模拟OSA的神经肌肉功能障碍，特别是在REM睡眠期间的上气道控制，更适合研究特定睡眠阶段中OSA的病理生理特征。然而，该模型也存在一定的挑战。例如：将药物准确注射入小鼠的中脑外被盖核这一操作技术性较强、复杂度较高，需要精密熟练的实验操作技巧和高端的实验设备；化学物质可能会影响多个脑区和途径，可能导致不仅限于OSA的多种生理变化；化学药物的剂量必须精确控制，否则可能影响模型的效果和安全性。

除上述模型外，还有一些模型通过间歇性阻断动物通气以模拟OSA患者睡眠时发生的上呼吸道阻塞^［19］。

给麻醉后的大鼠戴上特制的面罩，其配有2个可控的通气管，通过电子阀门周期性地模拟上气道阻塞。该模型进行60次/h的通气阻断，每次15 s，持续5 h，引起大鼠呼吸努力增加和血氧饱和度下降。

将大鼠头部置入一个带有压力和CO₂传感器的圆锥形舱内，通过开放或阻断气体供应来模拟IH。

小鼠麻醉后被放置于一个特殊装置上，其口鼻部对准一个弹性气囊。控制系统通过气囊的充气和放气周期性地模拟通气阻断。这个模型可以引起胸内负压的周期性增加和血氧饱和度周期性降低。不过，当阻塞时间达到8~10 s时，可能会导致动物因缺氧而死亡。

以上这些OSA动物模型由于设备要求高、操作难度大、控制不够精确、限制动物自由活动等原因难以应用于较复杂或较大规模的研究，目前应用已较少。

间接OSA模型则专注于模拟OSA中的特定病理生理过程，其通常通过着重模拟OSA中最有害的2个方面——IH和SF/SD来建立^［20］。这些模型不直接模拟上气道的阻塞，而是通过其他方法来研究这些特定方面对机体的影响，并探索它们在OSA病理生理过程中的作用。

IH模型是通过周期性暴露动物于低氧环境，模拟OSA患者在睡眠中反复出现的低氧情况。其主要是由间歇缺氧仓来实现的。通过气泵控制氧气、氮气、CO₂输入比例，以周期性调节低氧仓内氧气含量，实现对仓内氧气浓度的精确调节。动物在仓内可以自由活动及进食饮水。建模时，充入氮气以降低仓内氧气浓度，使动物处于缺氧环境，模拟OSA的发生，再充入氧气模拟恢复正常通气。

该模型无需麻醉且无创，可精确控制仓内气体浓度，建模过程安全可重复，是目前应用最广泛的OSA动物模型。其可以通过改变缺氧处理的时间和周期模拟不同严重程度的OSA，且适用于气管插管困难的小动物，适合进行机制性研究、长期研究以及大规模的生理和药理学研究。此外，可以探索IH如何通过氧化应激、炎症反应等机制影响全身各个系统如诱发心血管反应、改变脑功能等，以及不同干预措施（如氧疗、抗氧化剂、抗炎药物等）的保护作用。但这种模型不存在类似于人类OSA患者的上气道狭窄或塌陷，难以证明动物的神经肌肉兴奋性降低与睡眠结构紊乱。因此，更应被称为IH模型而不是OSA模型。其次，本模型中填充氮气以降低仓内氧气含量，但尚不清楚氮气浓度的变化是否会对动物产生影响，因此可能增加潜在的混杂因素，难以确定最佳气体组成。OSA患者夜间周期性呼吸暂停可能会导致PaCO₂略微升高，但该模型中低氧刺激会导致动物代偿性过度通气，PaCO₂轻度下降，这也与实际病理生理学机制不符。此外，该低氧仓模型常控制仓内氧分压曲线呈正弦样变化，即周期性去氧和复氧匀速进行，但由于OSA患者存在高环路增益的特点，随着OSA事件的增加，血氧饱和度恢复的速度将呈进行性加快，复氧所需的时间将少于低氧的时间，并不完全符合正弦样变化^［9］。大多数IH模型均是在室温（22 ℃左右）下进行的，但JUN等^［21］发现，小鼠的热中性区（26 ℃~34 ℃）远高于室温。而在较低的温度环境下，缺氧会抑制白色脂肪组织分解以及脂质摄取，使得血浆三酰甘油和低密度胆固醇水平迅速升高，这可能也会对后续实验结果产生影响。同样，此模型也难以进行脑电图等手段监测动物的睡眠状态。

SD模型是通过限制动物的睡眠时间或剥夺睡眠来模拟OSA患者常见的SF情况。这种模型可以导致睡眠障碍、昼夜节律紊乱和机体应激反应等改变。目前SD模型主要分为多平台SD模型以及强迫运动SD模型。

将多个小平台放置在装满水的水箱中，利用大鼠畏水的特性，当平台上的大鼠由于进入睡眠而全身肌张力降低时，会引起节律性低头触水并醒来^［22］。

可通过水平转盘法或轻柔刺激法实现。水平转盘法实验装置由2个并排放置的矩形透明玻璃缸和1个塑料转盘组成，缸底留置约2 cm深的水。在距离缸底5 cm处有一条缝隙，使转盘能够自由旋转进入2个玻璃缸。将动物放置在转盘上后，每当脑电图记录器监测到慢波或快波睡眠信号，装置就会使转盘旋转，阻止动物进一步进入深度睡眠，从而实现SD的效果^［23］。轻柔刺激法则通过观察动物行为或脑电图记录器监测到动物进入睡眠时，采用轻触尾巴或胡须、摇晃拍打笼子或应用声音、光线等刺激等方法促使动物保持清醒状态，从而实现SD。

这2种模型在模拟OSA患者的睡眠功能障碍尤其是睡眠质量下降方面有其价值，适合研究睡眠质量下降、睡眠结构紊乱在OSA中对认知功能、学习记忆、情绪调节和代谢疾病的影响，以及改善睡眠质量对这些疾病的治疗效果。然而，这2种模型的主要局限是它们引入了额外的应激因素，可能会混淆SD本身的效果。也可能会引起一定程度的运动剥夺效应、禁闭和固定应激，影响研究结果的准确性。值得注意的是，单纯SD一般用于失眠、抑郁、节律紊乱等研究，而不能完全模拟OSA的所有特征，应当考虑结合其他模型，如IH模型，以更全面地模拟OSA的复杂病理生理过程。动物模型中使用SD是否可以模拟OSA患者的SF尚有待进一步研究。

传统的OSA动物模型通常依赖于动脉导管留置、脑电监测、压力传感器等技术来收集生理参数。然而，这些侵入性监测手段同时也可能对动物的生理状态和自然行为产生干扰，影响实验结果的准确性和可靠性。因此，非侵入性的监测技术在未来OSA的研究中具有广阔的应用前景。

其中一种非常具有前景的非侵入性监测技术是无线传感器技术，如呼吸传感器、心电传感器、血氧饱和度传感器等。这些无线传感器可以通过无线通信技术实时采集、传输、记录动物的呼吸频率、心率、血氧饱和度等生理参数。这种技术能够提供连续、准确的生理参数，且不受连接线的限制，从而减少对动物的干扰，使得动物能够在自然环境下自由活动。同时，其体积小和便携性的特点使其可以适用于自然情况下的长期监测。目前无线传感器已应用于许多其他疾病模型，如微流体传感装置监测帕金森病小鼠模型脑脊液和血浆中的多巴胺水平^［24］、电化学传感器连续监测急性缺氧酸中毒模型中氧气浓度和pH值变化等^［25］，而鲜少应用于OSA动物模型，因此新型无线传感器如监测动物食管压力水平或胸腔内压等的开发将有助于推动OSA动物模型的完善。

另外，通过使用高速摄像机或红外热像仪等设备，也可以采集动物的运动轨迹、呼吸模式、体位变化和体温分布等信息。这种非接触性技术可以在一定程度上取代以往如电生理记录和PSG等的一些侵入性检查手段以及人工观察记录，提供更全面、精确、客观的生理参数，并能够更好地捕捉到细微的行为和生理变化，从而更全面地了解动物的行为活动、生理状态以及与OSA等疾病之间的关联。

通过采用非侵入性监测技术，能够减少对OSA动物的压力和干扰，同时提供连续、实时的生理数据。未来的OSA动物模型可以更好地反映动物在自然状态下的生理和行为特征，更准确地模拟人类OSA，并提供更可靠的数据用于研究OSA病理生理机制和评估治疗方法的有效性。例如在IH模型中，可以采用植入式微型传感器来监测心率、血氧饱和度和呼吸模式，评估IH对心血管系统的长期影响；或利用高分辨率运动捕捉系统来监测SD模型动物的睡眠姿势和活动模式，以评估睡眠质量和睡眠结构的变化。此外，非侵入性监测技术的发展还可以支持和促进长期监测和动态变化的研究，为进一步理解OSA机制提供更多的信息。

OSA作为一个复杂的全身性疾病，通常涉及多个病理机制和影响因素之间的相互作用。但传统的OSA动物模型往往聚焦于诸如上气道阻塞或睡眠剥夺等单一的病理生理过程，从而忽视了OSA是一个多因素疾病的事实。因此可以尝试建立联合模型，更加综合、全面地考虑OSA的多个病理生理机制，使模型更接近人类OSA的真实情况。

联合模型可以同时考虑诸如上气道阻塞、睡眠剥夺、肥胖、神经调控等多个病理因素，并模拟它们之间的相互作用。这样的综合模型能够更好地反映人类OSA的复杂性和多样性，有助于揭示疾病发展的动态过程和不同因素之间的关联。例如，可以使小鼠同时接受间歇性低氧仓和SD模型的处理，以考虑上气道阻塞和睡眠剥夺2个因素对OSA发生发展的影响，更全面地模拟OSA的发展过程^［26-27］。但建立和应用联合模型需要充分考虑不同病理生理过程和影响因素之间的复杂性和交互作用（表1），确保各模型的特点能够得到充分体现，同时不会因为一个模型的极端条件而掩盖另一个模型的效果，这需要通过不断的实验验证以确保其可靠性和可应用性。此外，联合模型的设计应该尽量模拟人类OSA患者的实际情况，包括病理生理过程的时间顺序和严重程度，预期展现出与人类OSA患者相似的多方面病理生理变化。这些变化包括但不限于上呼吸道阻塞、IH、睡眠结构的紊乱、神经调控的异常、心血管功能的改变以及代谢紊乱。总之，OSA联合模型的发展有助于推动OSA研究的进展，并为疾病的理解和治疗提供更全面和精确的依据。

基因编辑技术在生物医学研究中的应用正在以前所未有的速度发展。对于OSA相关的研究来说，基因编辑技术如CRISPR-Cas9可能会产生巨大影响。若研究发现某特定基因突变与OSA的发生或严重程度相关，就可以使用CRISPR-Cas9技术在动物模型中改变基因型，然后观察其与野生型动物的差异，以此更深入地了解OSA的病理生理机制，并可能揭示出新的治疗靶点。然而，目前研究尚未揭示特定引起OSA的遗传基因。尽管已发现一些基因与OSA的风险增加有关^［28-30］，但这些关联往往是复杂的，并且可能受到种族、性别、年龄、生活方式和其他环境因素的影响。虽然基因编辑技术是一种强大的工具，但其目前也存在许多挑战。例如为了全面模拟OSA，可能需要考虑到多个基因的作用，甚至对多个基因同时进行修改；需要更多的研究来优化编辑策略，确保基因编辑后的动物模型能够准确地模拟OSA的病理生理特征；基因编辑可能会产生基因互作网络的扰动或疾病表型的未预期改变；以及确保基因编辑后的伦理和安全性等。这些问题都需要在未来的研究中加以解决，也许能找到最佳的方法来创建能够全面模拟OSA的动物模型。

综上所述，尽管自然OSA动物模型在模拟病理生理特点方面有独特的优势，但由于物种限制和个体差异等原因，其实际应用受到一定限制（表1）。

间接动物模型由于其简单方便以及高度可控性等优势，目前仍是OSA研究中的主流。但其也存在无法全面反映胸腔内压变化和内环境血液酸碱度等OSA复杂特征的局限性。目前针对OSA的研究，更多的是从单一因素，比如从IH出发去描述OSA的病理损害。而完整的OSA动物模型应该模拟出呼吸暂停、IH、进行性高碳酸血症、微觉醒、睡眠剥夺和胸腔内负压增加等多种机制，以全面地了解OSA的病理生理学过程。尽管上述单一模式的IH动物模型处理在研究OSA病理生理学机制和开发新治疗方法方面也发挥了重要作用，但同时我们也需要认识到目前动物模型中仍存在的局限性。未来OSA动物模型应当尝试融合IH、SD、胸腔内压力变化和交感神经兴奋性变化等不同模型的优点，尤其是稳定可靠的自发性上气道狭窄模型与多平台睡眠剥夺模型相结合的综合模型，将有望更好地模拟OSA的特征。未来的研究需要深入探索OSA病理生理学机制，进一步完善和发展更贴近人类OSA患者实际情况的动物模型。只有这样才能更好地推动OSA相关研究和治疗进展，造福OSA患者的健康和生活质量。