Epiglottic Movements During Breathing in Humans

8/8/2019 Epiglottic Movements During Breathing in Humans

1/8

D e s p i t e i t s p r o m i n e n t l o c a t i o n a t t h e e n t r a n c e t o t h e

l a r y n g e a l a i r w a y , v e r y l i t t l e i s k n o w n a b o u t t h e f u n c t i o n o f

t h e e p i g l o t t i s . E v e n i t s r o l e i n s w a l l o w i n g , w h e r e i t h a s b e e n

r e g a r d e d a s a l i d w h i c h c l o s e s o v e r t h e g l o t t i s t o p r e v e n t

e n t r y o f f o o d i n t o t h e l o w e r r e s p i r a t o r y t r a c t , h a s b e e n

d e b a t e d f o r o v e r 1 5 0 y e a r s ( A r d r a n & K e m p , 1 9 6 7 ) . V i r t u a l l y

n o t h i n g i s k n o w n r e g a r d i n g i t s f u n c t i o n i n r e s p i r a t i o n .

U p p e r a i r w a y o b s t r u c t i o n o c c u r r i n g a t t h e l e v e l o f t h e

e p i g l o t t i s h a s b e e n o b s e r v e d i n s o m e i n d i v i d u a l s s u f f e r i n g

f r o m o b s t r u c t i v e s l e e p a p n o e a ( A n d e r s e n e t a l . 1 9 8 7 ) , c e n t r a l

a l v e o l a r h y p o v e n t i l a t i o n ( O l s e n e t a l . 1 9 9 2 ) o r c e n t r a l

n e u r o l o g i c i n j u r y ( W o o , 1 9 9 2 ) . T h u s , a b n o r m a l c o n t r o l o f

e p i g l o t t i c p o s i t i o n c a n b e a f e a t u r e o f c l i n i c a l u p p e r a i r w a y

o b s t r u c t i o n i n c e r t a i n p a t i e n t s .

W e h a v e p r e v i o u s l y r e p o r t e d r e s p i r a t o r y - r e l a t e d e l e c t r o -

m y o g r a p h i c ( E M G ) a c t i v i t y o f t h e c a n i n e h y o - e p i g l o t t i c u s

( H E ) m u s c l e , a m u s c l e r e s p o n s i b l e f o r v e n t r a l m o v e m e n t o f

t h e e p i g l o t t i s i n d o g s ( A m i s e t a l . 1 9 9 6 a ) . T h e s e f i n d i n g s

i m p l y a c t i v e c o n t r o l o f e p i g l o t t i c p o s i t i o n d u r i n g b r e a t h i n g ,

a n d a m e c h a n i s m b y w h i c h t h e e p i g l o t t i s c a n m o v e

i n d e p e n d e n t l y o f t h e l a r y n x a s a w h o l e . I n t h e h u m a n t h e r e

i s n o e q u i v a l e n t o f t h e H E m u s c l e , w h i c h h a s b e e n r e p l a c e d

b y t h e h y o - e p i g l o t t i c l i g a m e n t . H o w e v e r , t h e t h y r o - e p i g l o t t i c

m u s c l e c a n a c t a s a d e p r e s s o r o f t h e h u m a n e p i g l o t t i s ,

p u l l i n g i t d o w n w a r d s o v e r t h e l a r y n g e a l i n l e t ( L a s t , 1 9 7 8 ) .

I n a d d i t i o n , t h e a r y - e p i g l o t t i c m u s c l e s a c t a s s p h i n c t e r s o f

t h e l a r y n g e a l i n l e t a n d s e r v e t o p u l l t h e e p i g l o t t i s d o w n a n d

b r i n g i t s l o w e r h a l f i n c o n t a c t w i t h t h e a r y t e n o i d c a r t i l a g e s

( L a s t , 1 9 7 8 ) . M o v e m e n t s o f t h e h y o i d b o n e m a y a l s o m o d i f y

e p i g l o t t i c p o s i t i o n d u r i n g b r e a t h i n g a s t h e t w o s t r u c t u r e s

a r e l i n k e d b y t h e h y o - e p i g l o t t i c l i g a m e n t ( V a n d e G r a a f e t

a l . 1 9 8 4 ) . T h u s , t h e p o t e n t i a l f o r a c t i v e c o n t r o l o f e p i g l o t t i c

p o s i t i o n e x i s t s i n t h e h u m a n s p e c i e s . H o w e v e r , i t i s n o t

k n o w n i f t h e r e i s a c t i v e m o d u l a t i o n o f e p i g l o t t i c p o s i t i o n

d u r i n g b r e a t h i n g i n h u m a n s .

I n o r d e r t o e x a m i n e t h e n o r m a l m o v e m e n t s o f t h e e p i g l o t t i s

d u r i n g b r e a t h i n g w e h a v e u s e d X - r a y f l u o r o s c o p y t o i m a g e

t h e u p p e r a i r w a y o f n o r m a l i n d i v i d u a l s d u r i n g q u i e t t i d a l

a n d r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g . T h e a i m s o f t h i s s t u d y w e r e :

( 1 ) t o d e f i n e e p i g l o t t i c m o t i o n d u r i n g b r e a t h i n g i n n o r m a l

h u m a n s , ( 2 ) t o e x a m i n e t h e i n f l u e n c e o f b r e a t h i n g r o u t e

a n d r e s i s t i v e l o a d i n g o n e p i g l o t t i c m o v e m e n t a n d ( 3 ) t o

i n v e s t i g a t e w h e t h e r s u c h m o t i o n ( i f p r e s e n t ) i s a n

i n d e p e n d e n t p h e n o m e n o n o r i s l i n k e d t o m o v e m e n t s o f

r e l a t e d s t r u c t u r e s s u c h a s t h e l a r y n g e a l c a r t i l a g e s o r t h e

h y o i d b o n e .

M E T H O D S

G e n e r a l

W e u s e d X - r a y f l u o r o s c o p y t o m e a s u r e e p i g l o t t i c a n d l a r y n g e a l

d i s p l a c e m e n t s i n f o u r m a l e a n d t h r e e f e m a l e n o r m a l s u b j e c t s ( a g e

3 4 3 y e a r s , m e a n s . e . m . ) . N o n e o f t h e s u b j e c t s h a d a n y

s y m p t o m s s u g g e s t i v e o f n a s a l , u p p e r a i r w a y , s l e e p o r r e s p i r a t o r y

d i s o r d e r s . T h e p r o t o c o l w a s a p p r o v e d b y t h e W e s t e r n S y d n e y A r e a

H e a l t h S e r v i c e E t h i c s a n d R a d i a t i o n S a f e t y C o m m i t t e e s , a n d a l l

s u b j e c t s g a v e t h e i r i n f o r m e d w r i t t e n c o n s e n t .

J o u r n a l o f P h y s i o l o g y ( 1 9 9 8 ) , 5 1 2 . 1 , p p . 3 0 7 3 1 4

E p i g l o t t i c m o v e m e n t s d u r i n g b r e a t h i n g i n h u m a n s

T . C . A m i s , N . O N e i l l , E . D i S o m m a a n d J . R . W h e a t l e y

D e p a r t m e n t o f R e s p i r a t o r y M e d i c i n e , W e s t m e a d H o s p i t a l , a n d U n i v e r s i t y o f S y d n e y ,

W e s t m e a d , N S W 2 1 4 5 , A u s t r a l i a

( R e c e i v e d 2 0 M a r c h 1 9 9 8 ; a c c e p t e d a f t e r r e v i s i o n 2 2 J u n e 1 9 9 8 )

1 . U s i n g X - r a y f l u o r o s c o p y w e m e a s u r e d a n t e r o - p o s t e r i o r ( A - P ) a n d c r a n i o - c a u d a l ( C - C )

d i s p l a c e m e n t s o f t h e e p i g l o t t i c t i p ( E T ) , c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e a n d h y o i d b o n e i n s e v e n s e a t e d ,

n o r m a l h u m a n s u b j e c t s ( a g e 3 4 3 y e a r s ; m e a n s . e . m . ; 4 m a l e s , 3 f e m a l e s ) b r e a t h i n g v i a a

n a s a l m a s k o r m o u t h p i e c e w i t h ( R L ) a n d w i t h o u t ( U B ) a f i x e d r e s i s t i v e l o a d .

2 . D u r i n g U B , v i a e i t h e r m o u t h o r n o s e , t h e r e w e r e n o s i g n i f i c a n t A - P E T m o v e m e n t s . D u r i n g

R L v i a t h e n o s e t h e E T a t p e a k e x p i r a t o r y f l o w w a s 2 6 1 3 m m c r a n i a l t o i t s p o s i t i o n a t

p e a k i n s p i r a t o r y f l o w ( P < 0 0 5 , A N O V A ) . C - C m o v e m e n t s o f t h e E T c o r r e l a t e d s t r o n g l y

w i t h C - C m o v e m e n t s o f t h e c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e a n d h y o i d b o n e .

3 . T h e E T , c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e a n d h y o i d b o n e ( a t z e r o a i r f l o w ) w e r e s i t u a t e d m o r e c a u d a l l y

d u r i n g o r a l U B t h a n f o r a n y o t h e r c o n d i t i o n .

4 . W h e n p r e s e n t , e p i g l o t t i c m o v e m e n t s d u r i n g b r e a t h i n g d o n o t a p p e a r t o b e i n d e p e n d e n t o f

t h o s e o f t h e l a r y n x a n d h y o i d . F u r t h e r m o r e , e p i g l o t t i c p o s i t i o n m a y b e r e l a t e d t o t h e l e v e l o f

u p p e r a i r w a y r e s i s t a n c e .

8 0 4 8

K e y w o r d s : B r e a t h i n g , R e s p i r a t i o n , X - r a y

3 0 7

) by guest on November 11, 2010jp.physoc.orgDownloaded from J Physiol (
http://jp.physoc.org/http://jp.physoc.org/http://jp.physoc.org/


2/8

X - r a y f l u o r o s c o p y

A l a t e r a l p r o j e c t i o n o f t h e u p p e r a i r w a y w a s i m a g e d u s i n g a n X - r a y

i m a g e i n t e n s i f i e r ( B V 2 5 , P h i l i p s , N o r t h R y d e , N S W , A u s t r a l i a ) .

S u b j e c t s w e r e s e a t e d w i t h t h e r i g h t s i d e o f t h e i r h e a d a n d n e c k

f a c i n g t h e X - r a y b e a m . A 1 0 m m c o p p e r f i l t e r w a s u s e d t o r e d u c e

t h e d o s e o f r a d i a t i o n r e c e i v e d a t t h e s k i n a n d t o i m p r o v e t h e

r e s o l u t i o n o f t h e a i r c o n t r a s t i m a g e . T h e t o t a l t h y r o i d r a d i a t i o n

d o s e i n e a c h s u b j e c t w a s m e a s u r e d b y t h e r m o l u m i n e s c e n t d o s i m e t r y

u s i n g l i t h i u m f l u o r i d e c h i p s a n d w a s l e s s t h a n 0 2 9 m S v .

E x p e r i m e n t a l p r o t o c o l

E a c h s u b j e c t w a s s t u d i e d i n t h e s e a t e d p o s t u r e b r e a t h i n g v i a a t i g h t

f i t t i n g n a s a l m a s k ( S u l l i v a n n a s a l C P A P m a s k , R e s M e d , S y d n e y ,

N S W , A u s t r a l i a ) o r v i a a s t a n d a r d m o u t h p i e c e . T h e u s e o f a

s t a n d a r d m o u t h p i e c e f o r o r a l r o u t e b r e a t h i n g e n s u r e d a s t a n d a r d

a b s o l u t e d e g r e e o f m o u t h o p e n i n g b e t w e e n s u b j e c t s . I n a d d i t i o n ,

h e a d a n d n e c k p o s i t i o n w e r e k e p t c o n s t a n t t h r o u g h o u t t h e s t u d y b y

c l a m p s a t t a c h e d t o t h e n a s a l m a s k o r m o u t h p i e c e a n d b y a f i x e d

h e a d s u p p o r t . S t u d i e s w e r e p e r f o r m e d d u r i n g r e l a x e d t i d a l

b r e a t h i n g w i t h o u t a n y a d d i t i o n a l l o a d o t h e r t h a n t h e m e a s u r e m e n t

a p p a r a t u s ( u n l o a d e d b r e a t h i n g , U B ) a n d t h e n d u r i n g b r e a t h i n g v i a

a r e s i s t i v e l o a d c o m m o n t o i n s p i r a t i o n a n d e x p i r a t i o n a n d s u f f i c i e n t

t o p r o d u c e a p e a k i n s p i r a t o r y n a s a l o r m o u t h p r e s s u r e o f 1 4 7 k P a

( R L ) . M e a s u r e m e n t s w e r e o b t a i n e d d u r i n g b o t h e x c l u s i v e n a s a l a n d

e x c l u s i v e o r a l b r e a t h i n g a c h i e v e d b y o c c l u d i n g t h e a l t e r n a t i v e

p a t h w a y w i t h a t a p . T h i s a r r a n g e m e n t a l l o w e d t h e m o u t h p i e c e t o

r e m a i n i n s i t u f o r b o t h n a s a l ( m o u t h p i e c e o c c l u d e d ) a n d o r a l ( n a s a l

m a s k o c c l u d e d ) b r e a t h i n g . T h u s , j a w p o s i t i o n w a s k e p t c o n s t a n t f o r

a l l c o n d i t i o n s s t u d i e d .

I n s p i r a t o r y a n d e x p i r a t o r y o r a l o r n a s a l a i r f l o w w e r e m o n i t o r e d

w i t h p n e u m o t a c h o g r a p h s ( F l e i s c h n o . 2 ) c o u p l e d t o p r e s s u r e

t r a n s d u c e r s ( 0 9 8 k P a ; C e l e s c o , I D M I n s t r u m e n t s , D a n d e n o n g ,

V i c t o r i a , A u s t r a l i a ) a n d t h e s i g n a l s d i s p l a y e d o n a n o s c i l l o s c o p e

( M o d e l 5 1 1 , T e k t r o n i x ) . T h e f l o w s i g n a l s w e r e u s e d t o r e l a t e

e p i g l o t t i c , c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e a n d h y o i d b o n e p o s i t i o n t o t h e

p h a s e o f r e s p i r a t i o n . N a s a l m a s k p r e s s u r e o r m o u t h p r e s s u r e w a s

m e a s u r e d w i t h a p r e s s u r e t r a n s d u c e r ( 9 8 k P a , C e l e s c o ) d u r i n g

r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g .

U s i n g a n a p p r o a c h w e h a v e e m p l o y e d p r e v i o u s l y ( W h e a t l e y e t a l .

1 9 9 1 ) , t h e o s c i l l o s c o p e s c r e e n w a s i m a g e d u s i n g a v i d e o c a m e r a , t h e

o u t p u t o f w h i c h w a s m i x e d w i t h t h a t f r o m t h e i m a g e i n t e n s i f i e r ,

d i s p l a y e d o n a t e l e v i s i o n m o n i t o r , a n d s t o r e d o n v i d e o t a p e f o r

s u b s e q u e n t a n a l y s i s .


J . P h y s i o l . 5 1 2 . 1

3 0 8

F i g u r e 1 . X - r a y i m a g e o f u p p e r a i r w a y

L a t e r a l p r o j e c t i o n X - r a y i m a g e f r o m o n e s u b j e c t s h o w i n g t h e e p i g l o t t i c t i p ( E ) , h y o i d b o n e ( H ) a n d c o r n i c u l a t e

c a r t i l a g e ( C ) o f t h e l a r y n x . T h e p o s i t i o n o f t h e s e s t r u c t u r e s w a s m e a s u r e d i n t h e a n t e r o - p o s t e r i o r

( l e f t r i g h t ) a n d c r a n i o - c a u d a l ( t o p b o t t o m ) d i r e c t i o n r e l a t i v e t o t h e a n t e r o - c r a n i a l e d g e ( 0 , 0 ) o f t h e f o u r t h

c e r v i c a l v e r t e b r a ( C 4 ) . P o s i t i o n s c r a n i a l a n d a n t e r i o r t o C 4 w e r e r e g a r d e d a s p o s i t i v e w h i l e p o s i t i o n s c a u d a l

t o C 4 w e r e r e g a r d e d a s n e g a t i v e .



3/8

D a t a a n a l y s i s

T h e s i m u l t a n e o u s r e c o r d o f u p p e r a i r w a y f l u o r o s c o p i c i m a g e a n d

a i r f l o w a l l o w e d u s t o r e l a t e d i s p l a c e m e n t s o f u p p e r a i r w a y

s t r u c t u r e s t o t h e p h a s e o f r e s p i r a t i o n . A v i d e o a n a l y s e r ( m o d e l 3 2 1 ,

C o l o r a d o V i d e o ) a n d c o m p u t e r w e r e u s e d t o m e a s u r e t h e e p i g l o t t i c ,

l a r y n g e a l a n d h y o i d m o v e m e n t s d u r i n g b r e a t h i n g f r o m t h e

r e c o r d e d i m a g e s . V e r t i c a l a n d h o r i z o n t a l d i s t a n c e s o n t h e r e c o r d e d

i m a g e s w e r e c a l i b r a t e d u s i n g a s t e e l b a l l m a r k e r o f k n o w n

d i m e n s i o n s w h i c h w a s t a p e d t o t h e s u b j e c t s s k i n a n t e r i o r l y o v e r t h e

l a r y n x , a n d i n c l u d e d o n t h e f l u o r o s c o p i c i m a g e s . I n t h e l a t e r a l

p r o j e c t i o n , w e m e a s u r e d t h e a n t e r o - p o s t e r i o r ( A - P ) a n d c r a n i o -

c a u d a l ( C - C ) p o s i t i o n o f t h e e p i g l o t t i c t i p , c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e s o f

t h e l a r y n x a n d h y o i d b o n e r e l a t i v e t o t h e a n t e r o - c r a n i a l e d g e o f t h e

f o u r t h c e r v i c a l v e r t e b r a ( C 4 , F i g . 1 ) . A i r w a y d i a m e t e r a t t h e t i p o f

t h e e p i g l o t t i s w a s a l s o m e a s u r e d . M e a s u r e m e n t s w e r e m a d e a t z e r o

f l o w ( Z F ) , p e a k i n s p i r a t o r y ( P I ) a n d p e a k e x p i r a t o r y ( P E ) f l o w f o r

n a s a l a n d o r a l , u n l o a d e d a n d r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g .

D a t a w e r e c a l c u l a t e d a s t h e m e a n o f f o u r t o f i v e c o n s e c u t i v e b r e a t h s .

S t a t i s t i c a l c o m p a r i s o n s w e r e e x a m i n e d u s i n g o n e f a c t o r r e p e a t e d

m e a s u r e s a n a l y s i s o f v a r i a n c e ( A N O V A ) w i t h F i s h e r s P L S D u s e d

a s a m u l t i p l e c o m p a r i s o n t e c h n i q u e . S i m p l e l i n e a r r e g r e s s i o n a n a l y s i s

w a s u s e d t o e x a m i n e c o r r e l a t i o n s b e t w e e n e p i g l o t t i c , l a r y n g e a l a n d

h y o i d d i s p l a c e m e n t s . P < 0 0 5 w a s c o n s i d e r e d s i g n i f i c a n t .

R E S U L T S

N a s a l b r e a t h i n g

E p i g l o t t i c m o v e m e n t s . D u r i n g u n l o a d e d b r e a t h i n g v i a t h e

n o s e t h e r e w a s m i n i m a l c h a n g e i n e p i g l o t t i c t i p p o s i t i o n i n

m o s t s u b j e c t s ( F i g . 2 ) . H o w e v e r , t h e r e w a s a t e n d e n c y f o r t h e

e p i g l o t t i c t i p t o m o v e s l i g h t l y c r a n i a l l y d u r i n g i n s p i r a t i o n

a n d s l i g h t l y c a u d a l l y d u r i n g e x p i r a t i o n , s u c h t h a t , f o r t h e

g r o u p a s a w h o l e , t h e p o s i t i o n o f t h e e p i g l o t t i c t i p a t P E w a s

0 7 0 3 m m m o r e c a u d a l t h a n a t P I ( P < 0 0 5 , F i g . 4 A ) .

T h e r e w e r e n o s i g n i f i c a n t m o v e m e n t s i n t h e a n t e r o - p o s t e r i o r

d i r e c t i o n .

D u r i n g r e s i s t i v e l o a d i n g t h e r e w a s c o n s i d e r a b l e i n t e r - s u b j e c t

v a r i a b i l i t y , w i t h s o m e r e l a t i v e l y l a r g e c h a n g e s i n t h e p o s i t i o n

o f t h e e p i g l o t t i c t i p c h a r a c t e r i z e d b y c a u d a l m o v e m e n t o f

t h e e p i g l o t t i s o n i n s p i r a t i o n a n d c r a n i a l m o v e m e n t o n

e x p i r a t i o n ( F i g . 2 ) . T h u s , f o r t h e g r o u p , d u r i n g r e s i s t i v e

l o a d i n g t h e e p i g l o t t i c t i p a t P E w a s 2 6 1 3 m m c r a n i a l t o

i t s p o s i t i o n a t P I a n d 3 5 0 1 m m c r a n i a l t o i t s p o s i t i o n a t

P E d u r i n g u n l o a d e d b r e a t h i n g ( P < 0 0 5 , F i g . 4 A ) . T h e r e

w e r e n o s i g n i f i c a n t m o v e m e n t s i n t h e a n t e r o - p o s t e r i o r

d i r e c t i o n .

C o r n i c u l a t e c a r t i l a g e m o v e m e n t s . D u r i n g u n l o a d e d

b r e a t h i n g v i a t h e n o s e , t h e g r o u p m e a n p o s i t i o n o f t h e

c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e a t P E w a s 1 1 0 2 m m a n t e r i o r a n d

1 0 0 3 m m c a u d a l t o i t s p o s i t i o n a t P I ( P < 0 0 5 , F i g . 4 B ) .

T h i s w a s p r i m a r i l y b e c a u s e o f a n t e r i o r a n d c a u d a l m o v e m e n t

d u r i n g e x p i r a t i o n s u c h t h a t t h e c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e a t P E

w a s 0 9 0 3 m m a n t e r i o r t o i t s p o s i t i o n a t Z F ( P < 0 0 5 ,

F i g . 4 B ) .

E p i g l o t t i c m o v e m e n t s d u r i n g b r e a t h i n g

J . P h y s i o l . 5 1 2 . 1

F i g u r e 2 . E p i g l o t t i c t i p m o v e m e n t s d u r i n g n a s a l b r e a t h i n g

E p i g l o t t i c t i p p o s i t i o n d u r i n g u n l o a d e d b r e a t h i n g a n d b r e a t h i n g a g a i n s t a f i x e d r e s i s t i v e l o a d v i a t h e n o s e

a t p e a k i n s p i r a t o r y f l o w ( P I ) , z e r o f l o w ( Z F ) , a n d p e a k e x p i r a t o r y f l o w ( P E ) i n s e v e n n o r m a l s u b j e c t s .

D i f f e r e n t s y m b o l s r e p r e s e n t i n d i v i d u a l s u b j e c t s . E p i g l o t t i c t i p p o s i t i o n w a s m e a s u r e d i n t h e a n t e r o - p o s t e r i o r

a n d c r a n i o - c a u d a l d i r e c t i o n s ( r e l a t i v e t o C 4 ) .

3 0 9



4/8

D u r i n g r e s i s t i v e l o a d i n g , r e s u l t s w e r e m o r e v a r i a b l e w i t h

s o m e s u b j e c t s e x h i b i t i n g r e l a t i v e l y l a r g e c h a n g e s i n

c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e p o s i t i o n . T h e s e m o v e m e n t s w e r e

p a r t i c u l a r l y c h a r a c t e r i z e d b y p o s t e r i o r m o v e m e n t o f t h e

c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e s d u r i n g i n s p i r a t i o n i n m o s t s u b j e c t s .

T h u s , t h e c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e s a t P I d u r i n g r e s i s t i v e l o a d i n g

w e r e 2 5 0 4 m m a n d 1 8 0 4 m m m o r e p o s t e r i o r t h a n

a t P E a n d Z F , r e s p e c t i v e l y ( P < 0 0 5 , F i g . 4 B ) .

H y o i d m o v e m e n t s . D u r i n g u n l o a d e d b r e a t h i n g t h e r e w e r e

n o s i g n i f i c a n t m o v e m e n t s o f t h e h y o i d d e t e c t e d i n e i t h e r t h e

a n t e r o - p o s t e r i o r o r c r a n i o - c a u d a l d i r e c t i o n s . H o w e v e r , d u r i n g

r e s i s t i v e l o a d i n g t h e h y o i d m o v e d i n a c a u d a l a n d p o s t e r i o r

d i r e c t i o n i n m o s t s u b j e c t s d u r i n g i n s p i r a t i o n . F o r t h e g r o u p ,

t h e h y o i d w a s 4 2 2 2 m m c a u d a l a n d 1 5 0 6 m m

p o s t e r i o r a t P I w h e n c o m p a r e d w i t h i t s p o s i t i o n a t Z F , a n d

6 0 2 3 m m c a u d a l a n d 1 5 0 7 m m p o s t e r i o r w h e n

c o m p a r e d w i t h i t s p o s i t i o n a t P E ( P < 0 0 5 , F i g . 4 C ) .

O r a l b r e a t h i n g

E p i g l o t t i c m o v e m e n t s . D u r i n g e x c l u s i v e l y o r a l r o u t e

u n l o a d e d b r e a t h i n g , t h e r e w a s n o s i g n i f i c a n t r e s p i r a t o r y -

r e l a t e d c h a n g e i n t h e p o s i t i o n o f t h e e p i g l o t t i c t i p i n e i t h e r

t h e a n t e r o - p o s t e r i o r o r c r a n i o - c a u d a l d i r e c t i o n s ( F i g s 3 a n d

4 A ) .

D u r i n g r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g , t h e r e w a s c o n s i d e r a b l e

i n t e r - s u b j e c t v a r i a b i l i t y p a r t i c u l a r l y i n r e g a r d t o c r a n i o -

c a u d a l m o v e m e n t s . H o w e v e r , f o r t h e g r o u p , t h e r e w a s , a g a i n ,

n o s i g n i f i c a n t r e s p i r a t o r y - r e l a t e d c h a n g e i n e p i g l o t t i c t i p

p o s i t i o n d e t e c t e d ( F i g s 3 a n d 4 A ) a l t h o u g h t h e e p i g l o t t i c t i p

a t P E d u r i n g r e s i s t i v e l o a d i n g w a s 3 2 0 1 m m c r a n i a l t o

i t s p o s i t i o n a t P E d u r i n g u n l o a d e d b r e a t h i n g ( P < 0 0 5 ,

F i g . 4 A ) .

C o r n i c u l a t e c a r t i l a g e m o v e m e n t s . D u r i n g o r a l u n l o a d e d

b r e a t h i n g t h e c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e a t P I h a d m o v e d

p o s t e r i o r l y b y 1 0 0 2 m m a n d 0 8 0 2 m m c o m p a r e d

w i t h i t s p o s i t i o n a t Z F a n d P E , r e s p e c t i v e l y ( P < 0 0 5 ,

F i g . 4 B ) . T h e r e w e r e n o s i g n i f i c a n t m o v e m e n t s i n t h e c r a n i o -

c a u d a l d i r e c t i o n .

U n d e r r e s i s t i v e l o a d c o n d i t i o n s , t h e P I p o s i t i o n w a s

1 5 0 4 m m p o s t e r i o r t o t h e Z F p o s i t i o n ( P < 0 0 5 ,

F i g . 4 B ) . T h e r e w a s a l s o a s i g n i f i c a n t a n t e r i o r m o v e m e n t

d u r i n g e x p i r a t i o n s u c h t h a t t h e P E p o s i t i o n w a s

1 1 0 6 m m a n t e r i o r t o t h e Z F p o s i t i o n ( P < 0 0 5 ,

F i g . 4 B ) . M o v e m e n t s i n t h e c r a n i o - c a u d a l d i r e c t i o n w e r e

m a r k e d i n s o m e s u b j e c t s , e s p e c i a l l y d u r i n g i n s p i r a t i o n , b u t

n o c o n s i s t e n t p a t t e r n e m e r g e d .

H y o i d m o v e m e n t s . T h e r e w e r e n o s i g n i f i c a n t a n t e r o -

p o s t e r i o r o r c r a n i o - c a u d a l m o v e m e n t s o f t h e h y o i d d e t e c t e d

d u r i n g u n l o a d e d b r e a t h i n g v i a t h e m o u t h ( F i g . 4 C ) . H o w e v e r ,

d u r i n g r e s i s t i v e l o a d i n g t h e h y o i d m o v e d p o s t e r i o r l y a n d

c a u d a l l y d u r i n g i n s p i r a t i o n s u c h t h a t t h e P I p o s i t i o n w a s

1 3 0 6 m m a n d 3 5 1 7 m m p o s t e r i o r a n d c a u d a l ,

r e s p e c t i v e l y , t o t h e Z F p o s i t i o n a n d 1 5 0 6 m m a n d


J . P h y s i o l . 5 1 2 . 1

3 1 0

F i g u r e 3 . E p i g l o t t i c t i p m o v e m e n t s d u r i n g o r a l b r e a t h i n g

E p i g l o t t i c t i p p o s i t i o n d u r i n g u n l o a d e d b r e a t h i n g a n d b r e a t h i n g a g a i n s t a f i x e d r e s i s t i v e l o a d v i a t h e m o u t h

a t p e a k i n s p i r a t o r y f l o w ( P I ) , z e r o f l o w ( Z F ) , a n d p e a k e x p i r a t o r y f l o w ( P E ) i n s e v e n n o r m a l s u b j e c t s .

D i f f e r e n t s y m b o l s r e p r e s e n t i n d i v i d u a l s u b j e c t s . E p i g l o t t i c t i p p o s i t i o n w a s m e a s u r e d i n t h e a n t e r o - p o s t e r i o r

a n d c r a n i o - c a u d a l d i r e c t i o n s ( r e l a t i v e t o C 4 ) .



5/8

4 2 1 7 m m p o s t e r i o r a n d c a u d a l , r e s p e c t i v e l y , t o t h e P E

p o s i t i o n ( P < 0 0 5 , F i g . 4 C ) .

P o s i t i o n o f u p p e r a i r w a y s t r u c t u r e s a t z e r o a i r f l o w

D u r i n g n a s a l b r e a t h i n g t h e r e w a s n o s i g n i f i c a n t e f f e c t o f

r e s i s t i v e l o a d i n g ( c o m p a r e d w i t h u n l o a d e d b r e a t h i n g ) o n t h e

Z F p o s i t i o n o f t h e e p i g l o t t i c t i p , c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e o r

h y o i d b o n e . D u r i n g o r a l b r e a t h i n g t h e e p i g l o t t i c t i p a n d

h yo i d b o n e w e r e p o s i t i o n e d 2 9 1 2 m m a n d 4 3 2 1 m m ,

r e s p e c t i v e l y , m o r e c r a n i a l l y d u r i n g r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g

t h a n d u r i n g u n l o a d e d b r e a t h i n g ( P < 0 0 5 , F i g . 4 A a n d C ) .

H o w e v e r , t h e r e w a s n o s i g n i f i c a n t e f f e c t o f o r a l r e s i s t i v e

l o a d i n g o n c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e p o s i t i o n c o m p a r e d w i t h o r a l

u n l o a d e d b r e a t h i n g ( F i g . 4 B ) .

T h e r e w a s n o s i g n i f i c a n t e f f e c t o f r o u t e o f b r e a t h i n g o n t h e

p o s i t i o n o f t h e e p i g l o t t i c t i p a t Z F i n t h e a n t e r o - p o s t e r i o r

d i r e c t i o n ( F i g . 4 A ) . I n t h e c r a n i o - c a u d a l d i r e c t i o n t h e m a j o r

e f f e c t w a s a s i g n i f i c a n t ( P < 0 0 5 ) c a u d a l s h i f t i n t h e Z F

p o s i t i o n o f t h e e p i g l o t t i c t i p w i t h u n l o a d e d m o u t h b r e a t h i n g

c o m p a r e d w i t h u n l o a d e d n a s a l b r e a t h i n g ( F i g . 4 A ) . H o w e v e r ,

w h e n t h e r e s i s t i v e l o a d w a s a p p l i e d d u r i n g m o u t h b r e a t h i n g ,

t h e e p i g l o t t i c t i p Z F p o s i t i o n w a s s i m i l a r t o t h a t d u r i n g t i d a l

n a s a l b r e a t h i n g . T h e r e w a s n o s i g n i f i c a n t e f f e c t o f r o u t e o f

b r e a t h i n g o n t h e Z F p o s i t i o n o f t h e c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e s

( F i g . 4 B ) . F o r t h e h y o i d , t h e m a j o r e f f e c t w a s a s i g n i f i c a n t

c a u d a l s h i f t o f t h e Z F p o s i t i o n d u r i n g u n l o a d e d b r e a t h i n g

v i a t h e m o u t h w h e n c o m p a r e d w i t h a n y o t h e r c o n d i t i o n

( F i g . 4 C ) .

B r e a t h i n g r o u t e : a i r w a y d i a m e t e r a t e p i g l o t t i c t i p

G r o u p m e a n d a t a f o r a i r w a y d i a m e t e r a t t h e e p i g l o t t i c t i p

a r e s h o w n i n F i g . 5 A a n d B . T h e r e w a s n o s i g n i f i c a n t e f f e c t

o f p h a s e o f r e s p i r a t i o n ( i . e . P I , Z F , P E ) o n u p p e r a i r w a y

d i a m e t e r m e a s u r e d a t t h e e p i g l o t t i c t i p d u r i n g e i t h e r

u n l o a d e d o r r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g v i a t h e n o s e o r m o u t h

( F i g . 5 A a n d B ) .

T h e a i r w a y d i a m e t e r a t t h e e p i g l o t t i c t i p a t P I w a s

u n a f f e c t e d b y t h e r o u t e o f b r e a t h i n g o r b y r e s i s t i v e l o a d i n g .


J . P h y s i o l . 5 1 2 . 1

F i g u r e 4 . E p i g l o t t i c m o v e m e n t s d u r i n g b r e a t h i n g

G r o u p m e a n d a t a f o r a n t e r o - p o s t e r i o r a n d c r a n i o - c a u d a l

c o _ o r d i n a t e s ( r e l a t i v e t o C 4 ) f o r t h e e p i g l o t t i c t i p ( A ) , c o r n i c u l a t e

c a r t i l a g e ( B ) a n d h y o i d b o n e ( C ) d u r i n g e a c h b r e a t h i n g c o n d i t i o n ,

t o g e t h e r w i t h r e s u l t a n t i n s p i r a t o r y ( I ) a n d e x p i r a t o r y ( E )

d i s p l a c e m e n t v e c t o r s . S h o w n a r e t h e z e r o f l o w ( Z F ) p o s i t i o n

c o _ o r d i n a t e s ( 0

, U B m o u t h ;

, U B n o s e ; 1

, R L m o u t h ;

, R L

n o s e ) t o g e t h e r w i t h t h o s e r e s u l t a n t d i s p l a c e m e n t v e c t o r s h a v i n g a

s i g n i f i c a n t ( P < 0 0 5 a n t e r o - p o s t e r i o r a n d o r c r a n i o - c a u d a l

d i s p l a c e m e n t c o m p o n e n t d u r i n g b r e a t h i n g ( i . e . s i g n i f i c a n t

d i f f e r e n c e b e t w e e n Z F a n d P E o r P I p o s i t i o n s o r b e t w e e n P I a n d

P E p o s i t i o n s ) . S e e t e x t f o r d i s c u s s i o n . U B , u n l o a d e d b r e a t h i n g ;

R L , r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g . C l o s e d a r r o w h e a d s , m o v e m e n t s

d u r i n g n a s a l b r e a t h i n g ; o p e n a r r o w h e a d s , m o v e m e n t s d u r i n g

m o u t h b r e a t h i n g .

3 1 1



6/8

A t Z F t h e a i r w a y d i a m e t e r w a s s m a l l e s t d u r i n g u n l o a d e d

b r e a t h i n g v i a t h e m o u t h ( 8 8 0 8 m m ) a n d l a r g e s t d u r i n g

r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g v i a t h e n o s e ( 1 0 7 1 0 m m ,

P < 0 0 5 ) . A t P E t h e a i r w a y d i a m e t e r d u r i n g o r a l b r e a t h i n g

w a s s i g n i f i c a n t l y g r e a t e r d u r i n g r e s i s t i v e l o a d i n g t h a n d u r i n g

u n l o a d e d b r e a t h i n g ( F i g . 5 B ) . F u r t h e r m o r e , a t P E t h e

a i r w a y d i a m e t e r a t t h e e p i g l o t t i c t i p w a s g r e a t e s t d u r i n g

r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g v i a t h e n o s e ( 1 0 7 0 9 m m ) a n d

l e a s t w i t h u n l o a d e d b r e a t h i n g v i a t h e m o u t h ( 8 6 0 7 m m ) .

R e l a t i o n s h i p o f e p i g l o t t i c m o v e m e n t s t o t h o s e o f o t h e r

s t r u c t u r e s

T h e o n l y s i g n i f i c a n t g r o u p m e a n e p i g l o t t i c t i p m o v e m e n t s

d e t e c t e d i n t h e p r e s e n t s t u d y w e r e i n t h e c r a n i o - c a u d a l

p l a n e a n d r e l a t e d t o t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e e p i g l o t t i c

p o s i t i o n a t P I a n d t h a t a t P E f o r n a s a l b r e a t h i n g . D u r i n g

r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g v i a t h e n o s e , t h i s d i f f e r e n c e w a s

f o u n d , s t r o n g l y a n d p o s i t i v e l y , t o c o r r e l a t e w i t h b o t h

c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e a n d h y o i d m o v e m e n t s i n t h e s a m e

p l a n e ( b o t h r > 0 8 4 , w h e r e r i s t h e c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t ,

P < 0 0 2 ) . W h e n t h e i n s p i r a t o r y a n d e x p i r a t o r y m o v e m e n t s

w e r e c o n s i d e r e d i n d i v i d u a l l y f o r t h i s c o n d i t i o n ( i . e . P I Z F

a n d P E Z F ) , t h e s t r o n g e s t c o r r e l a t i o n d u r i n g i n s p i r a t i o n

w a s w i t h c r a n i o - c a u d a l m o v e m e n t s o f t h e h y o i d b o n e

( r = 0 9 6 , P < 0 0 0 0 1 ) , a l t h o u g h a s t r o n g c o r r e l a t i o n w i t h

c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e m o v e m e n t w a s a l s o f o u n d ( r = 0 9 1 ,

P = 0 0 0 2 ) . D u r i n g e x p i r a t i o n , c r a n i o - c a u d a l e p i g l o t t i c

m o v e m e n t s c o r r e l a t e d w i t h c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e m o v e m e n t s

( r = 0 8 0 , P < 0 0 3 ) ( b u t n o t h y o i d ) i n t h e s a m e p l a n e .

D I S C U S S I O N

T h e p r i n c i p a l f i n d i n g s i n t h i s s t u d y w e r e t h a t i n s e a t e d

n o r m a l s u b j e c t s : ( 1 ) t h e r e w a s m i n i m a l ( e s p e c i a l l y i n t h e

a n t e r o - p o s t e r i o r d i r e c t i o n ) m o v e m e n t o f t h e e p i g l o t t i c t i p

d u r i n g u n l o a d e d b r e a t h i n g v i a n o s e o r m o u t h ; h o w e v e r ,

( 2 ) s o m e i n d i v i d u a l s d e m o n s t r a t e d r e l a t i v e l y l a r g e c r a n i o -

c a u d a l e p i g l o t t i c m o v e m e n t s d u r i n g r e s i s t i v e l o a d e d

b r e a t h i n g v i a e i t h e r r o u t e , a l t h o u g h t h i s w a s m o r e m a r k e d

f o r n a s a l r o u t e b r e a t h i n g . I n a d d i t i o n , u p p e r a i r w a y d i a m e t e r

a t t h e e p i g l o t t i c t i p d i d n o t c h a n g e d u r i n g e i t h e r n o s e o r

m o u t h b r e a t h i n g , b u t w a s s m a l l e s t d u r i n g o r a l u n l o a d e d

b r e a t h i n g a n d l a r g e s t d u r i n g r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g v i a

t h e n o s e .

T h e c r a n i o - c a u d a l m o v e m e n t s o f t h e e p i g l o t t i c t i p , d e t e c t e d

d u r i n g n a s a l b r e a t h i n g , c o r r e l a t e d s t r o n g l y a n d p o s i t i v e l y

w i t h b o t h c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e a n d h y o i d b o n e m o v e m e n t s

i n t h e s a m e p l a n e . A n o t h e r f i n d i n g w a s t h a t w i t h o r a l r o u t e

u n l o a d e d b r e a t h i n g a l l t h r e e u p p e r a i r w a y s t r u c t u r e s a t Z F

w e r e p o s i t i o n e d s u b s t a n t i a l l y c a u d a l t o t h e i r p o s i t i o n d u r i n g

n a s a l b r e a t h i n g . A d d i n g a r e s i s t i v e l o a d t o t h e o r a l p a t h w a y

r e s u l t e d i n a r e p o s i t i o n i n g o f t h e s e s t r u c t u r e s t o t h e n a s a l

r o u t e b r e a t h i n g p o s i t i o n .

P r e v i o u s s t u d i e s u s i n g t h e s a m e m e a s u r e m e n t a p p r o a c h a s

t h e p r e s e n t s t u d y ( C o l l e t t e t a l . 1 9 8 6 ; W h e a t l e y e t a l . 1 9 9 1 )

h a v e e s t i m a t e d t h e a c c u r a c y o f t h e t e c h n i q u e t o b e o f t h e

o r d e r o f 0 8 t o 1 2 m m . T h u s , w e w e r e p r o b a b l y u n a b l e t o

d i s t i n g u i s h d i s p l a c e m e n t s o f l e s s t h a n 1 m m . I n t h e p r e s e n t


J . P h y s i o l . 5 1 2 . 1

3 1 2

F i g u r e 5 . A i r w a y d i a m e t e r a t e p i g l o t t i c t i p

B a r g r a p h s h o w i n g m e a n d a t a ( + 1 s . e . m . ) f o r a i r w a y d i a m e t e r

m e a s u r e d a t t h e e p i g l o t t i c t i p i n s e v e n n o r m a l s u b j e c t s d u r i n g n a s a l

( A ) a n d o r a l r o u t e ( B ) b r e a t h i n g . D a t a f o r u n l o a d e d b r e a t h i n g ( )

a n d r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g ( 4 ) a r e s h o w n f o r p e a k i n s p i r a t o r y

f l o w ( P I ) , z e r o f l o w ( Z F ) , a n d p e a k e x p i r a t o r y f l o w ( P E ) c o n d i t i o n s .

* P < 0 0 5 c o m p a r e d w i t h Z F n a s a l r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g

( A ) ; P < 0 0 5 c o m p a r e d w i t h P E n a s a l u n l o a d e d a n d r e s i s t i v e

l o a d e d b r e a t h i n g ( A ) a n d o r a l r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g ( B ) .



7/8

s t u d y , t h e d i s p l a c e m e n t s m e a s u r e d d u r i n g u n l o a d e d

b r e a t h i n g w e r e o f t h i s o r d e r a n d w e r e t h u s a t t h e l i m i t o f

t h e r e s o l u t i o n o f t h e t e c h n i q u e . H o w e v e r , d u r i n g r e s i s t i v e

l o a d i n g , d i s p l a c e m e n t s w e r e 1 3 6 0 t i m e s t h i s d i s t a n c e a n d

w e r e t h u s e a s i l y w i t h i n t h e m e a s u r e m e n t a b i l i t y o f o u r

a p p r o a c h . M o v e m e n t o f t h e h e a d a n d n e c k o f t h e s u b j e c t

d u r i n g t h e s t u d y i s a n o t h e r p o t e n t i a l s o u r c e o f e r r o r .

H o w e v e r , s u b j e c t s w e r e p o s i t i o n e d w i t h t h e b a c k o f t h e i r

h e a d s i n c o n t a c t w i t h a r i g i d b o a r d a n d i n s t r u c t e d t o

m a i n t a i n p o s i t i o n c o n s t a n t t h r o u g h o u t t h e s t u d y . I n a d d i t i o n ,

t h e c o n n e c t i o n s t o t h e n a s a l m a s k w e r e s u f f i c i e n t l y r i g i d t o

r e s t r i c t a n y h e a d m o v e m e n t . F i n a l l y , n o e v i d e n c e o f s u b j e c t

m o v e m e n t w a s d e t e c t e d o n a n y o f t h e v i d e o t a p e i m a g e s ,

s u g g e s t i n g t h a t m o v e m e n t w a s a n u n l i k e l y s o u r c e o f e r r o r .

J a w p o s i t i o n i s a n o t h e r p o t e n t i a l i n f l u e n c e o n t h e p o s i t i o n o f

u p p e r a i r w a y s t r u c t u r e s ; h o w e v e r , t h i s w a s h e l d c o n s t a n t f o r

a l l c o n d i t i o n s b y h a v i n g a s t a n d a r d m o u t h p i e c e i n p l a c e

t h r o u g h o u t t h e s t u d y .

I n a c o m p a r a t i v e a n a t o m i c a l s t u d y , N e g u s ( 1 9 2 7 ) c o n c l u d e d

t h a t t h e e p i g l o t t i s w a s n o t n e c e s s a r y f o r d e g l u t i t i o n ,

r e s p i r a t i o n o r p h o n a t i o n . H e s u g g e s t e d t h a t t h e r o l e o f t h e

e p i g l o t t i s w a s t o p r e s e r v e n a s a l a i r f l o w w h i l e t h e m o u t h w a s

o p e n ( a s o c c u r s d u r i n g f e e d i n g ) a n d t h u s a l l o w o l f a c t o r y

s e n s i n g o f i n h a l e d g a s t o c o n t i n u e w h i l s t t h e o r a l r o u t e w a s

u s e d f o r e a t i n g p u r p o s e s . T h i s a r r a n g e m e n t w o u l d s e e m o f

c o n s i d e r a b l e a d v a n t a g e t o g r a z i n g a n i m a l s s i n c e o l f a c t o r y

d e t e c t i o n o f p r e d a t o r s c a n t h e n c o n t i n u e d u r i n g f e e d i n g .

C o n s e q u e n t l y , t y p i c a l m a m m a l i a n u p p e r a i r w a y a n a t o m y

( f o u n d i n c a r n i v o r e s , u n g u l a t e s a n d n o n - h u m a n p r i m a t e s )

p l a c e s t h e e p i g l o t t i s d o r s a l t o t h e s o f t p a l a t e , t h u s d i r e c t i n g

a i r f l o w t o a n d f r o m t h e n a s o p h a r y n x w h i l e s e p a r a t i n g t h e

r e s p i r a t o r y a n d f e e d i n g p a s s a g e s i n t h e u p p e r a i r w a y . I n

e f f e c t , t h i s a n a t o m i c a l a r r a n g e m e n t l o c k s t h e l a r y n g e a l

a i r w a y i n t o t h e n a s o p h a r y n g e a l a i r w a y d u r i n g f e e d i n g a n d

p r e v e n t s o r a l r o u t e b r e a t h i n g .

T h i s a n a t o m i c a l a r r a n g e m e n t i s f o u n d i n t h e h u m a n i n f a n t

u p t o a b o u t 6 m o n t h s o f a g e , f o l l o w i n g w h i c h c o n t a c t

b e t w e e n t h e s o f t p a l a t e a n d e p i g l o t t i s i s l o s t ( S a s a k i e t a l .

1 9 7 7 ) . T h i s m o d i f i c a t i o n o f n e o n a t a l u p p e r a i r w a y a n a t o m y

d u r i n g g r o w t h i s t h o u g h t t o b e r e l a t e d t o t h e d e v e l o p m e n t

o f p h o n a t o r y a b i l i t y b y a l l o w i n g t h e p h a r y n x t o p a r t i c i p a t e

i n s p e e c h p r o d u c t i o n ( L a i t m a n e t a l . 1 9 7 7 ) . I n t h e i r

c o m p a r a t i v e s t u d y o f t h e h u m a n a n d m o n k e y e p i g l o t t i s

L a i t m a n e t a l . ( 1 9 7 7 ) c o n c l u d e d t h a t t h e f u n c t i o n o f t h e

e p i g l o t t i s w a s t o g u i d e t h e l a r y n x u p w a r d l y b e h i n d t h e s o f t

p a l a t e s o i t c a n l o c k i n t o t h e n a s o p h a r y n x a n d p r e s e r v e

n a s a l r o u t e b r e a t h i n g .

B o t h N e g u s ( 1 9 2 7 ) a n d F i n k e t a l . ( 1 9 7 9 ) s p e c u l a t e d t h a t

e p i g l o t t i c s h a p e a n d p o s i t i o n m a y r e f l e c t a d a p t a t i o n f o r t h e

h i g h v e n t i l a t o r y r a t e s a s s o c i a t e d w i t h e x e r c i s e , i m p l y i n g

t h a t e p i g l o t t i c p o s i t i o n m a y m o d i f y u p p e r a i r w a y r e s i s t a n c e .

I n t h e p r e s e n t s t u d y w e w e r e u n a b l e t o d e m o n s t r a t e a n y

c o n s i s t e n t a n d s i g n i f i c a n t e p i g l o t t i c m o v e m e n t s i n t h e

a n t e r o - p o s t e r i o r d i r e c t i o n d u r i n g u n l o a d e d o r r e s i s t i v e

l o a d e d b r e a t h i n g v i a e i t h e r n o s e o r m o u t h . C o n s i s t e n t w i t h

t h i s f i n d i n g w a s t h e l a c k o f a n y c h a n g e i n t h e d i a m e t e r ( a t

t h e e p i g l o t t i c t i p ) o f t h e u p p e r a i r w a y d u r i n g b r e a t h i n g .

T h e s e r e s u l t s s u g g e s t t h a t e p i g l o t t i c m o v e m e n t s i n t h i s

p l a n e a r e n o t r e c r u i t e d , e i t h e r b e c a u s e t h e m e c h a n i s m s d o

n o t e x i s t o r b e c a u s e t h e y w e r e n o t a c t i v a t e d b y t h e s t i m u l u s

i m p o s e d . T h i s c o n t r a s t s w i t h o u r f i n d i n g s i n d o g s ( A m i s e t

a l . 1 9 9 6 b ) , w h e r e n e g a t i v e u p p e r a i r w a y p r e s s u r e ( s i m i l a r t o

t h e p e a k l e v e l s a c h i e v e d i n t h e p r e s e n t s t u d y ) r e s u l t e d i n

s u b s t a n t i a l r e c r u i t m e n t o f i n s p i r a t o r y h y o - e p i g l o t t i c u s

m u s c l e a c t i v i t y , l a r g e v e n t r a l m o v e m e n t s o f t h e e p i g l o t t i s

a n d a f a l l i n u p p e r a i r w a y r e s i s t a n c e .

T h e m a j o r e p i g l o t t i c m o v e m e n t s d e t e c t e d i n t h e p r e s e n t

s t u d y w e r e i n t h e c r a n i o - c a u d a l d i r e c t i o n d u r i n g n a s a l

b r e a t h i n g , w i t h s o m e i n d i v i d u a l s d e m o n s t r a t i n g r e l a t i v e l y

l a r g e d i s p l a c e m e n t s . T h e s e m o v e m e n t s s t r o n g l y c o r r e l a t e d

w i t h d i s p l a c e m e n t s o f t h e w h o l e l a r y n x ( a s m e a s u r e d b y

c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e p o s i t i o n ) a n d w i t h m o v e m e n t s o f t h e

h y o i d b o n e . I n t h e p r e s e n t s t u d y c r a n i o - c a u d a l m o v e m e n t s

of t h e c o r n i c u l a t e c a r t i l a g e w e r e o f a b o u t t h e s a m e m a g n i t u d e

a s t h o s e f o r t h e e p i g l o t t i c t i p b u t w e r e m o r e v a r i a b l e a n d d i d

n o t a c h i e v e s i g n i f i c a n c e .

A f e a t u r e o f t h e r e s u l t s i n t h e p r e s e n t s t u d y w a s t h e e f f e c t

o f r o u t e o f b r e a t h i n g a n d r e s i s t i v e l o a d i n g o n t h e o v e r a l l

p o s i t i o n a n d m o v e m e n t o f t h e u p p e r a i r w a y s t r u c t u r e s t h a t

w e e x a m i n e d . I n p a r t i c u l a r , i t w a s e v i d e n t t h a t , i n

c o m p a r i s o n t o n a s a l r o u t e b r e a t h i n g , o r a l r o u t e b r e a t h i n g

w a s a s s o c i a t e d w i t h : ( 1 ) a m u c h m o r e c a u d a l p o s i t i o n o f

t h e s e s t r u c t u r e s a t Z F , a n d ( 2 ) n o c o n s i s t e n t r e s p i r a t o r y -

r e l a t e d m o v e m e n t s o f t h e e p i g l o t t i s . H o w e v e r , t h i s r e s u l t

m a y n o t b e d u e t o t h e u s e o f t h e o r a l r o u t e f o r b r e a t h i n g

a l o n e , b u t r a t h e r t o t h e l e v e l o f u p p e r a i r w a y r e s i s t a n c e ,

s i n c e a d d i t i o n o f a r e s i s t i v e l o a d t o t h e o r a l r o u t e r e t u r n e d

t h e r e s t i n g u p p e r a i r w a y t o i t s n a s a l r o u t e c o n f i g u r a t i o n ,

a l t h o u g h i t d i d n o t r e s t o r e t h e b r e a t h i n g - r e l a t e d m o v e m e n t s

( s e e F i g . 4 ) . F u r t h e r s t u d i e s i n w h i c h o r a l a n d n a s a l r o u t e

r e s i s t a n c e s a r e m e a s u r e d a n d v a r i e d i n r e l a t i o n t o o n e

a n o t h e r i n a k n o w n m a n n e r a r e r e q u i r e d t o c o n f i r m t h i s

h y p o t h e s i s .

I t i s a l s o n o t p o s s i b l e f r o m t h e p r e s e n t s t u d y t o d i s t i n g u i s h

b e t w e e n a c t i v e a n d p a s s i v e m e c h a n i s m s r e s p o n s i b l e f o r t h e

p o s i t i o n a n d m o v e m e n t o f t h e s t r u c t u r e s e x a m i n e d . T h u s ,

f o r e x a m p l e , t h e e f f e c t s o f c a u d a l t r a c t i o n o n t h e t r a c h e a

d u r i n g i n s p i r a t i o n ( V a n d e G r a a f f , 1 9 9 1 ) m a y h a v e

c o n t r i b u t e d t o c a u d a l m o v e m e n t o f t h e e p i g l o t t i c t i p d u r i n g

r e s i s t i v e l o a d i n g a n d n a s a l b r e a t h i n g ; h o w e v e r , s o m a y h a v e

i n s p i r a t o r y c o n t r a c t i o n o f i n f r a h y o i d m u s c l e s ( v a n L u n t e r e n

& S t r o h l , 1 9 8 8 ) . F u r t h e r m o r e , t h e l a c k o f c o n s i s t e n t

e p i g l o t t i c t i p m o v e m e n t s d u r i n g m o u t h b r e a t h i n g i m p l i e s

r e c r u i t m e n t o f a n o p p o s i n g f o r c e t o b o t h o f t h e s e p r o c e s s e s .

C o n s e q u e n t l y , f u r t h e r s t u d i e s w i l l a l s o b e r e q u i r e d t o d e f i n e

t he p r e c i s e m e c h a n i s m s i n v o l v e d i n d e t e r m i n i n g t h e p o

s i t i o n

o f t h e e p i g l o t t i s d u r i n g b r e a t h i n g .

W e c o n c l u d e t h a t t h e r e i s l i t t l e r e s p i r a t o r y - r e l a t e d m o v e m e n t

o f t h e h u m a n e p i g l o t t i s d u r i n g u n l o a d e d b r e a t h i n g . H o w e v e r ,

i n d i v i d u a l s u b j e c t s m a y a d o p t d i f f e r e n t s t r a t e g i e s d u r i n g

r e s i s t i v e l o a d e d b r e a t h i n g , e s p e c i a l l y v i a t h e n o s e , r e s u l t i n g


J . P h y s i o l . 5 1 2 . 1

3 1 3



8/8

i n c r a n i o - c a u d a l d i s p l a c e m e n t s o f t h e e p i g l o t t i s . O r a l r o u t e

b r e a t h i n g r e s u l t s i n a m o r e c a u d a l p o s i t i o n i n g o f t h e

e p i g l o t t i s a n d l e s s c o n s i s t e n t r e s p i r a t o r y - r e l a t e d m o v e m e n t s .

I n a d d i t i o n , w h e n p r e s e n t , e p i g l o t t i c m o v e m e n t s d u r i n g

b r e a t h i n g d o n o t a p p e a r t o b e i n d e p e n d e n t o f t h o s e o f t h e

l a r y n x a n d h y o i d . A l t h o u g h r o u t e o f b r e a t h i n g m o d i f i e s t h e

p o s i t i o n o f t h e e p i g l o t t i s , w e s p e c u l a t e t h a t t h i s p h e n o m e n o n

m a y b e r e l a t e d t o t h e l e v e l o f u p p e r a i r w a y r e s i s t a n c e t o

a i r f l o w .

A m i s , T . C . , O N e i l l , N . , V a n d e r T o u w , T . & B r a n c a t i s a n o , A .

( 1 9 9 6 a ) . M e c h a n i s m s o f o r o n a s a l a i r f l o w p a r t i t i o n i n g i n d o g s .

R e s p i r a t i o n P h y s i o l o g y 1 0 4 , 1 6 9 1 7 7 .

A m i s , T . C . , O N e i l l , N . , V a n d e r T o u w , T . & B r a n c a t i s a n o , A .

( 1 9 9 6 b ) . C o n t r o l o f e p i g l o t t i c p o s i t i o n i n d o g s : r o l e o f n e g a t i v e u p p e r

a i r w a y p r e s s u r e . R e s p i r a t i o n P h y s i o l o g y 1 0 5 , 1 8 7 1 9 4 .

A n d e r s e n , A . P . D . , A l v i n g , J . , L i l d h o l t , T . & W u l f f , C . H .

( 1 9 8 7 ) . O b s t r u c t i v e s l e e p a p n o e a i n i t i a t e d b y a l a x e p i g l o t t i s . A

c o n t r a i n d i c a t i o n f o r c o n t i n u o u s p o s i t i v e a i r w a y p r e s s u r e . C h e s t 9 1 ,

6 2 1 6 2 3 .

A r d r a n , G . M . & K e m p , F . H . ( 1 9 6 7 ) . T h e m e c h a n i s m o f t h e l a r y n x .

I I . T h e e p i g l o t t i s a n d c l o s u r e o f t h e l a r y n x . B r i t i s h J o u r n a l o f

R a d i o l o g y 4 0 , 3 7 2 3 8 9 .

C o l l e t t , P . W . , B r a n c a t i s a n o , A . P . & E n g e l , L . A . ( 1 9 8 6 ) . U p p e r

a i r w a y d i m e n s i o n s a n d m o v e m e n t s i n b r o n c h i a l a s t h m a . A m e r i c a n

R e v i e w o f R e s p i r a t o r y D i s e a s e 1 3 3 , 1 1 4 3 1 1 4 9 .

F i n k , B . R . , M a r t i n , R . W . & R o h r m a n n , C . A . ( 1 9 7 9 ) .

B i o m e c h a n i c s o f t h e h u m a n e p i g l o t t i s . A c t a O t o l a r n g o l o g y 8 7 ,

5 5 4 5 5 9 .

L a i t m a n , J . T . , C r e l i n , E . S . & C o n l o g u e , G . J . ( 1 9 7 7 ) . T h e f u n c t i o n

o f t h e e p i g l o t t i s i n m o n k e y a n d m a n . Y a l e J o u r n a l o f B i o l o g y a n d

M e d i c i n e 5 0 , 4 3 4 8 .

L a s t , R . J . ( 1 9 7 8 ) . A n a t o m y R e g i o n a l a n d A p p l i e d , 6 t h e d n ,

p p . 4 2 4 4 2 5 . C h u r c h i l l L i v i n g s t o n e , L o n d o n .

N e g u s , V . E . ( 1 9 2 7 ) . T h e f u n c t i o n o f t h e e p i g l o t t i s . J o u r n a l o f

A n a t o m y 6 2 , 1 8 .

O l s e n , T . S . , W o o d s o n , G . E . & H e l d t , G . P . ( 1 9 9 2 ) . U p p e r a i r w a y

f u n c t i o n i n O n d i n e s C u r s e . A r c h i v e s o f O t o l a r y n g o l o g y H e a d a n d

N e c k S u r g e r y , 1 1 8 , 3 1 0 3 1 2 .

S a s a k i , C . T . , L e v i n e , P . A . , L a i t m a n , J . T . & C r e l i n , E . S . ( 1 9 7 7 ) .

P o s t n a t a l d e s c e n t o f t h e e p i g l o t t i s i n m a n . A p r e l i m i n a r y r e p o r t .

A r c h i v e s o f O t o l a r y n g o l o g y 1 0 3 , 1 6 9 1 7 1 .

V a n d e G r a a f , W . B . ( 1 9 9 1 ) . T h o r a c i c t r a c t i o n o n t h e t r a c h e a :

m e c h a n i s m s a n d m a g n i t u d e . J o u r n a l o f A p p l i e d P h y s i o l o g y 7 0 ,

1 3 2 8 1 3 3 6 .

V a n d e G r a a f f , W . B . , G o t t f r i e d , S . B . , M i t r a , J . , v a n

L u n t e r e n , E . , C h e r n i a k , N . S . & S t r o h l , K . P . ( 1 9 8 4 ) .

R e s p i r a t o r y f u n c t i o n o f h y o i d m u s c l e s a n d h y o i d a r c h . J o u r n a l o f

A p p l i e d P h y s i o l o g y : R e s p i r a t o r y E n v i r o n m e n t a l E x e r c i s e P h y s i o l o g y

5 7 , 1 9 7 2 0 4 .

v a n L u n t e r e n , E . & S t r o h l , K . P . ( 1 9 8 8 ) . S t r i a t e d r e s p i r a t o r y

m u s c l e s o f t h e u p p e r a i r w a y s . I n R e s p i r a t o r y F u n c t i o n o f t h e U p p e r

A i r w a y , e d . M a t h e w , O . P . & S a n t A m b r o g i o , G . , p p . 8 7 1 2 3 .

D e k k e r , N e w Y o r k .

W h e a t l e y , J . R . , K e l l y , W . T . , T u l l y , A . & E n g e l , L . A . ( 1 9 9 1 ) .

P r e s s u r e d i a m e t e r r e l a t i o n s h i p s o f t h e u p p e r a i r w a y i n a w a k e

s u p i n e s u b j e c t s . J o u r n a l o f A p p l i e d P h y s i o l o g y 7 0 , 2 2 4 2 2 2 5 1 .

W o o , P . ( 1 9 9 2 ) . A c q u i r e d l a r y n g o m a l a c i a : e p i g l o t t i s p r o l a p s e a s a

c a u s e o f a i r w a y o b s t r u c t i o n . A n n a l s o f O t o l o g y R h i n o l o g y a n d

L a r y n g o l o g y 1 0 1 , 3 1 4 3 2 0 .

A c k n o w l e d g e m e n t s

T h i s s t u d y w a s s u p p o r t e d b y t h e N a t i o n a l H e a l t h a n d M e d i c a l

R e s e a r c h C o u n c i l o f A u s t r a l i a a n d b y a H a r r y W i n d s o r R e s e a r c h

G r a n t f r o m t h e C o m m u n i t y H e a l t h a n d A n t i - T u b e r c u l o s i s

A s s o c i a t i o n o f N e w S o u t h W a l e s . T h e a u t h o r s w o u l d l i k e t o t h a n k

t h e D e p a r t m e n t o f R a d i o l o g y a t W e s t m e a d H o s p i t a l f o r t e c h n i c a l

a s s i s t a n c e w i t h t h e f l u o r o s c o p y a n d M i c h a e l R y n n f o r a s s i s t a n c e

w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r s o f t w a r e .

C o r r e s p o n d i n g a u t h o r

T . C . A m i s : D e p a r t m e n t o f R e s p i r a t o r y M e d i c i n e , W e s t m e a d

H o s p i t a l , W e s t m e a d N S W 2 1 4 5 , A u s t r a l i a .

E m a i l : t e r e n c e a @ w e s t g a t e . w h . u s y d . e d u . a u


J . P h y s i o l . 5 1 2 . 1

3 1 4


Documents

Epiglottic Movements During Breathing in Humans