Bezdech senny centralny
Patofizjologia i mechanizm
Bezdech senny centralny (CSA) to złożone zaburzenie oddychania podczas snu, wynikające z tymczasowego zahamowania ośrodka oddechowego w pniu mózgu, prowadzącego do okresowego braku wysiłku oddechowego. Patofizjologia CSA opiera się na dwóch głównych mechanizmach: niestabilności oddechowej oraz depresji ośrodków oddechowych lub chemoreceptorów. Kluczową rolę odgrywa ciśnienie parcjalne CO2 (PaCO2), które podczas snu NREM musi spaść poniżej progu bezdechowego (zwykle o 2-6 mmHg niżej od eukapnicznego poziomu około 40 mmHg), aby wywołać bezdech centralny. Wysoki loop gain, czyli nadmierna odpowiedź układu oddechowego na niewielkie odchylenia wentylacji, sprzyja powstawaniu cyklicznych epizodów bezdechu i hiperwentylacji, co jest szczególnie widoczne w oddychaniu Cheynea-Stokesa u pacjentów z niewydolnością serca. CSA może być także indukowany przez leki opioidowe, a także pojawiać się jako bezdech złożony podczas terapii CPAP u chorych z obturacyjnym bezdechem sennym.
- Patogeneza bezdecha sennego centralnego
- Mechanizmy patofizjologiczne
- Niestabilność wentylacyjna i próg bezdechowy
- Loop gain i niestabilność oddechowa
- Cykliczność bezdechów centralnych
- Specyficzne mechanizmy w różnych typach bezdecha centralnego
- Bezdech centralny związany z oddychaniem Cheynea-Stokesa
- Bezdech centralny związany z wysokością
- Bezdech centralny pierwotny (idiopatyczny)
- Bezdech centralny związany z lekami
- Bezdech centralny związany z leczeniem
- Wspólne mechanizmy patogenetyczne dla bezdechów centralnych i obturacyjnych
- Fizjologiczne zmiany w kontroli oddychania podczas snu
- Następstwa patofizjologiczne bezdechów centralnych
- Podsumowanie
Patogeneza bezdecha sennego centralnego
Bezdech senny centralny (Central Sleep Apnea, CSA) charakteryzuje się przemijającym osłabieniem lub ustaniem czynności ośrodka rytmu oddechowego zlokalizowanego w obrębie regionu pniowo-rdzeniowego mózgu. Jest to grupa niejednorodnych zaburzeń oddychania w czasie snu, charakteryzujących się okresową nieobecnością wysiłku oddechowego podczas snu, prowadzącą do powtarzających się epizodów niedostatecznej wentylacji i zaburzeń wymiany gazowej.123
Z punktu widzenia neurofizjologicznego, bezdech centralny wynika z tymczasowej niewydolności ośrodka oddechowego w moście i rdzeniu przedłużonym, generującego rytm oddechowy. Dochodzi do sytuacji, gdy hamujące bodźce do ośrodka oddechowego mózgu przewyższają bodźce pobudzające, co może wystąpić podczas snu, ponieważ sen znosi pobudzające bodźce związane z czuwaniem.456
Mechanizmy patofizjologiczne
Dwa główne zjawiska patofizjologiczne mogą powodować zespoły bezdechów centralnych: 1) niestabilność oddechowa lub 2) depresja ośrodków oddechowych pnia mózgu lub chemoreceptorów.78 Patofizjologia CSA może być zróżnicowana ze względu na jej czasowy związek z różnymi chorobami współistniejącymi. W zależności od podstawowej choroby, hipowentylacja lub hiperwentylacja z wynikającą z niej hipokapnią poniżej progu bezdechowego stanowi integralny mechanizm, który wzmacnia rozwój bezdechów centralnych.9
Niestabilność wentylacyjna i próg bezdechowy
Oddychanie podczas snu bez szybkich ruchów gałek ocznych (NREM) jest krytycznie zależne od wpływów chemicznych, szczególnie ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla w tętnicach (PaCO2). Bezdech centralny występuje, gdy ciśnienie parcjalne CO2 we krwi tętniczej zostaje obniżone poniżej wysoce wrażliwego „progu bezdechowego”.1011
Próg bezdechowy to wartość, poniżej której PaCO2 musi spaść, aby wywołać bezdech centralny. Jest on zwykle o 2-6 mmHg niższy od eukapnicznego poziomu PaCO2 podczas snu. U pacjentów, u których występują bezdechy centralne, przedłużona hiperwentylacja, przedłużone niedotlenienie lub równoczesne czynniki hamujące niwelują efekty mechanizmów ochronnych i umożliwiają wystąpienie bezdechu centralnego, gdy PaCO2 obniży się poniżej progu bezdechowego.1213
Loop gain i niestabilność oddechowa
Występowanie i utrzymywanie się niestabilności oddechowej w patogenezie bezdechów centralnych można zobrazować w kontekście pojęcia „loop gain” – terminu inżynieryjnego opisującego ogólne wzmocnienie systemu kontrolowanego przez pętle sprzężenia zwrotnego.14 Wysoki loop gain oznacza nadmierną odpowiedź układu oddechowego na małe odchylenia wentylacji od stanu równowagi.
W systemie oddechowym, wzmocnienie kontrolera (controller gain) przejawia się jako chemowrażliwość, natomiast wzmocnienie efektora (plant gain) to skuteczność danej wentylacji minutowej w eliminowaniu dwutlenku węgla. System oddechowy jest szczególnie narażony na niestabilność, gdy spoczynkowe PaCO2 zbliża się do progu bezdechowego. W sytuacji wysokiego wzmocnienia kontrolera lub wysokiego wzmocnienia efektora w połączeniu z niskim podstawowym PaCO2 bliskim progu bezdechowego, drobne zakłócenie w systemie może spowodować cykliczne występowanie bezdechów centralnych i hiperwentylacji.1516
Głównym komponentem wysokiego loop gain jest nadmierna chemowrażliwość na CO2 zarówno powyżej, jak i poniżej poziomu wentylacji eukapnicznej. Regulacja dwutlenku węgla w organizmie jest układem kontroli z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, który dąży do utrzymania PaCO2 na poziomie około 40 mmHg. Znaczne wahania PaCO2 odzwierciedlają wysokie wzmocnienie w systemie.1718
Cykliczność bezdechów centralnych
Bezdechy centralne występują w cyklach bezdechu lub hipopnei, naprzemiennie z hiperpneą.19 Po epizodzie bezdechu oddychanie może być szybsze i/lub bardziej intensywne (hiperpnea) przez pewien czas, co stanowi mechanizm kompensacyjny mający na celu usunięcie zatrzymanych gazów odpadowych, pochłonięcie większej ilości tlenu i umożliwienie powrotu do normalnych, instynktownych wzorców oddychania poprzez przywrócenie tlenu do mięśni oddechowych.20
Bez względu na podstawową chorobę lub mechanizm, gdy cykl bezdechów centralnych się rozpocznie, podtrzymuje on następny, powodując powtarzające się epizody niedotlenienia i nieregularnego oddychania, ostatecznie prowadząc do zwężenia górnych dróg oddechowych.2122
Specyficzne mechanizmy w różnych typach bezdecha centralnego
Bezdech centralny związany z oddychaniem Cheynea-Stokesa
Oddychanie Cheynea-Stokesa (CSB) to prototypowy przykład wysokiego loop gain. W tym przypadku pacjenci, najczęściej z niewydolnością serca, doświadczają wahań oddychania jako funkcji wahań CO2. Charakteryzuje się cyklicznym wzorcem płytkiego-głębokiego-płytkiego oddychania.2324
Pacjenci z niewydolnością serca mają wzorzec przewlekłej hiperwentylacji charakteryzujący się bliską odległością między ich podstawowym poziomem PaCO2 podczas snu (poziom eukapniczny) a ich progiem bezdechowym. Mechanizm tej przewlekłej hiperwentylacji u pacjentów z niewydolnością serca jest prawdopodobnie związany z przekrwieniem śródmiąższowym płuc. Każdy niewielki wzrost wentylacji podczas snu, jaki występuje przy wybudzeniu lub zmianach fazy snu, spowoduje spadek PaCO2 poniżej progu bezdechowego, wywołując zdarzenia bezdechowe.25
Ze względu na inercję w układzie kontroli oddechowej, oddychanie nie wznawia się, dopóki nie nagromadzi się nadmierny bodziec chemiczny (hiperkapnia), powodujący przekroczenie wentylacji, która prawdopodobnie ponownie obniży PaCO2 poniżej progu bezdechowego i będzie propagować oddychanie okresowe i CSR.26
Bezdech centralny związany z wysokością
W bezdechach centralnych związanych z wysokością, niedotlenienie z powodu dużej wysokości zwiększa napęd oddechowy, co prowadzi do hiperwentylacji i hipokapni. Wzorzec oddychania Cheynea-Stokesa może wystąpić, jeśli znajdujesz się na bardzo dużej wysokości.2728
Chociaż niedotlenienie jest bodźcem inicjującym, oddychanie okresowe i związane z nim zaburzenia snu występują w wyniku wzajemnego oddziaływania niedotlenienia i następującej po nim zasadowicy hipokapnicznej. Występuje powtarzający się cykl naprzemiennej stymulacji i hamowania oddechowego. Niedotlenienie stymuluje zwiększoną wentylację, która powoduje poprawę natlenowania, ale prowadzi do zasadowicy hipokapnicznej i późniejszego zahamowania oddychania. Ani hipoksja, ani hipokapnia same w sobie nie wystarczają do wywołania tego zespołu.29
Bezdech centralny pierwotny (idiopatyczny)
Etiologia i patogeneza idiopatycznego bezdechu sennego centralnego (ICSA) nadal nie jest jasna. Jest to zasadniczo diagnoza z wykluczenia po wykluczeniu znanych przyczyn CSA. Pacjenci ci zwykle mają wysoką odpowiedź hiperkapniczną i niestabilność stanu snu. Poziomy PaCO2 podczas czuwania mają tendencję do bycia niskimi. Wybudzenia, zwykle niezwiązane z oddychaniem, powodują przejściowy wzrost wentylacji i w konsekwencji spadek PaCO2. W przeciwieństwie do oddychania Cheynea-Stokesa, nie ma narastania i zanikania wentylacji.30
Pierwotny CSA wydaje się być napędzany przez podwyższoną chemowrażliwość na PCO2. Opóźnienie krążenia jest określane jako normalne u tych pacjentów i prawdopodobnie nie przyczynia się do CSA.31
Bezdech centralny związany z lekami
Przyjmowanie niektórych leków, takich jak opioidy, może powodować nieregularność oddychania lub jego całkowite zatrzymanie na krótki czas. Leki powszechnie stosowane w kontroli bólu, takie jak morfina, fentanyl i metadon, mogą powodować wolny rytm oddechowy podczas snu u pacjentów przyjmujących wysokie dawki tych leków.3233
Opioidy i inne leki z właściwościami sedatywnymi dla ośrodkowego układu nerwowego mogą hamować generator rytmu oddechowego zlokalizowany w pniu mózgu. Tak więc rozwój CSA można przypisać albo zmniejszonemu ośrodkowemu wyjściu ruchowemu wentylacyjnemu, albo wysokiemu wzmocnieniu pętli.34
Bezdech centralny związany z leczeniem
Niektóre osoby z obturacyjnym bezdechem sennym rozwijają bezdech centralny podczas korzystania z ciągłego dodatniego ciśnienia w drogach oddechowych (CPAP) w leczeniu. Jest to tzw. bezdech złożony (complex sleep apnea) lub bezdech centralny wywołany leczeniem (treatment-emergent central sleep apnea).3536
Leczenia PAP eliminują obstrukcję górnych dróg oddechowych, ale nie korygują niestabilności kontroli wentylacji lub niestabilności stanu snu. Przyczyny pojawienia się bezdechów centralnych pozostają niejasne. Prawdopodobnie przyczyną ich utrzymywania się może być wysoki loop gain.37
Wspólne mechanizmy patogenetyczne dla bezdechów centralnych i obturacyjnych
Mechanizmy odpowiedzialne za bezdech centralny i obturacyjny nakładają się na siebie, a pacjenci z bezdechami centralnymi często mają zdarzenia obturacyjne. Dlatego też podatność na zapadanie się górnych dróg oddechowych może decydować o tym, czy występują bezdechy centralne czy obturacyjne w przypadku cykliczności spowodowanej niestabilnością oddechową.38
Chociaż w czystym bezdechie centralnym ośrodki kontroli oddechowej mózgu, zlokalizowane w regionie ludzkiego mózgu znanym jako kompleks pre-Bötzingera, są zaburzone podczas snu i nie dają sygnału do wdechu, to stwierdzono, że górne drogi oddechowe zwężają się lub prawie zapadają się podczas tych zdarzeń. Zwężenie górnych dróg oddechowych konsekwentnie występuje na poziomie retropalatalnym podczas wywołanego hipokapnią bezdechu centralnego i wywołanej hipowentylacji centralnej.39
Znaczne nakładanie się między CSA a OSA sugeruje, że prawdopodobnie zaangażowane są wspólne cechy mechanistyczne. Typowo CSA uważa się za podstawowe rozpoznanie, gdy 50% bezdechów jest ocenianych jako pochodzenia centralnego (tj. 10-sekundowe zaprzestanie oddychania przy braku wysiłku oddechowego); jednak takie progi są wyraźnie arbitralne.40
Fizjologiczne zmiany w kontroli oddychania podczas snu
Przejście od stanu czuwania do snu jest wewnętrznie niestabilnym okresem pod względem kontroli sercowo-oddechowej. Dodatkowo, kilka mechanizmów kontroli oddechowej ulega obniżeniu wraz z początkiem snu.41 Zrozumienie normalnych zmian fizjologicznych w oddychaniu między stanem czuwania a snem NREM jest niezbędne do zrozumienia bezdechów centralnych.
Kontrola oddechowa jest dość niestabilna podczas przejścia ze stanu czuwania do snu i przy dalszych przejściach fazy snu. Zwykle podczas snu NREM występuje wzrost PaCO2 o 2 do 8 mmHg. Podczas snu NREM wentylacja jest całkowicie pod kontrolą metaboliczną. Napęd związany z czuwaniem nie działa, napędy hiperkapniczny i hipoksyczny są zmniejszone, a także zwiększa się opór górnych dróg oddechowych.42
Wynikające z tego zmniejszenie wentylacji wraz z postępem snu jest połączone ze stopniowym wzrostem PaCO2 o około 3 do 8 mmHg, w zależności od dominujących warunków metabolicznych. Szybkie przejście ze snu do czuwania, które następuje podczas wybudzenia, powoduje nagłą zmianę w podstawowej homeostatycznej kontroli układu sercowo-oddechowego.43
Połączenie predyspozycji do bezdechu przejściowego ze snu i niskiego progu wybudzenia może być wystarczające do ułatwienia powtarzającego się cyklu CSA, gdy dana osoba oscyluje między czuwaniem a snem.44
Następstwa patofizjologiczne bezdechów centralnych
Nawracanie centralnych zdarzeń oddechowych, po którym następuje faza zdrowienia, indukuje cykliczny wzorzec przerywanego niedotlenienia-reoksygenacji. Po każdym bezdechu lub hipopnei wynikające z tego niedotlenienie stymuluje chemoreceptory, które pośredniczą w zwiększonej aktywności współczulnej. Ta aktywacja współczulna powoduje obkurczenie naczyń obwodowych i następujący po nim skok ciśnienia krwi, zwiększając obciążenie dla niewydolnego serca.45
Negatywna rola zwiększonego napięcia współczulnego jest dobrze ustalona w niewydolności serca. Skurcz naczyń spowodowany aktywacją współczulną może indukować długotrwałe zmiany strukturalne w oporze mikronaczyń krążeniowych, które przyczyniają się do patogenezy i utrzymywania się nadciśnienia.46
Niedotlenienie, a także wywołując skurcz naczyń systemowych, może wywoływać skurcz naczyń płucnych i następnie zwiększać obciążenie następcze prawej komory. Wpływ CSA na funkcję prawej komory i jej obciążenie to kolejny obszar, który nie został oceniony u pacjentów z istniejącą dysfunkcją skurczową i CSA.47
Bezdech senny centralny, podobnie jak jego odpowiedniki obturacyjne, wywołuje stan prozapalny, mający znaczące długoterminowe negatywne skutki podczas czuwania, w tym zwiększony odpływ współczulny naczyniowo-ruchowy i dysfunkcję śródbłonka naczyniowego, deficyty neurokognitywne i oporność na insulinę.48
Molekularną podstawą silnej odpowiedzi zapalnej na przerywane (w przeciwieństwie do stałego) niedotlenienie wyjaśnili Semenza i Prabhakar jako wzrost regulacji zarówno pro-, jak i przeciwutleniających czynników transkrypcyjnych, czynnika indukowanego hipoksją (HIF) 1 i 2 w stałym niedotlenieniu, ale zahamowanie przeciwutleniającego HIF 2 w przerywanym niedotlenieniu.49
Bez względu na mechanizm, bezdechy centralne w niewydolności serca pogarszają rokowanie. Ciężkość CSA koreluje z ciężkością podstawowej dysfunkcji skurczowej. Optymalne leczenie niewydolności serca ma zatem największe znaczenie w leczeniu CSA.50
Podsumowanie
Bezdech senny centralny jest niejednorodną i złożoną chorobą charakteryzującą się tymczasowym brakiem wysiłku oddechowego podczas snu. W większości przypadków jest to wynik stanów prowadzących do podwyższonego loop gain, czasami napędzanego przez silny wysiłek oddechowy w odpowiedzi na zakłócenie.51 Nasze zrozumienie patofizjologii CSA i różnorodność mechanizmów leżących u jego podstaw mają kluczowe znaczenie dla opracowania skutecznych strategii terapeutycznych dla tej heterogenicznej grupy zaburzeń.
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.