Bezdech senny – Patofizjologia i mechanizm

Bezdech senny
Patofizjologia i mechanizm

Obturacyjny bezdech senny (OBS) jest złożonym zaburzeniem charakteryzującym się powtarzającym się zwężaniem lub zapadaniem się górnych dróg oddechowych podczas snu, prowadzącym do epizodów bezdechu i hipopnei z częstością około 20-40 epizodów na godzinę. Patogeneza OBS obejmuje czynniki anatomiczne (np. zmniejszona objętość przekroju dróg oddechowych, powiększone migdałki, nieprawidłowości twarzoczaszki), zmniejszoną aktywność mięśni rozszerzających gardło, niestabilność kontroli wentylacji (wzmocnienie pętli) oraz niski próg wybudzenia oddechowego. Kluczową rolę odgrywa krytyczne ciśnienie zamknięcia (PCRIT), którego wzrost koreluje ze stopniem nasilenia niedrożności dróg oddechowych, gdzie wartości PCRIT między 5 a 0 cmH2O wiążą się z obturacyjnymi hipopneami, a dodatnie PCRIT z bezdechami. OBS prowadzi do fragmentacji snu, hipoksji, hiperkapnii, nadmiernej senności dziennej, dysfunkcji neurokognitywnej oraz zwiększonego ryzyka incydentów sercowo-naczyniowych, co jest związane z dysfunkcją śródbłonka, stresem oksydacyjnym i stanem zapalnym. Ponadto, przewlekła przerywana hipoksja (CIH) indukuje zmiany neurozapalne i upośledzenie funkcji poznawczych, a także może modulować poziomy serotoniny i jej receptorów, wpływając na patomechanizmy OBS.

Wprowadzenie do bezdechu sennego

Bezdech senny to powszechne zaburzenie oddychania podczas snu, które stanowi istotne źródło zachorowalności i śmiertelności z przyczyn sercowo-naczyniowych oraz rosnące obciążenie dla zasobów opieki zdrowotnej. Zrozumienie podstawowych mechanizmów patogenetycznych bezdechu sennego ma kluczowe znaczenie dla opracowania racjonalnych strategii terapeutycznych.¹ Bezdech senny można skategoryzować jako obturacyjny bezdech senny (OBS), w którym oddychanie jest przerywane przez blokadę przepływu powietrza, centralny bezdech senny (CBS), w którym regularne nieświadome oddychanie po prostu ustaje, lub kombinację obu tych typów.¹

Obturacyjny bezdech senny charakteryzuje się powtarzającym się zwężaniem lub zapadaniem się górnych dróg oddechowych podczas snu. Niedrożność dróg oddechowych prowadzi do znacznie zmniejszonej (hipopnea) lub nieobecnej (bezdech) wentylacji, pomimo utrzymujących się wysiłków oddechowych, co prowadzi do niewystarczającego zaspokojenia zapotrzebowania wentylacyjnego. W rezultacie rozwija się hipoksemia i hiperkapnia, które dodatkowo stymulują wysiłek oddechowy. Jednak bez spontanicznego otwarcia dróg oddechowych zwiększony napęd oddechowy jest nieskuteczny w zwiększaniu wentylacji.¹ Powtarzający się charakter tych incydentów prowadzi do znacznej fragmentacji snu, która wraz z okresową hipoksją prawdopodobnie powoduje nadmierną senność w ciągu dnia, zmęczenie, dysfunkcję neurokognitywną i zwiększone ryzyko wypadków samochodowych.¹

Mechanizmy patogenetyczne obturacyjnego bezdechu sennego

Rola górnych dróg oddechowych

Obecne dowody sugerują, że zaburzenia krytycznego ciśnienia zamknięcia (PCRIT) odgrywają kluczową rolę w patogenezie OBS. Rola niedrożności gardła w patogenezie OBS może być rozważana w świetle postulatów Kocha, które ustanawiają kryteria wykazania związku przyczynowego między czynnikami patogennymi promującymi niedrożność górnych dróg oddechowych a jawną manifestacją polisomnograficzną choroby.¹²

Badacze analizowali związek między zapadalnością gardła a klinicznymi objawami OBS w kilku badaniach obserwacyjnych. Wzrost PCRIT wykazano u pacjentów z OBS w porównaniu z dopasowanymi pod względem wieku, płci i wskaźnika masy ciała (BMI) osobami z grupy kontrolnej podczas znieczulenia ogólnego i blokady nerwowo-mięśniowej, a także podczas snu.¹ Dodatkowo, siła tego związku jest podkreślana przez badania wykazujące, że PCRIT jest zarówno czułym, jak i specyficznym wskaźnikiem w OBS.¹

Dodatkowe dowody na prymat zapadania się górnych dróg oddechowych w patogenezie OBS dostarczają badania wykazujące związek zależny od dawki między zapadalnością gardła a nasileniem OBS. Gdy PCRIT stopniowo wzrasta, obserwuje się również klinicznie zwiększenie nasilenia niedrożności górnych dróg oddechowych podczas snu. Niewielkie podwyższenie PCRIT wiązało się z chrapaniem, natomiast umiarkowane podwyższenie PCRIT do poziomów między 5 a 0 cmH2O wiązało się z zaburzeniami oddychania podczas snu, charakteryzującymi się głównie obturacyjnymi hipopneami. Przy dalszym wzroście PCRIT (gdy PCRIT staje się dodatnie), obserwuje się okresowe bezdechy obturacyjne podczas snu. Ilościowe różnice w PCRIT są zatem związane ze stopniowymi zmianami w nasileniu niedrożności dróg oddechowych podczas snu.¹

Modele eksperymentalne obturacyjnego bezdechu sennego

Badania wywołujące eksperymentalne zapadanie się górnych dróg oddechowych podczas snu również wskazują na niedrożność gardła w patogenezie OBS. Manipulowanie ciśnieniem nosowym odtwarza całe spektrum choroby OBS. Przy zastosowaniu podatmosferycznego ciśnienia nosowego podczas snu, obserwowano stabilne oddychanie z ograniczeniem przepływu i chrapaniem u zdrowych badanych osób. Dalsze obniżenie ciśnienia nosowego powodowało nawracające obturacyjne hipopnee i bezdechy, które występowały z częstotliwością ~20-40 epizodów na godzinę i były związane z desaturacją oksyhemoglobiny i wybudzeniami.¹

Ciągłe stosowanie podatmosferycznego ciśnienia nosowego podczas snu powodowało również zmiany w architekturze snu, ze zwiększeniem fazy 1 i fazy 2 snu oraz zmniejszeniem fazy 3/4 i snu REM w porównaniu do wartości wyjściowych. Co więcej, gdy uczestnicy badania zostali poddani dwóm kolejnym nocom eksperymentalnie wywołanego OBS, znacznie skrócił się wielokrotny czas latencji snu w ciągu dnia, wskazując na rozwój nadmiernej senności dziennej. Dane eksperymentalne sugerują więc, że samo zapadnięcie się dróg oddechowych jest wystarczające do wywołania OBS.¹¹

Czynniki anatomiczne i nerwowo-mięśniowe

Zmniejszona objętość górnych dróg oddechowych spowodowana otyłością lub nieprawidłowościami strukturalnymi twarzoczaszki i zmianami tkanki miękkiej jest ważnym czynnikiem w zapadaniu się górnych dróg oddechowych.¹ Objętość przekroju dróg oddechowych od dawna uznawano za zwiększającą się od objętości resztkowej do całkowitej pojemności płuc. Jednak ostatnio wykazano, że zapadliwość dróg oddechowych, nasilenie zaburzeń oddychania podczas snu i wymagania dotyczące ciągłego dodatniego ciśnienia w drogach oddechowych (CPAP) zmniejszają się wraz z eksperymentalnie wywołanym zwiększeniem objętości końcowo-wydechowej płuc podczas snu.¹

Czynniki anatomiczne (np. powiększone migdałki; objętość języka, tkanki miękkiej lub bocznych ścian gardła; długość miękkiego podniebienia; nieprawidłowe ułożenie szczęki i żuchwy) mogą przyczyniać się do zmniejszenia przekroju poprzecznego górnych dróg oddechowych i/lub zwiększenia ciśnienia otaczającego drogi oddechowe, co predysponuje do zapadania się dróg oddechowych.¹

Zmniejszona aktywność mięśni rozszerzających gardło podczas snu odgrywa kluczową rolę w patogenezie obturacyjnego bezdechu sennego. W stanie czuwania, aktywacja neuronalna zapewnia aktywację mięśni rozszerzających gardło, co zapobiega zwężaniu i zapadaniu się gardła, chroniąc jego drożność.¹ Aktywność nerwowo-mięśniowa w górnych drogach oddechowych, w tym aktywność odruchowa, zmniejsza się podczas snu, a zmniejszenie to może być bardziej wyraźne u pacjentów z OBS.¹

Zmniejszona motoryczna wentylacyjna stymulacja mięśni górnych dróg oddechowych jest uważana za krytyczne inicjujące zdarzenie prowadzące do niedrożności górnych dróg oddechowych; efekt ten jest najbardziej wyraźny u pacjentów z górnymi drogami oddechowymi predysponowanymi do zapadania się z przyczyn anatomicznych.¹ Zmniejszona średnica gardła podczas czuwania u pacjentów z OBS w porównaniu do pacjentów bez OBS to ważny czynnik statyczny, który został zidentyfikowany.¹

Koncepcja wysokiego wzmocnienia pętli (loop gain)

Niestabilność centralna oddychania jest dobrze ustalonym czynnikiem przyczyniającym się do rozwoju centralnego bezdechu sennego (CBS), szczególnie u pacjentów z ciężką zastoinową niewydolnością serca (CHF). Dowody wskazują również, że niestabilność centralna oddychania przyczynia się do rozwoju OBS.¹

Im wyższe wzmocnienie pętli (loop gain), tym mniej stabilna jest wentylacyjna kontrola chemoreflesków. Niestabilna wentylacyjna kontrola chemoreflesków może promować zapadanie się dróg oddechowych w OBS z powodu hipotoniczności górnych dróg oddechowych spowodowanej hipokapnią.¹

Dodatkowo, wysokie wzmocnienie pętli może prowadzić do niedopasowania między siłą napędową ośrodka oddechowego na mięśnie oddechowe a siłą napędową mięśni rozszerzających górne drogi oddechowe. Oznacza to, że aktywność mięśni rozszerzających górne drogi oddechowe nie jest wystarczająca, aby przeciwdziałać negatywnemu ssaniu generowanemu przez mięśnie oddechowe podczas wdechu, co prowadzi do zwężenia i zapadania się górnych dróg oddechowych.¹

Rola progu wybudzenia oddechowego

W ostatnich latach szereg badań wykazało, że niski próg wybudzenia oddechowego może być ważnym endotypem OBS.¹ Wybudzenie odgrywa podwójną rolę w mechanizmie OBS. Z jednej strony, wybudzenie ze snu na końcu zdarzenia oddechowego jest ważnym mechanizmem ochronnym przywracającym drożność gardła, a pacjenci wznowią normalne oddychanie i złagodzą niedrożność dróg oddechowych poprzez mechanizmy kompensacji nerwowo-mięśniowej i oddechowej podczas wybudzenia. Dlatego wybudzenie oddechowe jest uważane za potencjalnie ratujące życie zdarzenie, które może zapobiec uduszeniu podczas snu.¹

Gdy dojdzie do zapadnięcia się dróg oddechowych, kilka czynników modyfikuje odpowiedź na niedrożność dróg oddechowych i wpływa na ostateczną manifestację zaburzeń oddychania podczas snu. Odpowiedzi nerwowo-mięśniowe zachowują wentylację i chronią przed rozwojem OBS. Gdy mechanizmy kompensacyjne nerwowo-mięśniowe są niewystarczające dla danego obciążenia strukturalnego, zapotrzebowanie wentylacyjne i wentylacja rozdzielają się, co skutkuje powtarzającymi się epizodami zaburzeń oddychania podczas snu.¹¹

Kompromisy między stabilnością snu a wentylacją mogą odpowiadać za pełny zakres nasilenia i ekspresji OBS. Nawracające wybudzenia i przejściowe zwiększenie drożności dróg oddechowych mogą przywrócić wentylację między okresami snu, podczas gdy zmiany w odpowiedziach nerwowo-mięśniowych na niedrożność górnych dróg oddechowych mogą poprawić stabilność snu na wciąż suboptymalnych poziomach wentylacji.¹¹

Mechanizmy patogenetyczne centralnego bezdechu sennego

Zaburzenia regulacji oddychania

Centralny bezdech senny (CBS) charakteryzuje się okresami braku przepływu powietrza z powodu braku wysiłku oddechowego. Występuje, gdy hamujące bodźce do ośrodka oddechowego mózgu przewyższają bodźce pobudzające, co może nastąpić podczas snu, ponieważ sen znosi związane z czuwaniem bodźce pobudzające. Nawracające centralne bezdechy są cechą charakterystyczną centralnego bezdechu sennego, który jest heterogenną grupą zaburzeń o różnej etiologii i mechanizmach patofizjologicznych.¹

Istnieją dwa główne mechanizmy napędzające proces chorobowy CBS: związana ze snem hipowentylacja i hipokapnia po hiperwentylacji. Najczęstszą przyczyną CBS jest hipokapnia po hiperwentylacji wtórna do niewydolności serca. Występuje to z powodu krótkotrwałej niewydolności układu kontroli wentylacji, ale przy normalnej wentylacji pęcherzykowej. Natomiast hipowentylacja związana ze snem występuje, gdy występuje nieprawidłowość w mózgowym napędzie do oddychania. Podstawowa przyczyna utraty napędu oddychania związanego z czuwaniem obejmuje szeroki zestaw chorób, od udarów po ciężką kifoskoliozę.¹

Próg bezdechu

Oddychanie podczas snu bez szybkich ruchów gałek ocznych (NREM) jest krytycznie zależne od wpływów chemicznych, zwłaszcza od ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla we krwi tętniczej (PaCO2). Bezdech centralny występuje, jeśli poziom PaCO2 obniży się poniżej wysoce wrażliwego „progu bezdechu”.¹

U pacjentów, u których występują centralne bezdechy, przedłużona hiperwentylacja, przedłużona hipoksja lub jednoczesne czynniki hamujące równoważą efekty ochronne i pozwalają na wystąpienie centralnego bezdechu, gdy PaCO2 zostaje obniżone poniżej progu bezdechu.¹ Centralny bezdech występuje w cyklach bezdechu lub hipopnei, na przemian z hiperpneą.¹

Mechanizm oddychania Cheyne-Stokesa

Prototypem wysokiego wzmocnienia pętli jest kliniczny scenariusz oddychania Cheyne-Stokesa (CSB), w którym osoby, najczęściej z zastoinową niewydolnością serca, mają wahania oddychania w zależności od wahań CO2.¹ Należy podkreślić, że CBS związany z wysokim wzmocnieniem pętli wynika z nadreaktywnego systemu związanego z wysokim napędem oddechowym, a nie z niewydolności kontroli oddechowej prowadzącej do niskiego napędu.¹

Po epizodzie bezdechu, oddychanie może być szybsze i/lub bardziej intensywne (hiperpnea) przez pewien czas, jako mechanizm kompensacyjny mający na celu wydalenie zatrzymanych gazów odpadowych, absorpcję większej ilości tlenu i, gdy jest dobrowolne, umożliwienie powrotu do normalnych instynktownych wzorców oddychania poprzez przywrócenie tlenu do samych mięśni oddechowych.¹

Inne czynniki wpływające na patogenezę bezdechu sennego

Zmiana poziomu płynów w organizmie

Nocne dogłowowe przemieszczenie płynów definiuje się jako płyn gromadzący się w nogach w ciągu dnia, redystrybuowany do górnej części ciała po położeniu się w nocy, powodując wzrost ciśnienia obwodowego.¹ Dynamiczne czynniki, w tym redystrybucja zależnego obrzęku do szyi w ciągu nocy, gdy pacjent leży, mogą przyczyniać się do zwężenia anatomii górnych dróg oddechowych.¹

Hipoksemia i hiperkapnia

Obturacja powoduje wiele epizodów bezdechu lub hipopnei, które prowadzą do hipoksji i hiperkapnii, z których wszystkie zaburzają normalny sen, z częściowymi lub całkowitymi wybudzeniami z fazy snu bez szybkich ruchów gałek ocznych (NREM) i fazy snu z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM).¹ Wysiłki wdechowe przeciwko zamkniętym górnym drogom oddechowym powodują wahania ciśnienia w klatce piersiowej, które wpływają na funkcję serca.¹

Gdy oddychanie jest przerwane z powodu niedrożności górnych dróg oddechowych, w krwiobiegu gromadzi się dwutlenek węgla. Chemoreceptory w krwiobiegu odnotowują wysoki poziom dwutlenku węgla. Mózg otrzymuje sygnał do wybudzenia osoby, co oczyszcza drogi oddechowe i pozwala na wznowienie oddychania. Normalne oddychanie przywróci poziom tlenu, a osoba ponownie zaśnie. To nagromadzenie dwutlenku węgla może być spowodowane zmniejszeniem wytwarzania bodźców z pnia mózgu regulujących ścianę klatki piersiowej lub mięśnie gardła, co powoduje zapadanie się gardła. W rezultacie osoby z bezdechem sennym doświadczają zmniejszonej lub zerowej ilości snu wolnofalowego i spędzają mniej czasu w fazie REM.¹

Procesy zapalne i stres oksydacyjny

Obecne dowody sugerują, że procesy zapalne, stres oksydacyjny i dysfunkcja wewnętrznej warstwy naczyń krwionośnych – śródbłonka – odgrywają rolę w powikłaniach naczyniowych OBS.¹ Liczne badania wykazały, że zapalenie wywołane przez OBS może powodować uszkodzenie komórek śródbłonka naczyniowego i dalej modyfikować strukturę i funkcję naczyń. To uszkodzenie prowadzi do dysfunkcji śródbłonka, która przyczynia się do różnych zaburzeń narządów końcowych, takich jak choroba sercowo-naczyniowa, dysfunkcja metaboliczna i, co ważniejsze, upośledzenie funkcji neurokognitywnych.¹

Rola serotoniny

Jednym z czynników przyczyniających się do występowania i rozwoju OBS wydaje się być serotonina (5-HT). Obecnie badania koncentrują się na ustaleniu i powiązaniu patogenezy OBS i nasilenia choroby na poziomie molekularnym neuroprzekaźnika wszechobecnego w ludzkim organizmie – serotoniny, jej szlaku, produktów, receptorów, leków wpływających na poziom serotoniny lub predyspozycji genetycznych.¹

W trakcie cyklu sen-czuwanie, komórki serotoninergiczne, noradrenergiczne i histaminergiczne wykazują spójny wzorzec aktywności. Pozostają aktywne podczas czuwania, wykazują zmniejszoną częstość wyładowań podczas snu bez szybkich ruchów gałek ocznych (NREM) i albo całkowicie przestają działać, albo znacznie zmniejszają swoją aktywność podczas snu z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM), aby zapobiec fizycznemu odgrywaniu marzeń sennych.¹

Zaburzone procesy oddechowe wywołują definiującą cechę OBS – przerywaną hipoksję (IH). IH definiuje się jako epizody desaturacji tlenu we krwi i jest związana z 5-HT. Badania pokazują, że hipoksja zmienia poziom 5-HT i funkcje receptorów, przy czym obserwuje się znaczne zmniejszenie poziomu 5-HT w osoczu oraz zwiększony wychwyt i degradację w modelach zwierzęcych. Hipoksja wpływa również na receptor 5-HT1A, który jest kluczowy dla funkcji poznawczych i może indukować długotrwałe ułatwienie przeponowe (pLTF), potencjalnie zmniejszając bezdechy.¹

Mechanizmy powikłań bezdechu sennego

Wpływ na układ sercowo-naczyniowy

OBS został również powiązany z rozwojem chorób sercowo-naczyniowych, prawdopodobnie za pośrednictwem nieprawidłowości gazów we krwi, zmian autonomicznych i stresu oksydacyjnego, wśród innych przyczyn.¹ Wysiłki wdechowe przeciwko zamkniętym górnym drogom oddechowym powodują wahania ciśnienia w klatce piersiowej, które wpływają na funkcję serca. Występuje dysfunkcja śródbłonka i neuroprzekaźników.¹

Istnieje kilka możliwych mechanizmów, za pomocą których OBS może prowadzić do niekorzystnych wyników sercowo-naczyniowych.¹ Potencjał zaburzeń oddychania podczas snu do przyczyniania się do chorób sercowo-naczyniowych i vice versa, a także podstawowe mechanizmy są pytaniami trwających badań.¹

Zaburzenia neurokognitywne

Przewlekła hipoksja przerywana (CIH) i deprywacja snu to główne mechanizmy OBS. Zarówno badania kliniczne, jak i na zwierzętach wykazują deficyty w uczeniu się i pamięci. Upośledzona uwaga/czujność i funkcje wykonawcze stwierdzono tylko w badaniach klinicznych.¹

Podwyższone poziomy CRP, IL-1, IL-6, TNF-alfa, HMGB1, NF-kB, TLR4 i COX-2 w osoczu i tkance mózgowej obserwowano w modelach zwierzęcych z CIH. Te zmiany cytokin zapalnych w badaniach na zwierzętach są zgodne ze zmianami w osoczu ludzkim. Dodatkowo, eksperymenty na zwierzętach wykazały zwiększoną aktywację mikrogleju i apoptozę neuronów w różnych obszarach mózgu.¹

Mechanizmy bólu w bezdechu sennym

Badanie przeprowadzone przez The University of Texas Health Science Center at San Antonio jest pierwszym w swoim rodzaju, które wyjaśnia mechanizm utrzymującego się bólu związanego z obturacyjnym bezdechem sennym.¹ Aby naśladować skutki obturacyjnego bezdechu sennego w modelu mysim, naukowcy stworzyli środowisko przewlekłej przerywanej hipoksji.¹

Badając model mysi, zespół zaobserwował wzrost cytokin, które są cząsteczkami uwalnianymi przez układ odpornościowy, informującymi inne komórki o wytworzeniu stanu zapalnego.¹ Analiza w tym badaniu wykazała wzrost cytokin zarówno w zwojach korzeni grzbietowych, jak i tkance nerwu kulszowego. Cytokiny następnie przygotowują nocyceptory do przejścia w stan hiperalgezji, powodując dłuższy czas trwania bólu poprzez plastyczność obwodowego układu nerwowego.¹

Podsumowanie mechanizmów patogenetycznych bezdechu sennego

Mechanizmy leżące u podstaw zarówno OBS, jak i CBS są wieloczynnikowe. Jednak oba mogą mieć wspólne cechy. Ważne czynniki przyczyniające się prawdopodobnie obejmują anatomię górnych dróg oddechowych, aktywność mięśni górnych dróg oddechowych, stabilność kontroli oddechowej, objętość płuc i wybudzenie ze snu.¹

Według ostatnich badań, rozwój OBS zależy ogólnie od następujących czynników: (1) anatomii górnych dróg oddechowych, (2) zdolności mięśni rozszerzających górne drogi oddechowe do reagowania na stymulację, (3) wzmocnienia pętli, (4) progu wybudzenia. Te czynniki determinują drożność górnych dróg oddechowych i stabilność kontroli wentylacji. Zatem nieprawidłowości w tych systemach prowadzą do zwężenia, bardziej zapadającej się drogi oddechowej gardła i niestabilności kontroli wentylacji, co z kolei prowadzi do rozwoju OBS.¹

OBS jest heterogennym zaburzeniem, które może rozwinąć się w wyniku różnych charakterystyk fizjologicznych i może różnie reagować na podejścia terapeutyczne w zależności od dominującej nieprawidłowości. Dlatego leczenie OBS musi być zindywidualizowane w zależności od przyczyny rozwoju OBS.¹

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.

Materiały źródłowe

#1 The pathogenesis of obstructive sleep apnea
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4561284/
Obstructive sleep apnea (OSA) is a major source of cardiovascular morbidity and mortality, and represents an increasing burden on health care resources. Understanding underlying pathogenic mechanisms of OSA will ultimately allow for the development of rational therapeutic strategies. In this article, we review current concepts about the pathogenesis of OSA. Specifically, we consider the evidence that the upper airway plays a primary role in OSA pathogenesis and provide a framework for modelling its biomechanical properties and propensity to collapse during sleep. Anatomical and neuromuscular factors that modulate upper airway obstruction are also discussed. Finally, we consider models of periodic breathing, and elaborate generalizable mechanisms by which upper airway obstruction destabilizes respiratory patterns during sleep. In our model, upper airway obstruction triggers a mismatch between ventilatory supply and demand. In this model, trade-offs between maintaining sleep stability or ventilation can account for a full range of OSA disease severity and expression. Recurrent arousals and transient increases in airway patency may restore ventilation between periods of sleep, while alterations in neuromuscular and arousal responses to upper airway obstruction may improve sleep stability at still suboptimal levels of ventilation.
#1 Sleep apnea – Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Sleep_apnea
Sleep apnea may be categorized as obstructive sleep apnea (OSA), in which breathing is interrupted by a blockage of air flow, central sleep apnea (CSA), in which regular unconscious breath simply stops, or a combination of the two. OSA has four key contributors; these include a narrow, crowded, or collapsible upper airway, an ineffective pharyngeal dilator muscle function during sleep, airway narrowing during sleep, and unstable control of breathing (high loop gain). In CSA, the basic neurological controls for breathing rate malfunction and fail to give the signal to inhale, causing the individual to miss one or more cycles of breathing. If the pause in breathing is long enough, the percentage of oxygen in the circulation can drop to a lower than normal level (hypoxemia) and the concentration of carbon dioxide can build to a higher than normal level (hypercapnia). In turn, these conditions of hypoxia and hypercapnia will trigger additional effects on the body such as Cheyne-Stokes Respiration.
#1 MECHANISMS OF APNEA
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3427748/
This article focuses on the underlying mechanisms contributing to sleep-disordered breathing. Obstructive sleep apnea (OSA) is the most common sleep-related breathing disorder and is characterized by repetitive narrowing or collapse of the pharyngeal airway during sleep. […] Obstructive sleep apnea (OSA) is a common disorder, characterized by repetitive upper airway collapse during sleep. The airway obstruction results in either greatly reduced (hypopnea) or absent (apnea) ventilation, despite persisting respiratory efforts, such that ventilatory requirements are not met. As a result, hypoxemia and hypercapnia develop, which further stimulate respiratory effort. However, without spontaneous airway opening the increased drive is ineffective at increasing ventilation. […] The repetitive nature of these events result in significant sleep fragmentation, which along with intermittent hypoxia likely result in the excessive daytime sleepiness, fatigue, neurocognitive dysfunction and increased risk for car accidents.
#1 The pathogenesis of obstructive sleep apnea
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4561284/
Current evidence suggests that disturbances in PCRIT play a primary role in OSA pathogenesis. The role of pharyngeal obstruction in OSA pathogenesis can be considered in light of Kochs postulates, which establish criteria for demonstrating a causal relationship between pathogenic factors that promote upper airway obstruction and the overt polysomnographic manifestation of the disease. These principles require first and foremost that pathogenic factors causing upper airway collapse are associated with OSA. Investigators have examined the association between pharyngeal collapsibility and the clinical manifestations of OSA in several observational studies. Elevations in PCRIT have been demonstrated in OSA patients compared to age, sex and body mass index (BMI) matched controls under general anesthesia and neuromuscular blockade as well as during sleep.
#1 The pathogenesis of obstructive sleep apnea – Pham – Journal of Thoracic Disease
https://jtd.amegroups.org/article/view/4971/5209
Further strength for the association between upper airway obstruction and OSA pathogenesis is evidenced by studies demonstrating that pharyngeal collapsibility (PCRIT) is both a sensitive and specific finding in OSA. […] Additional evidence for the primacy of upper airway collapse in OSA pathogenesis is provided by studies demonstrating a dose-response relationship between pharyngeal collapsibility and severity of OSA. […] Studies inducing experimental upper airway collapse during sleep also implicate pharyngeal obstruction in OSA pathogenesis. […] Conversely, OSA can be treated with interventions designed to restore upper airway patency, further fulfilling Kochs postulate that upper airway collapse is necessary for disease pathogenesis. […] Upper airway obstruction is essential in the pathogenesis of OSA. OSA is largely absent in those individuals without an inherently collapsible upper airway on a structural basis. […] Once the airway has collapsed, several factors modify the response to airway obstruction, and affect the ultimate expression of sleep disordered breathing. Neuromuscular responses preserve ventilation and protect against the development of OSA.
#1 The pathogenesis of obstructive sleep apnea
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4561284/
Additional evidence for the primacy of upper airway collapse in OSA pathogenesis is provided by studies demonstrating a dose-response relationship between pharyngeal collapsibility and severity of OSA. As PCRIT rises progressively, increases in severity of upper airway obstruction during sleep have also been observed clinically. Modest elevations in PCRIT have been associated with snoring, whereas moderate elevations in PCRIT to levels between 5 and 0 cmH2O have been associated with sleep disordered breathing characterized primarily by obstructive hypopneas. With further increases in PCRIT (PCRIT becomes positive), periodic obstructive apneas are observed during sleep. Quantitative differences in PCRIT have therefore been associated with graded changes in the severity of airway obstruction during sleep.
#1 The pathogenesis of obstructive sleep apnea
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4561284/
Studies inducing experimental upper airway collapse during sleep also implicate pharyngeal obstruction in OSA pathogenesis. Indeed, manipulating nasal pressure recapitulates the entire OSA disease spectrum. With the application of subatmospheric nasal pressure during sleep, stable flow limited breathing and snoring were observed in healthy test subjects. Further reductions in nasal pressure resulted in recurrent obstructive hypopneas and apneas, which occurred at a rate of ~20-40 episodes per hour and were associated with oxyhemoglobin desaturations and arousals. Continuous application of subatmospheric nasal pressure during sleep also caused alterations in sleep architecture, with increases in stage 1 and stage 2 sleep, and decreases in stage 3/4 and REM sleep compared to baseline. Moreover, when study participants were subjected to two consecutive nights of experimentally induced OSA, multiple daytime sleep latency times fell markedly, indicating that excessive daytime somnolence had developed. Thus, experimental evidence suggests that airway collapse alone is sufficient to cause OSA.
#1 The pathogenesis of obstructive sleep apnea – Pham – Journal of Thoracic Disease
https://jtd.amegroups.org/article/view/4971/html
Experimental evidence suggests that airway collapse alone is sufficient to cause OSA. […] Therefore, upper airway obstruction alone constitutes both a necessary and sufficient condition for the development of OSA. […] Once the airway has collapsed, several factors modify the response to airway obstruction, and affect the ultimate expression of sleep disordered breathing. Neuromuscular responses preserve ventilation and protect against the development of OSA. When neuromuscular compensatory mechanisms are insufficient for a given structural load, ventilatory demand and ventilation dissociate and repeated sleep disordered breathing events ensue. Trade-offs between sleep stability and ventilation can result in a full range of OSA severity and expression. Recurrent arousals and transient increases in airway patency may restore ventilation between periods of sleep, while alterations in neuromuscular responses to upper airway obstruction may improve sleep stability at still suboptimal levels of ventilation.
#1 Pathophysiological mechanisms and therapeutic approaches in obstructive sleep apnea syndrome | Signal Transduction and Targeted Therapy
https://www.nature.com/articles/s41392-023-01496-3
Various pathophysiological factors interact to contribute to the pathogenesis of OSAS. […] The reduction in upper airway volume caused by obesity or craniofacial structural abnormalities and soft tissue changes is an important factor in upper airway collapse. […] A nocturnal rostral fluid shift is defined as fluid accumulated in the legs during the daytime, redistributing to the upper part of the body upon lying down at night, causing an increase in peripheral pressure. […] In addition, most patients have mucosal edema, and the mechanism is not clear. […] Furthermore, several mechanisms associated with a low respiratory arousal threshold, poor pharyngeal neuromuscular muscle responsiveness, high loop gain, and high passive Pcrit may involve OSAS. […] The importance of abnormal pharyngeal susceptibility to collapse in the pathogenesis of obstructive apnea was demonstrated by studying the Pcrit in patients with OSAS and in control subjects.
#1 MECHANISMS OF APNEA
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3427748/
OSA has also been implicated in the development of cardiovascular disease likely via blood gas abnormalities, autonomic changes and oxidative stress among other causes. […] A major abnormality in patients with OSA is a collapsible pharyngeal airway. The degree of collapsibility of a particular airway can be measured by calculation of the pharyngeal critical closing pressure, or Pcrit. […] If impaired airway anatomy were the sole explanation for OSA, then patients would obstruct during both wakefulness and sleep whereas clearly OSA only occurs during sleep. This is largely a result of the high activity of upper airway dilator muscles during wakefulness. […] The airway cross sectional area has long been recognized to increase from residual volume to total lung capacity. However, more recently, airway collapsibility, sleep-disordered breathing severity and continuous positive airway pressure (CPAP) requirements have been shown to be reduced with experimentally induced increases in end-expiratory lung volume during sleep.
#1 Obstructive Sleep Apnea (OSA): Practice Essentials, Background, Pathophysiology
https://emedicine.medscape.com/article/295807-overview
Anatomic factors (eg, enlarged tonsils; volume of the tongue, soft tissue, or lateral pharyngeal walls); length of the soft palate; abnormal positioning of the maxilla and mandible) may each contribute to a decrease in the cross-sectional area of the upper airway and/or increase the pressure surrounding the airway, both of which predispose the airway to collapse. […] Neuromuscular activity in the UA, including reflex activity, decreases with sleep, and this decrease may be more pronounced in patients with OSA. […] Reduced ventilatory motor output to upper airway muscles is believed to be the critical initiating event leading to UA obstruction; this effect is most pronounced in patients with a UA predisposed to collapse for anatomical reasons. […] Central breathing instability is a well-established factor contributing to the development of central sleep apnea (CSA), particularly in patients with severe congestive heart failure (CHF).
#1 Pathophysiological mechanisms and therapeutic approaches in obstructive sleep apnea syndrome | Signal Transduction and Targeted Therapy
https://www.nature.com/articles/s41392-023-01496-3
When awake, neuronal activation of the dilator muscles ensures that the pharyngeal dilator muscles are activated, thus preventing pharyngeal narrowing and collapse and protecting pharyngeal patency. […] The reduced pharyngeal caliber increases the likelihood of an obstructive event, in addition to the incoordination between the inspiratory activity of the muscles and the respiratory effort, increasing the resistance of the upper airway.
#1 Obstructive Sleep Apnea (OSA): Practice Essentials, Background, Pathophysiology
https://emedicine.medscape.com/article/295807-overview
Evidence also indicates that central breathing instability contributes to the development of OSAS. […] Both static factors and dynamic factors are involved in the development of OSA. Static factors include surface adhesive forces, neck and jaw posture, tracheal tug, and gravity. […] An important static factor that has been found is the reduced diameter of the pharyngeal airway in wakefulness in OSA patients compared with non-OSA patients. […] The Bernoulli effect plays an important dynamic role in OSA pathophysiology. In accordance with this effect, airflow velocity increases at the site of stricture in the airway. […] This effect helps to partially explain why obese patients, and particularly those with fat deposition in the neck, are most likely to have OSA. […] Given these principles, it is understandable why the likelihood of OSA is increased among obese patients, why weight loss decreases the risk of OSA, and why physical examination helps in predicting the presence of OSA.
#1 Pathophysiological mechanisms and therapeutic approaches in obstructive sleep apnea syndrome | Signal Transduction and Targeted Therapy
https://www.nature.com/articles/s41392-023-01496-3
The higher the loop gain is, the less stable the ventilatory chemoreflex control. Unstable ventilatory chemoreflex control could promote airway collapse in OSAS due to hypocapnic hypotonia of the upper airways. […] In addition, high loop gain could lead to a mismatch between the driving force of the respiratory center on the respiratory muscles and the driving force of the upper airway dilator muscles; that is, the activity of the upper airway dilator muscles is not sufficient to counter the negative suction generated by the respiratory muscles during inspiration, which leads to upper airway stenosis and collapse. […] Increased pharyngeal dilator muscle activity in OSAS patients compared with matched controls has been interpreted as evidence of a neuromuscular protective compensatory reflex in response to anatomical compromise in OSAS.
#1 Pathophysiological mechanisms and therapeutic approaches in obstructive sleep apnea syndrome | Signal Transduction and Targeted Therapy
https://www.nature.com/articles/s41392-023-01496-3
A highly collapsed upper airway is the leading cause of OSAS pathogenesis, and the passive Pcrit technique is considered the gold standard for measuring the degree of pharyngeal airway collapse. […] The critical closing pressure of the airway was higher in patients with OSAS than in those without the disorder. […] In recent years, a number of studies have shown that a low respiratory arousal threshold may be an important endotype of OSAS. […] Arousal plays a dual role in the mechanism of OSAS. On the one hand, arousal from sleep at the end of a respiratory event is an important protective mechanism for restoring pharyngeal patency, and patients will resume normal breathing and relieve airway obstruction through neuromuscular and respiratory compensation mechanisms during arousal. […] Thus, respiratory arousal is considered a potentially lifesaving event that could avert asphyxia during sleep.
#1 The pathogenesis of obstructive sleep apnea
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4561284/
Once the airway has collapsed, several factors modify the response to airway obstruction, and affect the ultimate expression of sleep disordered breathing. Neuromuscular responses preserve ventilation and protect against the development of OSA. When neuromuscular compensatory mechanisms are insufficient for a given structural load, ventilatory demand and ventilation dissociate and repeated sleep disordered breathing events ensue. Trade-offs between sleep stability and ventilation can result in a full range of OSA severity and expression. Recurrent arousals and transient increases in airway patency may restore ventilation between periods of sleep, while alterations in neuromuscular responses to upper airway obstruction may improve sleep stability at still suboptimal levels of ventilation.
#1 Central sleep apnea: Pathogenesis – UpToDate
https://www.uptodate.com/contents/central-sleep-apnea-pathogenesis
Central apneas are periods of absent airflow due to lack of respiratory effort. They occur when inhibitory input to the respiratory center of the brain exceeds excitatory input, which may occur during sleep because sleep abolishes wakefulness-related excitatory input. Recurrent central apneas are the hallmark feature of central sleep apnea (CSA), which is a heterogeneous group of disorders with varying etiologies and pathophysiologic mechanisms. […] In this topic review, the pathogenesis of central sleep apnea is discussed. […] Apneic threshold â Respiration during non-rapid eye movement (NREM) sleep is critically dependent on chemical influences, especially arterial carbon dioxide tension (PaCO2). Central apnea results if arterial PaCO2 is lowered below a highly sensitive „apneic threshold”.
#1 Sleep apnea – Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Sleep_apnea
There are two main mechanisms that drive the disease process of CSA, sleep-related hypoventilation and post-hyperventilation hypocapnia. The most common cause of CSA is post-hyperventilation hypocapnia secondary to heart failure. This occurs because of brief failures of the ventilatory control system but normal alveolar ventilation. In contrast, sleep-related hypoventilation occurs when there is a malfunction of the brain’s drive to breathe. The underlying cause of the loss of the wakefulness drive to breathe encompasses a broad set of diseases from strokes to severe kyphoscoliosis.
#1 Central sleep apnea: Pathogenesis – UpToDate
https://www.uptodate.com/contents/central-sleep-apnea-pathogenesis
In patients who manifest central apneas, prolonged hyperventilation, prolonged hypoxia, or concomitant inhibitory factors offset the effects of STP and allow central apnea to occur when the PaCO2 is reduced below the apneic threshold. […] Central apnea occurs in cycles of apnea or hypopnea, alternating with hyperpnea.
#1
https://link.springer.com/article/10.1007/s11910-022-01199-2
The pathogenesis of central sleep apnea (CSA) has a number of etiologies that also have varying underlying mechanisms, and broadly can be attributed to either inadequate ventilatory drive or a paradoxically excessive drive (elevated loop gain). […] Central sleep apnea is a heterogeneous disease with multiple clinical manifestations. […] The regulation of carbon dioxide in the body is a negative feedback control system that is attempting to keep the PaCO2 at roughly 40 mmHg. Major fluctuations in PaCO2 reflect a high gain on the system. […] The prototype for high loop gain is the clinical scenario of Cheyne-Stokes breathing (CSB) whereby individuals, commonly with congestive heart failure, have fluctuations in breathing as a function of CO2 fluctuations. […] Importantly, it should be recognized that CSA related to high loop gain is due to a hyperresponsive system associated with high respiratory drive, and not respiratory control failure leading to low drive.
#1 Central sleep apnea – Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Central_sleep_apnea
After the episode of apnea, breathing may be faster and/or more intense (hyperpnea) for a period of time, a compensatory mechanism to blow off retained waste gases, absorb more oxygen, and, when voluntary, enable a return to normal instinctive breathing patterns by restoring oxygen to the breathing muscles themselves.
#1 Obstructive Sleep Apnea (OSA) – Pulmonary Disorders – MSD Manual Professional Edition
https://www.msdmanuals.com/professional/pulmonary-disorders/sleep-apnea/obstructive-sleep-apnea-osa
Obstructive sleep apnea is due to repetitive collapse of the upper airway during sleep. Sleep destabilizes patency of the upper airway, leading to partial or complete obstruction of the nasopharynx, oropharynx, or both. Airway patency tends to oscillate causing recurrent periods of apnea and recovery. Dynamic factors, including redistribution of dependent edema to the neck during the night while the patient is recumbent, may contribute to upper airway anatomy narrowing. Other factors thought to be important include upper airway muscle responsiveness, sleep stability, and ventilatory control. […] Obstruction causes multiple episodes of apnea or hypopnea, which lead to hypoxia and hypercapnia, all of which disrupt normal sleep, with partial or complete arousals from nonrapid eye movement (NREM) and rapid eye movement (REM) sleep. Inspiratory efforts against a closed upper airway cause swings in intrathoracic pressure that affect cardiac performance. Endothelial and neurotransmitter dysfunction occur. All factors interact to produce significant morbidity and mortality.
#1 Sleep apnea – Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Sleep_apnea
The causes of obstructive sleep apnea are complex and individualized, but typical risk factors include narrow pharyngeal anatomy and craniofacial structure. When anatomical risk factors are combined with non-anatomical contributors such as an ineffective pharyngeal dilator muscle function during sleep, unstable control of breathing (high loop gain), and premature awakening to mild airway narrowing, the severity of the OSA rapidly increases as more factors are present. When breathing is paused due to upper airway obstruction, carbon dioxide builds up in the bloodstream. Chemoreceptors in the bloodstream note the high carbon dioxide levels. The brain is signaled to awaken the person, which clears the airway and allows breathing to resume. Breathing normally will restore oxygen levels and the person will fall asleep again. This carbon dioxide build-up may be due to the decrease of output of the brainstem regulating the chest wall or pharyngeal muscles, which causes the pharynx to collapse. As a result, people with sleep apnea experience reduced or no slow-wave sleep and spend less time in REM sleep.
#1 Sleep apnea and vascular problems: An ancient molecule underlies the mechanism < Yale School of Medicine
https://medicine.yale.edu/news-article/sleep-apnea-and-vascular-problems-an-ancient-molecule-underlies-the-mechanism/
The underlying mechanism of obstructive sleep apnea that causes damage to blood vessels and contributes to hypertension, stroke, and atherosclerosis has been identified by researchers from Yale and elsewhere. […] Current evidence suggests, the authors write, that inflammatory processes, oxidative stress, and dysfunction in the inner lining of blood vessels the endothelium play roles in the vascular complications of OSA. […] The dysregulation of YKL-40 is due, in part, to disruption of vascular endothelial growth factor signaling a signaling protein that helps to create and repair blood vessels.
#1 The relationship between inflammation and neurocognitive dysfunction in obstructive sleep apnea syndrome | Journal of Neuroinflammation | Full Text
https://jneuroinflammation.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12974-020-01905-2
The main mechanisms of OSAS are hypoxia and oxidative stress; however, several studies have demonstrated that inflammation also plays a crucial role in the occurrence and development of OSAS. […] Data provided by numerous studies have proven that inflammation induced by OSAS might trigger the impairment of the vascular endothelial cells and further modify the structure and function of vessels. This impairment leads to endothelial dysfunction, which contributes to various end-organ morbidities, such as cardiovascular disease, metabolic dysfunction and more importantly, the impairment of neurocognitive function. […] The increased evidence collected over several years supports that OSAS should be viewed as low-grade chronic inflammatory diseases and the existence of inflammation can be considered a potential contributing factor to OSAS pathophysiology and comorbidity.
#1 Obstructive Sleep Apnea and Serotoninergic Signalling Pathway: Pathomechanism and Therapeutic Potential
https://www.mdpi.com/1422-0067/25/17/9427
Obstructive Sleep Apnea (OSA) is a disorder characterized by repeated upper airway collapse during sleep, leading to apneas and/or hypopneas, with associated symptoms like intermittent hypoxia and sleep fragmentation. One of the agents contributing to OSA occurrence and development seems to be serotonin (5-HT). Currently, the research focuses on establishing and interlinking OSA pathogenesis and the severity of the disease on the molecular neurotransmitter omnipresent in the human bodyâserotonin, its pathway, products, receptors, drugs affecting the levels of serotonin, or genetic predisposition. The pathogenesis of OSA is marked by its complexity, making it challenging to define the mechanisms through which SERT influences the condition precisely. Nonetheless, a genetic predisposition, including polymorphisms of SERT like 5-hydroxytryptamine transporter variable-number tandem repeat (5-HTTVNTR) and 5-hydroxytryptamine transporter gene-linked polymorphic region (5-HTTLPR), has been identified as playing a significant role in its manifestation.
#1 Obstructive Sleep Apnea and Serotoninergic Signalling Pathway: Pathomechanism and Therapeutic Potential
https://www.mdpi.com/1422-0067/25/17/9427
Despite the extensive research on OSA, there remains a gap in understanding the nuanced interactions between 5-HT modulation in relation to the pathophysiology of OSA. Consequently, the intricate relationship between 5-HTâs regulatory mechanisms and OSAâs pathophysiology underscores the necessity for further exploration in this domain. […] The course of OSA is irreversibly bound to changes in sleep structure. Throughout the sleep-wake cycle, 5-HT, noradrenergic, and histaminergic cells display a consistent pattern of activity. They remain active during wakefulness, exhibit decreased discharge rates during non-rapid eye movement sleep (NREM), and either completely cease or significantly reduce their activity during rapid eye movement (REM) sleep to prevent physical enactment of dreams. […] Impaired respiratory processes instigate the defining characteristic of OSAâintermittent hypoxia (IH). IH is defined as bouts of blood O2 desaturation and is associated with 5-HT. Studies show hypoxia alters 5-HT levels and receptor functions, with significant reductions in plasma 5-HT and increased uptake and degradation observed in animal models. Hypoxia also affects the 5-HT1A receptor, which is crucial for cognitive functions and can induce phrenic long-term facilitation (pLTF), potentially reducing apneas. […] These findings suggest that intermittent hypoxia, a key feature of OSA, affects 5-HT levels and receptor function, potentially impacting both respiratory and cognitive processes. Understanding these mechanisms sheds light on the link between OSA and neurodegenerative conditions.
#1 MECHANISMS OF APNEA
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3427748/
Early studies of OSA treatment with tracheostomy reported persistent cyclical oscillations in breathing with central apnea-hyperpnea during sleep and led to the suggestion that central breathing control may be abnormal in obstructive sleep apnea. […] Apneas and hypopneas are in many cases terminated with a brief awakening (arousal) from sleep. […] There are several possible mechanisms by which OSA may lead to adverse cardiovascular outcomes. […] The term central sleep apnea (CSA), defined by cessation of airflow without respiratory effort, is often used to describe several distinct yet interrelated conditions. […] Unlike the ongoing respiratory efforts against a compromised upper airway that occur in OSA, the various forms of CSA are characterized by a lack of drive to breathe during sleep.
#1 MECHANISMS OF APNEA
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3427748/
The potential for sleep-disordered breathing to contribute to cardiovascular disease and vice versa and the underlying mechanisms are questions of ongoing investigation. […] While significant pathophysiological overlap clearly exists between CSA and OSA, and both tend to worsen during lighter stages of sleep and improve somewhat during deeper sleep stages, they differ considerably during REM sleep. […] The underlying mechanisms that contribute to both OSA and CSA are multifactorial. However, both may share common features. Important contributing factors likely include upper airway anatomy, upper airway muscle activity, respiratory control stability, lung volume and arousal from sleep.
#1 The relationship between inflammation and neurocognitive dysfunction in obstructive sleep apnea syndrome | Journal of Neuroinflammation | Full Text
https://jneuroinflammation.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12974-020-01905-2
Findings from clinical and animal studies demonstrated that inflammation might play a crucial role in neuronal cell injury and consequent cognitive impairments associated with CIH. Both clinical and animal experiments demonstrate learning and memory deficits. Impaired attention/vigilance and executive function were only found in clinical studies. Elevated plasma and brain tissue CRP, IL-1, IL-6, TNF-, HMGB1, NF-B, TLR4, and COX-2 levels were observed in CIH animal models. These inflammatory cytokine alterations in animal studies are consistent with the changes in human plasma. Additionally, animal experiments demonstrated increased microglial activation and neuronal apoptosis in various regions of the brain. CPAP has been proven to alleviate CIH-mediated inflammation and cognitive dysfunction in clinical studies.
#1 Study explores mechanisms behind chronic pain related to sleep apnea – UT Health San Antonio
https://news.uthscsa.edu/study-explores-mechanisms-behind-chronic-pain-related-to-sleep-apnea/
More than 100 million people worldwide are affected by obstructive sleep apnea. This health condition causes a person to stop breathing numerous times while they are sleeping. […] A study by The University of Texas Health Science Center at San Antonio (UT Health San Antonio) scientists, published July 30 in Science Signaling, is the first of its kind to explain the mechanism behind persistent pain related to obstructive sleep apnea. […] Jeske and his team discovered that a sleep apnea model studying hyperalgesic priming, or increased sensitivity to, or longer duration of, pain, had not been created. […] To mimic the effects of obstructive sleep apnea in a mouse model, the researchers created a chronic intermittent hypoxia environment. […] In studying the mouse model, Jeskeâs team observed an increase in cytokines, which are molecules released by the immune system that tell other cells to produce an inflammatory state.
#1 Study explores mechanisms behind chronic pain related to sleep apnea – UT Health San Antonio
https://news.uthscsa.edu/study-explores-mechanisms-behind-chronic-pain-related-to-sleep-apnea/
Analysis in this study found an increase of cytokines in both the dorsal root ganglia and sciatic nerve tissue. The cytokines then prime nociceptors to go into the hyperalgesic state, causing a longer duration of pain through peripheral nervous system plasticity. […] From this data, researchers conclude that chronic intermittent hypoxia exposure increases macrophage production of cytokines to prime nociceptors into a hyperalgesic state. […] Findings in this study suggest treatment that corrects the chronic lack of oxygen or targets the peripheral macrophages could correct persistent pain for some obstructive sleep apnea patients. By identifying the mechanisms behind pain related to the condition, future research can explore these and other targeted treatments. […] âThis study represents a significant advancement in our understanding of the relationship between sleep apnea and chronic pain,â said Peter M. Loomer, DDS, PhD, MBA, FACD, dean of the School of Dentistry. âInsight into the role of oxygen deprivation in pain sensitization will pave the way for innovative treatment approaches that could enhance patient outcomes. Creating a novel model of hyperalgesic priming is a fundamental step in understanding the underlying mechanisms behind chronic pain in relation to sleep apnea.â
#1 Mechanisms of obstructive sleep apnea development
https://www.e-jsm.org/journal/view.php?number=90
Although obstructive sleep apnea (OSA) is a major public health problem, the pathogenesis of OSA is not fully understood. According to recent studies, development of OSA generally depends on the followings : (1) upper airway anatomy, (2) the ability of upper airway dilator muscle to respond to stimulation, (3) loop gain, (4) arousal threshold. These factors determine upper airway patency and ventilatory control stability. Thus, abnormalities in these systems lead to a narrowed, more collapsible pharyngeal airway and ventilator control instability, which lead in turn to development of OSA. OSA is a heterogeneous disorder which can develop as the result of a variety of physiologic characteristics, and may differently respond to therapeutic approaches based on the predominant abnormality. Therefore, the treatment of OSA must be individualized to the cause of the development of OSA.
#2 The pathogenesis of obstructive sleep apnea – Pham – Journal of Thoracic Disease
https://jtd.amegroups.org/article/view/4971/html
Current evidence suggests that disturbances in PCRIT play a primary role in OSA pathogenesis. The role of pharyngeal obstruction in OSA pathogenesis can be considered in light of Kochs postulates, which establish criteria for demonstrating a causal relationship between pathogenic factors that promote upper airway obstruction and the overt polysomnographic manifestation of the disease. These principles require first and foremost that pathogenic factors causing upper airway collapse are associated with OSA. […] Additional evidence for the primacy of upper airway collapse in OSA pathogenesis is provided by studies demonstrating a dose-response relationship between pharyngeal collapsibility and severity of OSA. As PCRIT rises progressively, increases in severity of upper airway obstruction during sleep have also been observed clinically.