Machbarkeit und Vorhersagegenauigkeit eines computergesteuerten Unterkieferpositionierers für den Heimgebrauch bei der Identifizierung günstiger Kandidaten für eine orale Gerätetherapie

I. HINTERGRUND UND BEDEUTUNG

Obstruktive Schlafapnoe (OSA) ist eine häufige Erkrankung, die erhebliche Risiken für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Sterblichkeit und wirtschaftliche Kosten birgt. Vor fast dreißig Jahren ergaben erste Bevölkerungsstudien, dass die Prävalenz von OSA fünf bis neun Prozent der erwachsenen Bevölkerung beträgt. Übermäßiges Körpergewicht ist ein Risikofaktor für die Entwicklung von OSA, und der jüngste Anstieg der Prävalenz von Fettleibigkeit hat zu revidierten Schätzungen der OSA-Prävalenz geführt, die nun bei siebzehn Prozent der erwachsenen Bevölkerung liegt. OSA wird klinisch kaum erkannt; derzeit bleiben 85 % der Apnoen unerkannt und unbehandelt.

OSA leitet sich im Wesentlichen von strukturellen Anomalien des Pharynx ab, die eine Verengung oder Schließung des Pharynx während des Schlafs verursachen und wiederkehrende Apnoen und Hypopnoen hervorrufen. Im Wachzustand schützen kompensatorische neuromuskuläre Reflexe den Pharynx vor dem Kollaps. Diese Reflexe gehen während des Schlafs verloren, wodurch der kollabierbare menschliche Pharynx anfällig für eine Verengung oder Schließung bleibt. Nasaler kontinuierlich positiver Atemwegsdruck (CPAP), bestehend aus einem Luftgenerator und einer Nasenmaske, ist die Standardtherapie für OSA. CPAP liefert einen positiven Druck auf das Pharynxlumen, wodurch es erweitert und eine Obstruktion beseitigt wird. Obwohl diese Therapie hochwirksam ist, ist sie umständlich, und ihre Wirksamkeit wird durch eine relativ niedrige Adhärenzrate beeinträchtigt. Die Adhärenz hängt von den Methoden ab, die zur Einleitung der Therapie verwendet werden, und vom Schweregrad der OSA, wobei sie bei Patienten mit schwererer Hypoxämie und übermäßiger Tagesmüdigkeit höher ist. In der gegenwärtigen Praxis scheint die CPAP-Einhaltungsrate ungefähr fünfzig Prozent zu betragen.

Die einzige derzeit verfügbare Alternative zu CPAP ist die Oral-Appliance-Therapie (OA). Orale Vorrichtungen erhalten die Durchgängigkeit der Atemwege während des Schlafs aufrecht, indem sie den Unterkiefer und/oder die Zunge stabilisieren und vorschieben. Die am häufigsten verwendete Art von OA ist ein maßgefertigter Unterkiefer-Repositionierer (MR), der den Unterkiefer herausragt. Der Unterkiefervorsprung bei gelähmten Personen erweitert sowohl den Velopharynx als auch den Oropharynx. In der klinischen Praxis fertigt ein spezialisierter Zahnarzt eine individuell angepasste Apparatur an, die die oberen und unteren Zähne abdeckt. Die Vorrichtung wird dann empirisch angepasst, um den Unterkiefer schrittweise vorzuschieben, bis ein therapeutischer Endpunkt erreicht ist. Die OA-Therapie wird von OSA-Patienten besser akzeptiert als nasales CPAP, und die selbstberichteten Adhärenzraten sind hoch. Leider ist die OA-Therapie bei OSA nicht einheitlich wirksam. Die berichtete Wirksamkeit reicht von 50 bis 70 Prozent, und unsere aktuelle Studie ergab eine Erfolgsquote von 58 Prozent. Kurz gesagt, stehen derzeit zwei Therapien zur Behandlung von OSA zur Verfügung, und jede hat ihre eigenen Mängel: 1) CPAP ist wirksam, wird aber von Patienten nicht einheitlich vertragen; und 2) OAT ist nicht sehr wirksam, wird aber besser vertragen als CPAP.

II. AKTUELLER STATUS DER MEDIZINISCHEN PRAXIS

Aufgrund der Ungewissheit bezüglich der Verwendung der OA-Therapie zur Behandlung von OSA konzentrieren sich die gegenwärtigen Praktiken in Nordamerika hauptsächlich auf die Verwendung von nasalem CPAP. Nahezu alle Personen, bei denen OSA festgestellt wurde, erhalten einen Versuch mit nasalem CPAP. Wenn sich herausstellt, dass sie diese Therapie nicht einhalten, kann ihnen dann eine OA-Therapie angeboten werden. Die American Academy of Sleep Medicine empfiehlt die OA-Therapie als CPAP-Alternative bei Personen mit leicht bis mittelschwerer OSA. In Ermangelung eines gültigen Tests zur klinischen Auswahl von Patienten mit OSA, die positiv auf die OA-Therapie ansprechen, wird die Kostenerstattung für die OA-Therapie in der Regel nur für Apnoepatienten gewährt, bei denen CPAP fehlschlägt.

Die Wirksamkeit der OA-Therapie könnte verbessert werden, indem Patienten mit OSA gescreent und prospektiv diejenigen identifiziert werden, die für diese Therapie geeignet sind. Leider fehlt derzeit ein Verfahren zur Auswahl günstiger Kandidaten für die OA-Therapie. Darüber hinaus hat der Zahnarzt, selbst wenn bekannt ist, dass ein Proband ein bevorzugter Kandidat ist, derzeit keine Möglichkeit, die angestrebte therapeutische protrusive Position zu bestimmen. Studien des passiven Pharynx weisen darauf hin, dass die Reaktion des Pharynx auf das Vorstehen des Unterkiefers „dosisabhängig“ ist; eine inkrementelle Protrusion des Unterkiefers erzeugt eine entsprechende Pharynxvergrößerung. Die klinische Erfahrung zeigt jedoch, dass eine übermäßige Protrusion des Unterkiefers unerwünscht ist und Nebenwirkungen wie Schmerzen und Zahnbewegungen hervorruft, die zum Abbruch der Therapie führen. In einigen Fällen kann eine Überprotrusion die OSA verschlimmern. Die derzeitige Praxis besteht darin, dass der Zahnarzt den Unterkiefer schrittweise vordrückt, bis eine symptomatische Reaktion auftritt, und dann den Patienten erneut beurteilt, um festzustellen, ob die OSA abgeklungen ist. Somit würde die prospektive Identifizierung geeigneter Kandidaten und einer angestrebten protrusiven Position die Behandlung von OSA mit OA erheblich erleichtern.

Die obstruktive Schlafapnoe (OSA) ist vor allem aufgrund ihres Zusammenhangs mit übermäßigem Körpergewicht wohl die am weitesten verbreitete chronische nicht übertragbare Krankheit in den Industriegesellschaften geworden, wenn man davon ausgeht, dass Fettleibigkeit nicht als Krankheit eingestuft wird. Neben der Beeinträchtigung der Lebensqualität birgt OSA ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Fahrzeugunfälle. Schließlich bleibt die Mehrheit der Apnoen unerkannt und unbehandelt. Somit weist OSA alle Merkmale eines großen Problems der öffentlichen Gesundheit auf, das alle Altersgruppen betrifft und epidemische Ausmaße annimmt. Leider scheinen die aktuellen medizinischen Praktiken nicht geeignet zu sein, um mit den Herausforderungen umzugehen, die OSA mit sich bringt.

Der vielleicht beunruhigendste Aspekt der gegenwärtigen medizinischen Praktiken bezieht sich auf die umständlichen, uninteressanten und teuren Methoden, die derzeit zur Diagnose und Behandlung der Krankheit verwendet werden. Die gängige klinische Erfahrung zeigt, dass Patienten sich häufig dem diagnostischen Standardtest, einem Polysomnogramm über Nacht im Krankenhaus, widersetzen, da es zu ausgedehnten Anhaftungen an der Körperoberfläche gibt und weil, wenn OSA vorliegt, während der Behandlung ein kontinuierlicher positiver Atemwegsdruck (CPAP) verabreicht wird zweite Hälfte der Nacht. Mit anderen Worten, mit der Zunahme des öffentlichen Bewusstseins für Schlafapnoe hat sich auch der negative Eindruck der aktuellen Tests und Behandlungen erhöht. Jede wirksame Lösung für die durch Schlafapnoe verursachten Herausforderungen für die öffentliche Gesundheit muss die Notwendigkeit weniger umständlicher und abschreckender klinischer Methoden berücksichtigen. Mit anderen Worten, der gegenwärtige Ansatz für OSA, d. h. Polysomnogramm über Nacht plus CPAP, wird das Problem einfach nicht lösen.

Während einfacheres, kostengünstigeres Heimmonitoring von Schlafmedizinern akzeptiert zu werden scheint, ist CPAP nach wie vor praktisch die einzige Therapie, die den meisten Patienten angeboten wird, trotz der in zahlreichen Studien dokumentierten niedrigen Adhärenzbewertung. Die derzeit vorherrschende Alternative ist die Mandibular Repositioner (MR)-Therapie, bei der eine speziell angepasste Zahnvorrichtung verwendet wird, die während des Schlafs aus dem Unterkiefer herausragt. Trotz der überwältigenden Präferenz der Patienten für OA gegenüber CPAP erhalten nur 5 % der Patienten, bei denen OSA diagnostiziert wurde, diese Therapie. Der wahrscheinliche Grund für die Voreingenommenheit der Ärzte zugunsten der CPAP-Therapie ist, dass sie gutartig und hochwirksam ist. Die OA-Therapie ist zwar ähnlich gutartig, aber nur in 50–70 % der unselektierten Fälle wirksam. Daher zieht es der Kliniker vor, die zuverlässigere Therapie zu verschreiben, da er sich weniger Sorgen um die niedrige Adhärenzrate macht. Zusammenfassend betont die derzeitige Praxis der Diagnose und Behandlung von OSA in Nordamerika teure Tests im Krankenhaus und den Beginn einer Therapie, die für viele Patienten schwierig zu akzeptieren und regelmäßig anzuwenden ist.

III. NEUE TECHNOLOGIEN

Die vorgeschlagene Forschung evaluiert neue Technologien, die zur Linderung der oben beschriebenen Schwierigkeiten beitragen könnten, indem sie eine genaue Auswahl von Patienten für die OA-Therapie unter Verwendung eines Tests ermöglichen, der zu Hause durchgeführt wird. Diese Heimtechnologie ist wiederum von einem Gerät abgeleitet, das Zephyr Sleep Technologies erfunden, entwickelt und jetzt auf den Markt gebracht hat, das als ferngesteuerter Unterkieferpositionierer (RCMP) bezeichnet wird.

Um über eine bequemere und kostengünstigere Methode zur Auswahl geeigneter Kandidaten für die OA-Therapie zu verfügen, hat Zephyr Sleep Technologies eine begleitende Technologie für den Einsatz zu Hause entwickelt. Wie beim RCMP schläft der Patient mit dem motorisierten Unterkieferpositionierer an Ort und Stelle. Die Position des Unterkieferprotruders wird jedoch von einem Computer und nicht von einem Schlaftechniker gesteuert, was ihn zu einem computergesteuerten Unterkieferpositionierer (CCMP) macht. Wie in der RCMP-Studie werden der Atemluftstrom und die Sauerstoffsättigung aufgezeichnet, und das CCMP erkennt Apnoen und Hypopnoen genau in Echtzeit. Bioelektrische Signale, die für die Einstufung des Schlafs erforderlich sind, werden jedoch nicht aufgezeichnet. Der CCMP ragt aus dem Unterkiefer heraus, wenn Apnoen oder Hypopnoen erkannt werden. Darüber hinaus führt es proaktive Tests durch, bewegt den Unterkiefer und bewertet die Auswirkungen auf den Luftstrom. Unter Verwendung beider Arten von Informationen entscheidet der Controller, ob der Unterkiefer bewegt werden soll, in welche Richtung und um wie viel. Schließlich hat Zephyr Sleep Technologies einen Analysealgorithmus entwickelt, der die Reaktion des gleitenden Apnoe-Hypopnoe-Index (AHI, die Summe von Apnoen und Hypopnoen pro Zeiteinheit) auf die Unterkieferprotrusion untersucht und eine Vorhersage des Therapieerfolgs bei OA macht.

Das CCMP verwendet den gleichen motorisierten Unterkieferprotruder, der für das MATRx-Produkt verwendet wird. Der Motor ist in einem Gehäuse eingeschlossen, das an den oberen und unteren Geräten befestigt ist. Die Bewegung des linearen Aktuators übt eine Kraft auf den Unterkiefer aus, um ihn entweder vorzuschieben oder zurückzuziehen. Es wurde eine Reihe von Zahnschienen für obere und untere Zähne hergestellt. Dies ermöglicht ein enges Anpassen der Schale an die Zähne des Patienten, so dass eine minimale Menge an Schalenmaterial die Innenfläche der Zähne einnimmt. Ein hochflexibles, dünnes Kabel verbindet den Motor im Unterkieferprotruder mit einem Controller auf einem Nachttisch, der wiederum mit einem Laptop verbunden ist. Außerdem ist eine Eingangssignalbox auf dem Nachttisch mit zwei in der Nase des Patienten positionierten Nasenhöhlenkathetern und einem handelsüblichen Fingeroximeter verbunden. Die Eingangssignalbox ist mit dem Laptop verbunden und diese beiden Signale (Sauerstoffsättigung und Luftstrom) werden von den Computeralgorithmen verwendet, um zu entscheiden, wie der Unterkiefer bewegt werden soll. Der MATRx-Controller erhält Befehle vom Computer, die ihn dazu veranlassen, den Unterkiefer in kleinen, definierten Schritten zu protrudieren oder zu retrudieren. Der Controller hat auch eine kabelgebundene Ausgangsverbindung zum Eingabefeld des Computers, wodurch der Computer kontinuierlich mit Informationen bezüglich der Position des Unterkiefers versorgt wird. Die Auslenkungsgrenzen des Aktuators werden vom Techniker in der Software gemäß den vom Zahnarzt notierten Werten für volle Retrusion und volle Protrusion eingestellt. Somit kann der Computer den Unterkiefer während der CCMP-Untersuchung nur zwischen vordefinierten Grenzen bewegen. Die Signalbox empfängt auch Eingangssignale von einem Mikrofon und einem Positionssensor, die auf dem Unterkieferpositionierer angebracht sind, sowie einen Eingang von einem Kraftaufnehmer innerhalb des Positionierers.

IV. STUDIENVERFAHREN

Die Teilnehmer erhalten eine zweitägige kardiopulmonale Bewertung zu Hause während des Schlafs mit dem Snore Sat Recorder. Die Ergebnisse werden Basisdaten liefern. Vor der In-Home-CCMP-Studie wird der Proband vom zahnärztlichen Mitprüfer beurteilt, um sicherzustellen, dass er für die Erprobung und Verwendung des Geräts geeignet ist. Anschließend werden sie vom zahnärztlichen Mitprüfer mit einer oberen und einer unteren Zahnschiene ausgestattet. Der Zahnarzt füllt jeden Löffel mit einem Silikon-Abformmaterial und trägt es auf die oberen und unteren Zähne auf. Die relative Position von oberem und unterem Tablett wird durch die numerische Ablesung einer linearen Skala dokumentiert, die auf der Gleitstrebe des unteren Tabletts aufgedruckt ist. Das Subjekt bewegt den Unterkiefer in die Ruheposition, die am weitesten zurückgezogene Position und die am weitesten hervorstehende Position. Die Skala wird vom Zahnarzt an jeder Position abgelesen. Die gesammelten Daten werden dem Forschungskoordinator zur Verfügung gestellt und in das Gerät eingegeben, um den vom Gerät getesteten Vorsprungsbereich zu steuern.

Der klinische Koordinator wird den Probanden am Tag des ersten Nachttests zu Hause besuchen und die Computerausrüstung und den Unterkieferpositionierer einrichten. Um die Zahnschalen des Subjekts anzubringen, werden die oberen und unteren Schalen an das Aktuatorgehäuse geklemmt, wobei der Aktuatorkolben vollständig zurückgezogen ist. Die vom Zahnarzt festgelegte maximal zulässige Protrusionsposition wird in den Computer eingegeben, um eine übermäßige Protrusion des Unterkiefers zu verhindern. Der Computer steuert die Bewegung des linearen Aktuators in protrusive oder retrusive Richtungen in Inkrementen von 0,2 mm über die Tastatur des Computers. Die Position des Aktuators wird als Eingabe mit dem Computer verbunden. Unmittelbar vor Beginn der Untersuchung liegt die Person auf dem Rücken im Bett und führt die Zahnschienen in den Mund ein, wobei sich die Schienen in der Ruheposition befinden.

Der klinische Koordinator wird dem Probanden auch eine vollständige Anleitung zur Verwendung des Geräts während der Studie geben. Der Proband wird angewiesen, die mit dem Unterkieferpositionierer verbundenen Schalen richtig in den Mund einzuführen. Der Proband lernt auch, die Fingeroximetersonde und die Nasenhöhlenkanüle anzubringen. Dem Probanden wird beigebracht, wie der CCMP-Test gestartet, angehalten und am Ende der Studie beendet wird. Zur Schlafenszeit bringt die Person die Nasenhöhlenkanüle und die Sonde an, führt das Tablett in den Mund ein und initiiert die CCMP-Untersuchung durch den entsprechenden Befehl auf dem Laptop. Das Subjekt schläft dann ein, und wenn Apnoen und/oder Hypopnoen auftreten, wird der Computer den Unterkiefer aus der Ruheposition in 0,2-mm-Schritten vorschieben. Sobald alle Atemstörungen beseitigt sind (Fehlen von Apnoen, Hypopnoen), wird ein proaktiver Test durchgeführt, bei dem der Unterkiefer um 0,6 mm protrudiert oder retrudiert wird. Wenn letzteres zu einer Verringerung des inspiratorischen Spitzenluftstroms führt oder wenn ersteres zu einem Anstieg dieser Variablen führt, wird der Unterkiefer um 0,6 mm vorgeschoben und so weiter. Am nächsten Morgen wacht die Testperson auf und entfernt die Oralschiene, beendet das CCMP-Programm und überträgt die Daten der Nacht durch einen Mausklick auf eine Sendeschaltfläche an den Server. Der Proband füllt jeden Morgen einen Fragebogen zur Gerätezufriedenheit aus.

Die Daten der Titration in der ersten Nacht werden abgerufen und automatisch analysiert, um die Wirksamkeit der Unterkieferprotrusion bei der Beseitigung der Pharynxobstruktion zu beurteilen und die effektive Zielposition der Protrusion zu identifizieren, die für eine erfolgreiche Therapie erforderlich ist. Wenn das vorhergesagte Erfolgskriterium nicht erfüllt ist, wird das Subjekt vorläufig als therapeutisches Versagen vorhergesagt, und ein Ziel von 90 % der vollen Protrusion wird ausgewählt. Nachdem die Analyse abgeschlossen ist, kehrt der klinische Koordinator zum Haus des Probanden zurück und legt die Zielposition für die zweite nächtliche CCMP-Studie fest.

Während des Hausbesuchs vor der zweiten Nachtstudie bespricht der klinische Koordinator mit dem Probanden seine/ihre Erfahrungen während der ersten Nacht und erkundigt sich sorgfältig nach etwaigen Beschwerden oder Problemen, die der Proband möglicherweise erlebt hat. Der Koordinator stellt den CCMP für das Verfeinerungs- und Verifizierungsprogramm ein und gibt die entsprechende Zielentfernung ein. Zur Schlafenszeit bereitet sich der Proband wie in der ersten Nacht auf das Studium vor.

Der CCMP-Algorithmus bewegt den Unterkiefer in die Zielposition und hält ihn dort für die ganze Nacht, wenn der sich bewegende AHI (d. h. AHI für die Zeit nach Erreichen des Ziels, anfänglich gemessen über mindestens 2 h) bleibt unter 10 h-1, ±0,6 mm. Anderenfalls wird der Computer den Unterkiefer in 0,2-mm-Schritten vorschieben und den Test mit einer höheren Protrusionsstufe wiederholen. Am nächsten Morgen wacht die Testperson auf und entfernt die orale Apparatur, beendet das CCMP-Programm und überträgt die Daten der Nacht an den Zephyr-Server durch einen Mausklick auf eine Sendeschaltfläche. Der Proband füllt den Fragebogen zur Gerätezufriedenheit aus.

Der Computer berechnet einen AHI für die ganze Nacht. Die Ergebnisse der Titrationsstudien in der ersten und zweiten Nacht werden einem Schlafmediziner zur Verfügung gestellt, der die Ergebnisse überprüft und die Vorhersage verfeinert, um zu einer endgültigen Vorhersage des therapeutischen Ergebnisses und der angestrebten protrusiven Einstellung zu gelangen.

Die aus der Analyse der kombinierten Titrationsstudien bestimmte protrusive Zielposition wird dann an den Zahnarzt gesendet. Für Patienten, bei denen ein Erfolg prognostiziert wird, wird die minimale effektive Position bereitgestellt. Für Patienten, bei denen ein Misserfolg vorhergesagt wird, dient der Skalenwert bei 70 Prozent der maximalen Protrusion als Scheinzielwert. Der Zahnarzt wird blind darüber informiert, ob die CCMP-Testergebnisse „positiv“ oder „negativ“ waren. Der Proband wird an den zahnärztlichen Mitprüfer überwiesen und kostenlos mit einer maßgefertigten oralen Apparatur ausgestattet, während er für die Ergebnisse der CCMP-Studien verblindet ist.

An zwei aufeinanderfolgenden Nächten wird eine tragbare kardiopulmonale Nachsorgeüberwachung durchgeführt, wobei sich die orale Apparatur in der protrusiven Zieldistanz befindet. Wenn der AHI größer als 10 h-1 ist, wird der Proband an den zahnärztlichen Co-Untersucher für eine weitere Unterkieferprotrusion überwiesen. Diese Anpassung wird in einem Zeitraum von mindestens 3 Wochen durchgeführt. Der Proband wird erneut getestet und die Therapie gemäß den oben beschriebenen Kriterien als erfolgreich beurteilt. Wenn der AHI größer als 10 h-1 ist, wird die OA-Therapie nach Erreichen der maximalen klinischen Protrusion des Unterkiefers als fehlgeschlagen betrachtet.