Effetto della servoventilazione sulla regolazione della CO2 e sulla variabilità della frequenza cardiaca

La sindrome da apnea-ipopnea ostruttiva del sonno (OSAHS) è una condizione caratterizzata da collasso parziale intermittente e chiusura delle vie aeree superiori (UA). Ciò porta alla frammentazione del sonno, alla desaturazione dell'ossigeno, all'ipercapnia e all'attivazione del sistema nervoso simpatico. OSAHS è anche associato a eccessiva sonnolenza diurna, così come ad altre disfunzioni comportamentali, funzionali, cardiovascolari e cognitive.

La pressione positiva continua delle vie aeree (CPAP) è il trattamento più efficace per l'OSAHS. CPAP stabilizza le vie aeree e previene l'instabilità e il collasso. Con una via aerea stabile, la respirazione continua in modo normale, lo scambio di gas è migliorato e non vi è alcuna interruzione del sonno correlata alla respirazione disturbata.

La CPAP viene applicata alle vie aeree superiori tramite una maschera che copre il naso o il naso e la bocca e riduce/elimina i disturbi respiratori del sonno. Il periodo di massima suscettibilità al collasso delle vie aeree è alla fine dell'espirazione e durante la prima inspirazione. Durante l'inalazione, le pressioni negative vengono generate nelle vie aeree dal normale processo di ventilazione (aumento del volume toracico e riduzione della pressione intratoracica). La pressione costante della CPAP supporta le vie aeree durante tutto il ciclo ventilatorio.

Nel laboratorio del sonno, viene eseguita la titolazione della pressione positiva delle vie aeree per determinare le pressioni CPAP efficaci. Durante la procedura, il paziente viene strumentato per la polisonnografia completa (PSG). La terapia viene applicata e la pressione viene regolata durante la notte per stabilizzare le vie aeree superiori e il ritmo respiratorio. Con la CPAP convenzionale, alle vie aeree viene applicato un singolo livello di pressione. Sebbene adeguata per la maggior parte dei pazienti con apnea ostruttiva del sonno, questa prescrizione statica presenterà delle sfide in alcuni pazienti e condizioni.

Altre forme di pressione positiva delle vie aeree approvate per il trattamento dell'OSAHS includono la regolazione automatica della CPAP (Auto CPAP), la pressione positiva delle vie aeree a due livelli (BiPAP) e la regolazione automatica della BiPAP. Auto CPAP valuta il modello del flusso d'aria e regola la pressione per ottimizzare il flusso d'aria. La CPAP automatica si adatta ai pazienti che presentano requisiti di pressione altamente variabili (ad esempio, apnea notturna dipendente dallo stadio del sonno o dalla posizione del corpo). La regolazione automatica può essere utilizzata nei pazienti per i quali la titolazione della terapia in laboratorio è ritardata o impossibile.

L'algoritmo REMStar Auto è proattivo e basato sul flusso. Valuta il flusso inspiratorio e determina la limitazione del flusso imminente o effettiva. Ciò si verifica in concerto con un programma di aggiustamenti della pressione progettato per valutare la pressione alla quale le vie aeree sono suscettibili di collasso e mantiene le pressioni leggermente al di sopra della pressione critica. Il paziente è protetto da eventi di "sfondamento" con una serie completa di risposte intelligenti agli eventi del flusso d'aria e al russamento.

La terapia BiPAP è un'altra alternativa. Con la terapia BiPAP, il pattern respiratorio del paziente viene monitorato per identificare le fasi inspiratoria ed espiratoria. La pressione aumenta durante l'inspirazione e diminuisce durante l'espirazione. La pressione espiratoria (EPAP) viene regolata per prevenire il collasso delle vie aeree e la pressione inspiratoria (IPAP) viene regolata per prevenire limitazione del flusso aereo, ipopnea, russamento o desaturazione arteriosa non associata a completa ostruzione delle vie aeree. La terapia BiPAP differisce dalla terapia CPAP, in quanto oltre a stabilizzare le vie aeree, lo sforzo inspiratorio è assistito dalla differenza tra la pressione inspiratoria ed espiratoria.

Ai pazienti con OSAHS può essere prescritta la terapia BiPAP se la terapia CPAP non è tollerata. La terapia BiPAP può anche essere prescritta per pazienti con altri disturbi respiratori o per pazienti con disfunzione respiratoria e del sonno.

I pazienti che soffrono di ventilazione ridotta a causa di malattie polmonari, disturbi neuromuscolari o problemi con il controllo della respirazione possono sperimentare ipoventilazione notturna che è peggiore durante il sonno che durante la veglia. Questi pazienti sono in genere più complessi e richiedono una valutazione e un follow-up più approfonditi rispetto ai pazienti che soffrono solo di OSAHS. I pazienti possono anche essere più vulnerabili alla perdita o all'interruzione del trattamento e spesso richiedono modalità e funzionalità più avanzate come allarmi e respiri di backup temporizzati.

I pazienti con OSAHS possono rispondere all'aumento della terapia CPAP o BiPAP dimostrando uno spostamento della natura dell'apnea da ostruttiva a centrale. In questi casi, i pazienti potrebbero non ricevere un trattamento adeguato con CPAP poiché livelli di pressione inferiori non gestiscono l'instabilità delle vie aeree lasciando un'ostruzione residua delle vie aeree, mentre livelli di pressione più elevati sono associati a eventi emergenti di CPAP. Questa condizione è indicata come CPAP Emergent Complex Apnea.

Auto SV (Auto Servo Ventilation) è una modalità di pressione positiva delle vie aeree utilizzata per trattare l'apnea centrale del sonno ostruttiva e complessa. Le sue caratteristiche principali includono:

• Normalizzazione della ventilazione regolando automaticamente la pressione IPAP per raggiungere una ventilazione target.
• Fornitura di respiri di backup temporizzati durante le apnee centrali. La velocità di backup ottimale viene determinata automaticamente dal dispositivo in base alla respirazione del paziente.
• Controllo automatico della pressione EPAP per il trattamento di eventi ostruttivi.

Diversi produttori producono questi tipi di dispositivi. Gli algoritmi utilizzati per determinare IPAP, EPAP e frequenza respiratoria minima sono diversi. Il maggior numero di questi dispositivi attualmente in uso è BiPAP AutoSV Advanced System One (Philips Respironics, Murrysville PA), Dreamstation BiPAP AutoSV e VPAP (variable positive airway pressure) Adapt S7 (ResMed Corp., San Diego CA).

La servoventilazione adattiva (ASV) è una modalità di pressione positiva delle vie aeree utilizzata per trattare l'apnea notturna centrale e l'apnea notturna complessa. Le caratteristiche principali della modalità Auto SV includono; normalizzazione della ventilazione regolando automaticamente IPAP per raggiungere e stabilizzare una ventilazione target; fornitura di respiri di backup temporizzati durante le apnee centrali in cui la frequenza di backup ottimale viene determinata automaticamente dal dispositivo in base alla respirazione del paziente; e controllo automatico dell'EPAP per il trattamento di eventi ostruttivi.

In un recente studio è stato riscontrato che la versione precedente del VPAP Adapt (S7) comporta un aumento del rischio di mortalità per tutte le cause rispetto al gruppo di controllo che prevedeva la gestione medica in pazienti con insufficienza cardiaca con frazione di eiezione ridotta e apnea notturna prevalentemente centrale ( SERVE-HF). Un editoriale di accompagnamento di Magalang e Pack ha suggerito che gli algoritmi del dispositivo potrebbero aver avuto un ruolo, in particolare, maggiori livelli di pressione assistita e aumento associato della ventilazione minuto. Ciò è stato supportato dalle misurazioni della ventilazione minuto fornita dal dispositivo S7 nella prova che è risultata essere maggiore rispetto ad altri dispositivi di servoventilazione. Tali livelli aumentati di ventilazione potrebbero potenzialmente causare alcalosi respiratoria che, a sua volta, potrebbe portare al prolungamento dell'intervallo QT e ad aritmie cardiache. I ricercatori hanno recentemente eseguito uno studio sull'interazione paziente-ventilatore in pazienti con apnea notturna complessa e contrattilità cardiaca conservata (frazione di eiezione ventricolare sinistra> 45%) al fine di determinare le prestazioni di vari dispositivi ASV sui parametri respiratori - come ventilazione minuto e apnea - indice di ipopnea. Al fine di facilitare la fattibilità e promuovere la sicurezza, i ricercatori hanno evitato di eseguire lo studio nella popolazione target dello studio SERVE-HF, vale a dire pazienti con apnea centrale del sonno predominante e insufficienza cardiaca con frazione di eiezione ridotta (HFreF). I ricercatori hanno eseguito lo studio solo su pazienti con frazione di eiezione conservata (LVEF > 45%). Nell'attuale proposta, i ricercatori propongono di eseguire lo studio su pazienti con apnea notturna prevalentemente ostruttiva e HFreF che necessitano di terapia ASV a causa di apnee centrali emergenti da PAP.

Nello studio precedente, al fine di evitare l'intolleranza alla terapia del dispositivo, i ricercatori hanno preferito studiare i pazienti che erano già aderenti all'uso della terapia di servoventilazione a casa. Gli investigatori faranno lo stesso nello studio attualmente proposto. Nello studio precedente, i ricercatori hanno scoperto che il dispositivo S7 portava a una maggiore ventilazione minuto rispetto ad altri dispositivi e che tali maggiori livelli di ventilazione minuto erano attribuibili a un volume corrente maggiore, una frequenza respiratoria più elevata e una maggiore pressione assistita. È interessante notare che c'era un prolungamento dell'intervallo QTc e una tendenza a maggiori contrazioni ventricolari premature negli stessi pazienti durante le notti in cui erano esposti al dispositivo S7. Sebbene la base meccanicistica di questo risultato sia potenzialmente attribuibile alla ventilazione eccessiva e ai relativi effetti pro-aritmici dell'ipocapnia, i ricercatori non avevano eseguito misurazioni della pressione parziale di CO2 (PaCO2) in questo studio precedente. Nello specifico, non è chiaro se la terapia con il dispositivo S7 porti a livelli di PaCO2 più bassi rispetto ad altri dispositivi e se tali effetti siano aumentati in soggetti con elevato guadagno di loop (apnea notturna complessa nel contesto di HFreF).

L'aumento della ventilazione minuto (Ve) durante la veglia provoca ipocapnia (alcalosi respiratoria) che, a sua volta, potrebbe causare ipokaliemia. L'ipokaliemia dovuta a spostamenti intracellulari notturni degli ioni di potassio può prolungare l'intervallo QT. In teoria, l'alcalosi notturna dovuta a un'eccessiva ventilazione può portare a ipokaliemia diurna e prolungamento dell'intervallo QTc attraverso la perdita renale di potassio durante la notte con conseguenti effetti sul prolungamento dell'intervallo QTc durante il giorno. Il prolungamento dell'intervallo QTc osservato durante la terapia con S7 era di piccola entità (~ 20 msec), ma tali effetti possono essere amplificati nei pazienti con insufficienza cardiaca che sviluppano alcalosi metabolica a causa di diuretici dell'ansa. I ricercatori, tuttavia, non hanno misurato i livelli sierici di potassio che era un limite di studio. Nell'attuale proposta, i ricercatori verificheranno gli effetti della terapia notturna con ASV sui livelli sierici di potassio. Infine, i ricercatori esploreranno la variabilità interindividuale nella suscettibilità nell'intervallo Ve o QTc misurato.