Effekt av servoventilasjon på CO2-regulering og hjertefrekvensvariabilitet

Obstruktiv søvnapné-hypopné-syndrom (OSAHS) er en tilstand karakterisert ved intermitterende delvis kollaps og lukking av de øvre luftveiene (UA). Dette fører til søvnfragmentering, oksygendesaturasjon, hyperkarbi og aktivering av det sympatiske nervesystemet. OSAHS er også assosiert med overdreven søvnighet på dagtid, så vel som annen atferdsmessig, funksjonell, kardiovaskulær og kognitiv dysfunksjon.

Continuous Positive Airway Pressure (CPAP) er den mest effektive behandlingen for OSAHS. CPAP stabiliserer luftveiene og forhindrer ustabilitet og kollaps. Med stabile luftveier fortsetter pusten på en normal måte, gassutvekslingen forbedres, og det er ingen forstyrrelse av søvnen knyttet til pusteforstyrrelser.

CPAP påføres de øvre luftveiene via en maske som dekker nesen eller nesen og munnen og reduserer/eliminerer søvnforstyrrelser. Perioden med maksimal mottakelighet for luftveiskollaps er ved slutten av utåndingen og under tidlig innånding. Under innånding genereres undertrykk i luftveiene ved normal ventilasjonsprosess (økning av thoraxvolum og reduksjon av intrathoraxtrykk). Det konstante trykket av CPAP støtter luftveiene gjennom hele respirasjonssyklusen.

I søvnlaboratoriet utføres titrering av positivt luftveistrykk for å bestemme effektive CPAP-trykk. Under prosedyren blir pasienten instrumentert for full polysomnografi (PSG). Terapi påføres og trykket justeres i løpet av natten for å stabilisere de øvre luftveiene og pustemønsteret. Med konvensjonell CPAP påføres et enkelt trykknivå på luftveiene. Selv om det er tilstrekkelig for et flertall av pasienter med obstruktiv søvnapné, vil denne statiske resepten by på utfordringer for visse pasienter og tilstander.

Andre former for positivt luftveistrykk som er godkjent for behandling av OSAHS inkluderer automatisk justering av CPAP (Auto CPAP), Bi-level Positive Airway Pressure (BiPAP) og automatisk justering av BiPAP. Auto CPAP evaluerer luftstrømmønsteret og justerer trykket for å optimalisere luftstrømmen. Auto CPAP imøtekommer pasienter som har svært varierende trykkkrav (f.eks. søvnstadium eller kroppsposisjonsavhengig søvnapné). Den automatiske justeringen kan brukes hos pasienter der titrering av laboratorieterapi enten er forsinket eller umulig.

REMStar Auto-algoritmen er proaktiv og flytbasert. Den evaluerer inspirasjonsstrømmen og bestemmer forestående eller faktisk strømningsbegrensning. Dette skjer i samspill med et program med trykkjusteringer designet for å evaluere trykket der luftveien er mottakelig for å kollapse og opprettholder trykket litt over det kritiske trykket. Pasienten er beskyttet mot "gjennombrudd"-hendelser med et komplett utvalg av intelligente responser på luftstrømhendelser og snorking.

BiPAP-terapi er et annet alternativ. Med BiPAP-terapi overvåkes pasientens pustemønster for å identifisere inspirasjons- og ekspirasjonsfasen. Trykket økes under innånding og reduseres under utånding. Ekspirasjonstrykket (EPAP) justeres for å hindre luftveiskollaps og inspirasjonstrykket (IPAP) justeres for å forhindre luftstrømsbegrensning, hypopné, snorking eller arteriell desaturasjon som ikke er forbundet med fullstendig luftveisobstruksjon. BiPAP-terapi skiller seg fra CPAP-terapi, ved at i tillegg til å stabilisere luftveiene, assisteres inspiratorisk innsats av forskjellen mellom inspirasjons- og ekspirasjonstrykket.

Pasienter med OSAHS kan bli foreskrevet BiPAP-behandling dersom CPAP-behandling ikke tolereres. BiPAP-behandling kan også foreskrives til pasienter med andre luftveislidelser eller for pasienter med både søvn og respirasjonsrelatert dysfunksjon.

Pasienter som opplever redusert ventilasjon fra lungesykdom, nevromuskulære lidelser eller problemer med å kontrollere pusten, kan oppleve nattlig hypoventilasjon som er verre under søvn enn under våkenhet. Disse pasientene er vanligvis mer komplekse og krever mer omfattende evaluering og oppfølging enn pasienter som bare lider av OSAHS. Pasienter kan også være mer sårbare for tap eller avbrudd i behandlingen og krever ofte mer avanserte moduser og funksjoner som alarmer og tidsbestemt reservepust.

OSAHS-pasienter kan reagere på økninger i CPAP- eller BiPAP-behandling ved å demonstrere et skifte i apnéens natur fra obstruktiv til sentral. I disse tilfellene kan det hende at pasienter ikke får adekvat behandling med CPAP siden lavere trykknivåer ikke håndterer ustabiliteten i luftveiene og etterlater gjenværende luftveisobstruksjon, mens høyere trykknivåer er assosiert med CPAP-utbrudd. Denne tilstanden omtales som CPAP Emergent Complex Apnea.

Auto SV (Auto Servo Ventilation) er en modus for positivt luftveistrykk som brukes til å behandle obstruktiv og kompleks sentral søvnapné. Hovedfunksjonene inkluderer:

• Normalisering av ventilasjon ved automatisk justering av IPAP-trykk for å oppnå en målventilasjon.
• Tilførsel av tidsbestemte reservepust under sentrale apnéer. Den optimale reservehastigheten bestemmes automatisk av enheten basert på pasientens pust.
• Automatisk kontroll av EPAP-trykk for å behandle obstruktive hendelser.

Flere produsenter produserer denne typen enheter. Algoritmene som brukes til å bestemme IPAP, EPAP og minimum respirasjonsfrekvens er forskjellige. Det største antallet av disse enhetene som for tiden er i bruk er BiPAP AutoSV Advanced System One (Philips Respironics, Murrysville PA), Dreamstation BiPAP AutoSV og VPAP (variabelt positivt luftveistrykk) Adapt S7 (ResMed Corp., San Diego CA).

Adaptive Servo Ventilation (ASV) er en modus for positivt luftveistrykk som brukes til å behandle sentral søvnapné og kompleks søvnapné. Hovedfunksjonene til Auto SV-modus inkluderer; normalisering av ventilasjon ved automatisk justering av IPAP for å oppnå og stabilisere en målventilasjon; tilveiebringelse av tidsbestemte reservepust under sentrale apnéer hvori den optimale backuphastigheten automatisk bestemmes av anordningen basert på pasientens pust; og automatisk kontroll av EPAP for å behandle obstruktive hendelser.

Den eldre versjonen av VPAP Adapt (S7) ble funnet å føre til økt risiko for dødelighet av alle årsaker sammenlignet med kontrollgruppe som involverte medisinsk behandling hos pasienter med hjertesvikt med redusert ejeksjonsfraksjon og hovedsakelig sentral søvnapné i en nylig studie ( SERVE-HF). En medfølgende redaksjon av Magalang og Pack antydet at enhetens algoritmer kan ha spilt en rolle - spesifikt høyere nivåer av trykkassistanse og tilhørende økning i minuttventilasjon. Dette ble støttet av målingene av minuttventilasjon levert av S7-enheten i forsøket, som ble funnet å være større enn andre servoventilasjonsenheter. Slike økte nivåer av ventilasjon kan potensielt forårsake respiratorisk alkalose som igjen kan føre til QT-intervallforlengelse og hjertearytmier. Etterforskerne utførte nylig en studie av pasient-ventilator-interaksjon hos pasienter med kompleks søvnapné og bevart hjertekontraktilitet (venstre ventrikkel-ejeksjonsfraksjon > 45%) for å bestemme ytelsen til ulike ASV-enheter på respirasjonsparametere - som minuttventilasjon og apné -hypopné-indeks. For å lette gjennomførbarheten og fremme sikkerhet, unngikk etterforskerne å utføre studien i målpopulasjonen av SERVE-HF-studien, nemlig pasienter med dominerende sentral søvnapné og hjertesvikt med redusert ejeksjonsfraksjon (HFreF). Etterforskerne utførte studien kun på pasienter med bevart ejeksjonsfraksjon (LVEF > 45%). I det nåværende forslaget foreslår etterforskerne å utføre studien på pasienter med overveiende obstruktiv søvnapné og HFreF som trenger ASV-behandling på grunn av PAP-fremkallende sentrale apnéer.

I den tidligere studien, for å unngå intoleranse mot enhetsterapi, foretrakk forskerne studiepasienter som allerede var adherent til å bruke servoventilasjonsterapi hjemme. Etterforskerne vil gjøre det samme i den nå foreslåtte studien. I den tidligere studien fant etterforskerne at S7-enheten førte til større minuttventilasjon enn andre enheter, og at slike høyere nivåer av minuttventilasjon skyldtes et større tidevannsvolum, høyere respirasjonsfrekvens og større trykkassistanse. Interessant nok var det forlengelse av QTc-intervallet og en tendens til større premature ventrikkelsammentrekninger hos de samme pasientene de nettene de ble utsatt for S7-enheten. Selv om det mekanistiske grunnlaget for dette funnet potensielt kan tilskrives overdreven ventilasjon og relaterte pro-arytmiske effekter av hypokapni, hadde ikke etterforskerne utført målinger av partialtrykk av CO2 (PaCO2) i denne tidligere studien. Spesifikt er det uklart om terapi med S7-enheten fører til lavere PaCO2-nivåer enn andre enheter, og om slike effekter forsterkes hos individer med høy sløyfeforsterkning (kompleks søvnapné i innstillingen av HFreF).

Økning i minuttventilasjon (Ve) under våkenhet forårsaker hypokapni (respiratorisk alkalose), som igjen kan forårsake hypokalemi. Hypokalemi på grunn av nattlige intracellulære skift i kaliumioner kan forlenge QT-intervallet. Det kan tenkes at nattalkalose på grunn av overdreven ventilasjon kan føre til hypokalemi på dagtid og QTc-forlengelse gjennom nyretap av kalium om natten med påfølgende effekter på QTc-forlengelse på dagtid. Den observerte QTc-forlengelsen under S7-behandling var liten i størrelsesorden (~ 20 msek), men slike effekter kan forsterkes hos pasienter med hjertesvikt som utvikler metabolsk alkalose på grunn av loop-diuretika. Undersøkerne målte imidlertid ikke serumkaliumnivåer som var en studiebegrensning. I det nåværende forslaget vil etterforskerne fastslå effekten av nattlig ASV-behandling på serumkaliumnivåer. Til slutt vil etterforskerne undersøke den inter-individuelle variasjonen i mottakelighet i målt Ve- eller QTc-intervall.