Apnea ostruttiva del sonno: fisiologia, ipopnea, fasi REM e NREM

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Veglia (awakening), quattro stadi del sonno NREM (stage 1, 2, 3 e 4), sonno REM (REM sleep), breve risveglio (brief awakening)

L’apnea ostruttiva del sonno o “apnea ostruttiva nel sonno” o “apnea ostruttiva notturna” o “apnea ostruttiva durante il sonno” (“OSA“, acronimo di “Obstructive Sleep Apnea“) è una condizione caratterizzata da pause ripetute della respirazione (apnea) mentre il paziente dorme; le interruzioni della respirazione sono dovute all’ostruzione temporanea – totale o parziale – delle vie aeree superiori. Ripetute apnee ostruttive durante il sonno, configurano la “sindrome delle apnee ostruttive nel sonno” (in inglese “OSAS“, acronimo da “Obstructive Sleep Apnea Syndrome“). L’apnea ostruttiva notturna è accompagnata da una diminuzione della saturazione di ossigeno e può rendere il sonno meno ristoratore, col risultato che il paziente può avere eccessiva sonnolenza diurna ed uno scarso livello di vigilanza, con tutti i rischi che ciò comporta, specie se esso svolge un lavoro pericoloso, dove è necessario mantenere sempre alto il livello di attenzione. Molti pazienti hanno la patologia senza saperlo: secondo una stima, si pensa che circa un adulto statunitense su cinque soffra di una moderata apnea ostruttiva del sonno. L’espressione “sindrome di Pickwick” è spesso usata come sinonimo per descrivere la sindrome delle apnee ostruttive nel sonno, anche se in realtà essa è in disuso, poiché identificabile con la “sindrome obesità-ipoventilazione“.

Apnea durante il sonno

L’apnea ostruttiva del sonno fa parte di un gruppo di condizioni denominato “apnea durante il sonno” (in inglese “sleep apnea”). Esistono tre diversi tipi di apnea durante il sonno:

  • apnea ostruttiva durante il sonno (OSA, oggetto di questo articolo): è presente quando lo stimolo nervoso respiratorio è intatto, ma si verifica un’ostruzione intermittente delle vie aeree superiori. In questi casi, per ottenere il passaggio dell’aria, i muscoli della respirazione sono sottoposti ad uno sforzo sempre maggiore. Eventualmente subentra un risveglio parziale e il paziente riprende a respirare. In questa classe si ritrova la maggior parte delle persone affette dalla sindrome, persone che nella maggioranza dei casi risentono di una stenosi strutturale delle vie respiratorie, ad esempio a livello nasale o palatino, o anche di deformazioni mandibolari. Poiché il quadro clinico predominante nelle apnee durante il sonno è quello della OSA, in questo articolo sarà considerata soprattutto questa forma di apnea durante il sonno;
  • apnea centrale durante il sonno (CSA): si verifica una perdita intermittente dello stimolo nervoso respiratorio diretto verso i muscoli respiratori durante il sonno. Mentre nell’apnea ostruttiva c’è una ostruzione intermittente delle vie aeree superiori, nell’apnea centrale tale ostruzione non c’è. Quando il soggetto smette di respirare a causa della perdita temporanea dello stimolo nervoso, i muscoli della respirazione non si contraggono e cessa l’afflusso di aria nei polmoni. Questi casi sono poco frequenti, eccetto che nei bambini prematuri, e di norma sono dovuti a problemi neurologici o neuromuscolari.
  • apnea mista durante il sonno (MSP): è una associazione di entrambe le forme precedentemente descritte.

Oltre all’apnea, gli individui con alterazioni dell’attività respiratoria durante il sonno possono anche presentare ipopnea: in questi casi spesso si usa l’espressione “sindrome da apnea-ipopnea notturna” o “sindrome da apnea-ipopnea nel sonno” (in inglese “sleep apnea-hypopnea syndrome”, da cui l’acronimo SAHS). Simile all’apnea, l’ipopnea rappresenta episodi discreti di ipoventilazione durante il sonno, in corrispondenza dei quali si verifica un calo significativo della saturazione dell’ossigeno nel sangue arterioso (SaO2).

Fisiologia del sonno

Per comprendere i disturbi della respirazione associati al sonno è utile conoscere la fisiologia del sonno normale. Il sonno normale in genere è composto da cinque cicli della durata di un’ora e mezza ciascuno. Ogni ciclo ha composto da due tipi di sonno diverso:

  • il sonno non associato a movimento rapido degli occhi (sonno NREM);
  • il sonno associato a movimento rapido degli occhi (sonno REM).

Come visibile dall’immagine in alto in questo articolo, dove il sonno REM è il trattino rosso, il sonno NREM può essere distinto in 4 “fasi” o “stadi” (stage 1, 2, 3 e 4), che rappresentano la progressiva profondità del sonno: la fase 1 è la più leggera, mentre la 4 è la più profonda. Il tipo di sonno REM e NREM e i quattro diversi stadi del sonno NREM possono essere distinti principalmente in base all’attività rilevata con un elettroencefalogramma (EEG) ed al comportamento durante il sonno. Il soggetto con normale pattern del sonno entra nel sonno NREM in stadio 1 dopo una fase di torpore (veglia -> torpore -> fase 1 NREM).

La stadio 1 NREM rappresenta il livello più leggero del sonno. In questo stadio, l’individuo può essere svegliato facilmente e, infatti, spesso si osserva un’alternanza di intervalli di veglia e di sonno in stadio 1. Dopo un breve intervallo (normalmente tra i 5 e 7 minuti) passato in stadio 1, il soggetto normale scivola nel sonno in stadio 2, che è caratterizzato dalla registrazione EEG di fusi e complessi K. Le fasi più profonde del sonno che seguono sono caratterizzate dalla presenza di onde delta od onde lente (stadi 3 e 4). Le onde elettroencefalografiche delta, di elevata ampiezza, caratteristiche del sonno ad onde lente, identificano il livello più profondo del sonno, dal quale il paziente è difficile da svegliare.

Dopo circa 90 minuti di sonno NREM, il soggetto normale entra nella fase del sonno REM. Questo, definito anche sonno attivo, rappresenta la fase del sonno in cui si verifica l’attività onirica. Il sonno REM è caratterizzato da un aumento dell’attività cerebrale, come evidenziato dall’EEG e dall’aumento generale dell’attività autonomica. A causa delle variazioni fisiologiche dell’organismo associate alla comparsa del sonno REM, in questo periodo possono verificarsi modifiche significative della frequenza cardiaca, della pressione sanguigna e della frequenza respiratoria. Il sonno REM dura tipicamente 10-20 minuti, dopo di che si ritorna nel sonno NREM e ricomincia il ciclo. Nel soggetto adulto con normale pattern del sonno, le fasi NREM e REM si alternano per tutta la notte, ad intervalli di circa 90 minuti, in genere per un totale di 5 intervalli REM ogni notte.
Sia il sonno REM che il sonno NREM provocano importanti variazioni della respirazione, anche negli individui sani. Tipicamente, durante le fasi più leggere del sonno NREM (stadi 1 e 2) si osserva una respirazione irregolare, simile al respiro di Cheyne-Stokes: ciò è dovuto alla riduzione dello stimolo respiratorio associato alla perdita dell’effetto stimolatore presente nello stato di veglia e alla riduzione della velocità metabolica associata al sonno.

Con l’approfondimento del sonno, la respirazione viene regolata da un sistema metabolico di controllo, che assicura una certa stabilità allo stimolo respiratorio. Di conseguenza, la respirazione appare molto regolare durante il sonno delta; tuttavia, la ventilazione globale è comunque ridotta rispetto a quella dello stato di veglia. Specificamente, durante il sonno REM la ventilazione polmonare è ridotta di 1-2 litri/min e la PaO2 di 5-10 mmHg; la PaCO2 più elevata di 2-8 mmHg.
Durante il sonno REM lo stimolo respiratorio è irregolare a causa della transitoria riduzione della risposta ventilatoria agli stimoli chimici e meccanici. Il risultato è che negli individui normali si verificano in questa fase del sonno brevi periodi di apnea di durata inferiore a di 15 secondi.
Sia durante il sonno REM che NREM si osserva una fisiologica riduzione generale del tono della muscolatura scheletrica. Si ritiene che questa ipotonia possa influenzare l’attività dei muscoli accessori della respirazione e contribuire in tal modo alla riduzione della ventilazione che si osserva in alcuni stadi del sonno, inoltre anche sulle vie aeree superiori si osserva una simile influenza del sonno, che caratteristicamente esita in una perdita generale del tono muscolare e aumento della resistenza nelle vie aeree all’insorgenza del sonno profondo NREM o REM. Nella maggior parte degli individui queste variazioni fisiologiche non sono significative e passano inosservate, ad esempio perché portano ad episodi di apnea e/o di ipopnea molto rari; in altri casi il numero di episodi è invece particolarmente elevato e si comincia a parlare di apnea ostruttiva, centrale o mista durante il sonno.

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Dott. Emilio Alessio Loiacono
Medico Chirurgo
Direttore dello Staff di Medicina OnLine

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