Clinical Significance

Sleep Staging

Skromné začátky spánkové medicíny začaly pouhým pozorováním a popisem různých dějů probíhajících během spánku a bdění. Avšak teprve s rozvojem oboru elektrofyziologie a vynálezem elektroencefalografických (EEG) záznamů Hansem Bergerem na počátku 20. století jsme začali lépe chápat složitost mozkových mechanismů charakterizujících stavy spánku a bdění. Spánek prochází strukturovanými a organizovanými cykly v různých fázích.

Počáteční noční záznamy spánku provedl Loomes a jeho kolegové, když stáli před náročným úkolem popsat typické spánkové vzorce u normálních jedinců. Několik skupin improvizovalo a následně dalo vzniknout počátkům etapizace spánku. Nicméně teprve o 17 let později rozpoznal Aserinsky spánek s rychlými očními pohyby (REM). To vedlo ke zrodu moderních metod stagingu spánku.

V roce 1968 stanovila komise odborníků pod vedením Rechtschaffena a Kalese pravidla pro bodování spánku u normálních dospělých lidí. Na základě tohoto kódování bylo určeno 5 stadií spánku: Bylo stanoveno 1 stadium REM a 4 stadia spánku NREM. Každé stadium se skládá z řady fyziologických proměnných, které se obvykle vyskytují ve vzájemné shodě. Následně byla v roce 2004 Americkou akademií spánkové medicíny (AASM) zadána revize pravidel pro skórování spánku, která zahrnovala pravidla pro skórování vzruchů, dechových příhod, poruch pohybů souvisejících se spánkem a srdečních příhod. Velikost a rozložení standardních parametrů spánku odráží makrostrukturu spánku.

Makrostruktura spánku

Na základě makrostruktury spánku lze spánek rozdělit na 2 hlavní fáze: spánek bez rychlých pohybů očí (NREM) a spánek s rychlými pohyby očí (REM). Typicky při usínání nízkonapěťový rychlý vzorec EEG bdělosti postupně ustupuje pomalejším frekvencím, neboť spánek NREM přechází z fáze N1 (pokles alfa) do fáze N2 (vřeténka, K-komplexy) až do fáze N3 (zvyšující se amplituda a pravidelnost delta rytmu). Fáze N3 se označuje jako spánek s pomalými vlnami (SWS). SWS je přerušován obdobími rychlých očních pohybů (REM, tj. aktivního nebo paradoxního) spánku. Polysomnografie (PSG) je multiparametrická studie, která se tradičně používá k posouzení architektury spánku.

Spánek prochází během každé noci několika diskrétními cykly spánku NREM a REM. U normálního dospělého člověka trvá každý cyklus asi 90 až 120 minut a během běžného osmihodinového nočního spánku proběhne asi 4-5 takových cyklů. Procento NREM spánku je maximální v první polovině noci, zatímco REM spánek převládá v druhé polovině.

Stádium bdění (W) je charakterizováno přítomností převládajícího beta rytmu nad předními svody a nad týlními oblastmi dochází k zadnímu přechodu k zadnímu dominantnímu alfa rytmu. Tato předozadní progrese je nejlépe pozorovatelná při zavřených očích a je oslabena otevřením očí. V této fázi jsou často pozorována mrkání očí, která se jeví jako konjugované pohyby očí sestávající z 0,5 až 2 Hz. Při přechodu do ospalosti se jako jedny z prvních objevují pomalé laterální pohyby očí, obvykle menší než 0,5 Hz, a dochází k většímu zvýraznění rytmu alfa s občasným rytmem beta.

Stádium 1 (N1) je typicky charakterizováno vymizením rytmu alfa a objevením rozevřených pohybů očí, což jsou pomalé, konjugované úhyby očí tam a zpět, které obvykle trvají přibližně 500 milisekund. EEG vykazuje střední amplitudu, smíšenou frekvenci převážně aktivity o frekvenci 4 až 7 Hz a nepravidelně rozmístěné výbuchy pomalých vln. Objevují se ostré vertexové tranzienty (VST), které jsou definovány jako ostře konturované, bilaterální synchronní vlny s maximální amplitudou nad centrálními derivacemi, ačkoli děti mohou vykazovat parietální dominanci. Amplituda se může na obou stranách lišit a obvykle trvají méně než 0,5 sekundy. Obvykle jsou izolované a objevují se v nepravidelných intervalech jak spontánně, tak při aplikaci varovných podnětů. Setkáváme se také s výskytem pozitivních okcipitálních ostrých tranzientů spánku (POSTS), což jsou buď monofázické, nebo bifázické, pozitivní, trojúhelníkové vlny nejvíce prominující v okcipitálních oblastech hlavy. Upozornění během N1 může vést ke krátkému návratu alfa rytmu. EMG vykazuje sníženou svalovou aktivitu.

Stádium 2 (N2) je charakterizováno přítomností oboustranně synchronní theta aktivity doprovázené spánkovými vřeteny nebo K-komplexy nebo obojím. K-komplexy jsou definovány výskytem komplexního vzorce negativní ostré vlny bezprostředně následované pozitivní vlnou (ve tvaru V) vyčnívající z pozadí EEG, která trvá =0,5 sekundy a je nejvýraznější ve frontocentrálních derivacích. Aby bylo vzrušení spojeno s komplexem K, nemělo by začínat déle než 1 sekundu po ukončení komplexu K. Spánková vřetena jsou definována jako výrazné 12 až 14Hz vlny o frekvenci 11 až 16 Hz (nejčastěji 12 až 14 Hz) s trváním delším než rovným 0,5 sekundy, obvykle s maximální amplitudou v centrálních derivacích.

Stupeň 3 (N3) je charakterizován zpomalením delta s vysokou amplitudou v rozmezí 0,5 až 2 Hz s amplitudou rovnou 75 mikroV měřenou na frontálně-centrálních derivacích. Mohou být přítomny K-komplexy a spánková vřeténka, ale POST jsou vzácné. Obvykle se spánek N3 hodnotí, pokud je zpomalení pozorováno ve 20 % epochy. Spánek N3 se nejčastěji vyskytuje během první třetiny noci a z klinického hlediska to může být důležité, protože v tomto období se obvykle vyskytují parazomnie NREM, jako je náměsíčnost a noční děsy. Fáze REM (R) je charakterizována přítomností rychlých očních pohybů (REM), což jsou konjugované, nepravidelné a ostře konturované pohyby očí s počáteční fázovou výchylkou, která obvykle trvá méně než 500 ms. Tyto pohyby se vyskytují i ve spánku REM. Pozorujeme také snížený tón EMG a je obvykle nejnižší z celého záznamu. Vidíme pilovité vlny, které jsou popisovány jako výtoky ostře konturovaných nebo trojúhelníkových, často zubatých vln o frekvenci 2 až 6 Hz s maximální amplitudou nad centrálními derivacemi a často, ale ne vždy, jim předchází výbuch rychlých očních pohybů. Práh vzrušení sluchovými podněty bývá nejvyšší během REM. Fáze R spánku je typicky přítomna převážně v poslední třetině noci a je obdobím, kdy se typicky projevují parasomnie REM, jako jsou noční můry. Fázi R lze dále rozdělit na fázickou fázi REM a tonickou fázi REM. Fázická fáze REM je sympaticky řízený spánkový stav charakterizovaný přítomností rychlých pohybů očí, přerušovaných svalových záškubů a změnami ve vzorcích dýchání. Naproti tomu tonická fáze REM je parasympaticky řízený spánkový stav a vyznačuje se absencí rychlých očních pohybů.

Tradiční vizuální skórování PSG záznamů poskytlo cenné popisy spánkových makroarchitektonických abnormalit u různých spánkových poruch. Neposkytují však informace o frekvenčních charakteristikách nebo rytmicitě EEG, které jsou základem poruch spánku. Dále je základním předpokladem algoritmů skórování fází, že spánek je nespojitý a diskrétně ohraničený proces, což je předpoklad, který nebyl podpořen nejnovějšími údaji.

Mikrostrukturální analýza spánku

V rámci záznamů spánku byly popsány přechodné jevy EEG trvající méně než skórovací epocha (fázické události), které umožňují identifikovat tzv. mikrostrukturu spánku. Mezi dvě nejčastěji používané metody studia mikrostruktury spánku patří analýza cyklických střídavých vzorců (CAP) a paradigma vzrušení.

Arousal Analysis

V roce 1992 navrhla Americká asociace pro poruchy spánku (ASDA) definici vzrušení nezávislou na R a K stagingu. Podle kritérií ASDA se vzrušení na EEG projevuje jako náhlé frekvenční posuny směrem k rychlejším rytmům (theta, alfa, beta, ale ne sigma), které nakrátko nahradí pozadí spánkové fáze. U normálních osob zůstává průměrná délka trvání vzruchů v průběhu života nezměněna (průměrná délka asi 15 sekund v průběhu TST), ale nárůst jejich počtu s věkem je považován za fyziologický základ křehkosti spánku u starších osob. V podmínkách poruch spánku byly vzruchy zkoumány zejména u poruch dýchání ve spánku a u pacientů trpících nespavostí. Existuje však konsolidovaná literatura, podle níž vzruchy a další související jevy představují spontánní projevy fyziologického spánku.

Analýza CAP

CAP je fenomén EEG uspořádaný do sekvencí, které zaujímají široké úseky v rámci NREM spánku. Během CAP oscilují EEG rytmy spánku s periodickými výkyvy excitace (fáze A) a inhibice (fáze B). CAP je hlavním markerem nestability vzrušení, která doprovází přechodné fáze spánku a bdění, a vědci se domnívají, že je substrátem pro vznik různých neurologických poruch aktivovaných spánkem. Opakující se shluky stereotypních znaků EEG oddělené časově ekvivalentními intervaly aktivity na pozadí a zahrnující nejméně 2 po sobě jdoucí cykly CAP identifikují sekvenci CAP. Cyklus CAP se skládá z fáze A (složené z přechodných prvků EEG) a fáze B (interval aktivity theta/delta, který odděluje 2 po sobě následující fáze A, s intervalem rovným 1 minutě) (obr. 1). Každá fáze CAP může trvat 2 až 60 sekund. Všechny sekvence CAP začínají fází A a končí fází B. Na základě vzájemného poměru vysokonapěťových pomalých vln (EEG synchronie) a nízkoamplitudových rychlých rytmů (EEG desynchronie) po celou dobu trvání fáze A se rozlišují 3 podtypy fází A odpovídající různým úrovním neurofyziologické aktivace: podtyp A1 (převaha EEG synchronie), podtyp A2 (vyvážená směs EEG synchronie a desynchronie) a podtyp A3 (převaha EEG desynchronie). Když interval mezi 2 po sobě jdoucími fázemi A přesáhne 60 sekund, sekvence CAP končí a spánek přešel do režimu bez CAP (NCAP), který je charakterizován stabilními, pokračujícími rytmy EEG s velmi malým počtem a náhodně rozloženými fázickými událostmi souvisejícími se vzrušením.

.