Signification clinique

Stadification du sommeil

Les humbles débuts de la médecine du sommeil ont commencé par une simple observation et description de divers événements survenant pendant le sommeil et l’éveil. Cependant, ce n’est qu’avec le développement du domaine de l’électrophysiologie et l’invention des enregistrements électroencéphalographiques (EEG) par Hans Berger au début du XXe siècle, que nous avons commencé à mieux comprendre la complexité des mécanismes cérébraux caractérisant les états de sommeil et d’éveil. Le sommeil passe par des cycles structurés et organisés à travers différents stades.

Les premiers enregistrements de sommeil nocturne ont été effectués par Loomes et ses collègues alors qu’ils étaient confrontés à la tâche difficile de décrire les schémas de sommeil typiques chez des individus normaux. Plusieurs groupes ont improvisé cela et, à leur tour, ont donné naissance aux prémices de la stadification du sommeil. Toutefois, ce n’est que 17 ans plus tard qu’Aserinsky a reconnu le sommeil à mouvements oculaires rapides (REM). C’est ainsi que sont nées les méthodes modernes de stadification du sommeil.

En 1968, un comité d’experts présidé par Rechtschaffen et Kales a établi les règles de cotation du sommeil chez l’adulte humain normal. A partir de ce codage, 5 stades de sommeil ont été identifiés : 1 stade REM et 4 stades de sommeil NREM. Chaque stade est constitué d’un certain nombre de variables physiologiques, qui ont tendance à se produire de concert. Par la suite, en 2004, une révision des règles de notation du sommeil a été commandée par l’American Academy of Sleep Medicine (AASM), qui a inclus des règles pour la notation des éveils, des événements respiratoires, des troubles du mouvement liés au sommeil et des événements cardiaques. L’ampleur et la distribution des paramètres standard du sommeil reflètent la macrostructure du sommeil.

Macrostructure du sommeil

Sur la base de la macrostructure du sommeil, le sommeil peut être classé en 2 stades principaux : le sommeil à mouvements oculaires non rapides (NREM) et le sommeil à mouvements oculaires rapides (REM). Typiquement, au fur et à mesure que l’on s’endort, le schéma EEG rapide à basse tension de l’éveil laisse progressivement place à des fréquences plus lentes, le sommeil NREM passant du stade N1 (diminution de l’alpha) au stade N2 (fuseaux, complexes K) puis au stade N3 (augmentation de l’amplitude et de la régularité du rythme delta). Le stade N3 est appelé sommeil à ondes lentes (SO). Le SWS est interrompu par des périodes de sommeil à mouvements oculaires rapides (REM, c’est-à-dire actif ou paradoxal). La polysomnographie (PSG) est une étude multiparamétrique qui a été traditionnellement utilisée pour évaluer l’architecture du sommeil.

Le sommeil passe par de multiples cycles discrets de sommeil NREM et REM au cours d’une nuit donnée. Chez les adultes normaux, chaque cycle dure environ 90 à 120 minutes et il y a environ 4 à 5 de ces cycles qui se produisent au cours d’une nuit de sommeil normale de 8 heures. Le pourcentage de sommeil NREM est maximal dans la première partie de la nuit, tandis que le sommeil paradoxal prédomine dans la seconde moitié.

Le stade de l’éveil (W) est caractérisé par la présence d’un rythme bêta prédominant sur les pistes antérieures, et il y a une progression postérieure vers un rythme alpha dominant postérieur sur les régions occipitales. Cette progression antéropostérieure est mieux observée avec les yeux fermés et est atténuée par l’ouverture des yeux. On observe fréquemment des clignements d’yeux à ce stade, qui apparaissent comme des mouvements oculaires conjugués composés de 0,5 à 2 Hz. Pendant la transition vers la somnolence, l’une des premières choses à apparaître sont des mouvements oculaires latéraux lents typiquement inférieurs à 0,5 Hz et il y a une plus grande proéminence du rythme alpha avec un rythme bêta intermittent.

Le stade 1 (N1) est caractérisé typiquement par la disparition du rythme alpha et l’apparition de mouvements oculaires vagabonds qui sont des déflexions lentes, conjuguées, d’avant en arrière qui durent habituellement environ 500 millisecondes. L’EEG montre une activité d’amplitude moyenne, de fréquence mixte, principalement de 4 à 7 Hz, et des salves d’ondes lentes irrégulièrement espacées. Il y a une apparition de transitoires brusques du vertex (VST) qui sont définis comme des ondes bilatérales synchrones, aux contours nets, avec une amplitude maximale dans les dérivations centrales, bien que les enfants puissent montrer une dominance pariétale. L’amplitude peut varier d’un côté ou de l’autre, et leur durée est généralement inférieure à 0,5 seconde. Ils sont généralement isolés et apparaissent à intervalles irréguliers, aussi bien spontanément que lors de l’application de stimuli d’alerte. On observe également l’apparition de transitoires occipitaux aigus positifs du sommeil (POSTS) qui sont des ondes mono ou biphasiques, positives, triangulaires, plus importantes dans les régions occipitales de la tête. L’alerte pendant N1 peut conduire à une brève récurrence du rythme alpha. L’EMG montre une activité musculaire réduite.

Le stade 2 (N2) est caractérisé par la présence d’une activité thêta bilatéralement synchrone accompagnée de fuseaux de sommeil ou de complexes K ou des deux. Les complexes K sont définis par l’apparition d’un motif complexe d’onde négative aiguë immédiatement suivie d’une onde positive (en forme de V) se détachant de l’EEG de fond, d’une durée de =0,5 seconde, et qui est le plus proéminent dans les dérivations fronto-centrales. Pour que l’éveil soit associé au complexe K, il ne doit pas commencer plus d’une seconde après la fin de ce complexe. Les fuseaux de sommeil sont définis comme des ondes distinctes de 12 à 14Hz ayant des fréquences de 11 à 16 Hz (le plus souvent 12 à 14 Hz) avec une durée supérieure ou égale à 0,5 seconde, dont l’amplitude est habituellement maximale dans les dérivations centrales.

Le stade 3 (N3) est caractérisé par un ralentissement delta de grande amplitude, dans la gamme de 0,5 à 2 Hz, avec des amplitudes égales à 75 microV, mesurées sur les dérivations fronto-centrales. Des complexes K et des fuseaux de sommeil peuvent être présents, mais les POST sont rares. En général, le sommeil N3 est évalué si un ralentissement est observé dans 20 % des époques. Le sommeil N3 survient le plus souvent au cours du premier tiers de la nuit, ce qui peut être important d’un point de vue clinique car les parasomnies NREM telles que le somnambulisme et les terreurs nocturnes sont généralement observées au cours de cette période. Le stade REM (R) se caractérise par la présence de mouvements oculaires rapides (REM) qui sont des mouvements oculaires conjugués, irréguliers et aux contours nets, avec une déviation de phase initiale qui dure généralement moins de 500 ms. On observe également une diminution du tonus EMG, qui est généralement le plus faible de tout l’enregistrement. On observe des ondes en dents de scie qui sont décrites comme des drains d’ondes à contours nets ou triangulaires, souvent dentelées, de 2 à 6 Hz avec une amplitude maximale sur les dérivations centrales et souvent, mais pas toujours, précédées d’une salve de mouvements oculaires rapides. Le seuil d’éveil par des stimuli auditifs tend à être le plus élevé pendant le stade REM. Typiquement, le stade R du sommeil est présent principalement dans le dernier tiers de la nuit et c’est la période où les parasomnies REM telles que les cauchemars sont typiquement observées. Le stade R peut être subdivisé en un stade REM phasique et un stade REM tonique. Le stade REM phasique est un état de sommeil d’origine sympathique caractérisé par la présence de mouvements oculaires rapides, de contractions musculaires intermittentes et de variations du rythme respiratoire. Le stade REM tonique, en revanche, est un état de sommeil à commande parasympathique et se caractérise par l’absence de mouvements oculaires rapides.

La notation traditionnelle des étapes visuelles des enregistrements PSG a fourni des descriptions précieuses des anomalies macro-architecturales du sommeil dans une variété de troubles du sommeil. Cependant, ils ne fournissent pas d’informations sur les caractéristiques de fréquence EEG ou la rythmicité qui sous-tendent les troubles du sommeil. De plus, l’hypothèse sous-jacente des algorithmes de notation des stades est que le sommeil est un processus discontinu et discrètement délimité, hypothèse qui n’a pas été soutenue par des données récentes.

Analyse microstructurale du sommeil

Des phénomènes EEG transitoires d’une durée inférieure à l’époque de notation (événements phasiques) ont été décrits au sein des enregistrements du sommeil permettant l’identification de ce que l’on appelle la microstructure du sommeil. Les deux méthodes les plus couramment utilisées pour étudier la microstructure du sommeil comprennent l’analyse des motifs alternatifs cycliques (CAP) et le paradigme de l’éveil.

Analyse de l’éveil

En 1992, l’American Sleep Disorders Association (ASDA) a proposé une définition de l’éveil indépendante des stades R et K. Selon les critères de l’ASDA, les éveils EEG apparaissent comme des changements soudains de fréquence vers des rythmes plus rapides (thêta, alpha, bêta, mais pas sigma) qui remplacent brièvement le fond du stade de sommeil. Chez les sujets normaux, la durée moyenne des éveils reste inchangée tout au long de la vie (durée moyenne d’environ 15 secondes tout au long du TST), mais l’augmentation de leur nombre avec l’âge est considérée comme la base physiologique de la fragilité du sommeil chez les personnes âgées. Dans les conditions de sommeil perturbé, les éveils ont été étudiés en particulier dans les troubles respiratoires liés au sommeil et chez les patients insomniaques. Il existe cependant une littérature consolidée selon laquelle les éveils et autres phénomènes connexes représentent des manifestations spontanées du sommeil physiologique.

Analyse du CAP

Le CAP est un phénomène EEG organisé en séquences qui occupent de larges sections au sein du sommeil NREM. Pendant le CAP, les rythmes EEG du sommeil oscillent avec des oscillations périodiques excitatrices (phase A) et inhibitrices (phase B). Le CAP est un marqueur majeur de l’instabilité de l’éveil qui accompagne les phases de transition veille-sommeil et les chercheurs pensent qu’il constitue un substrat pour l’émergence de divers troubles neurologiques activés par le sommeil. Des grappes répétitives de caractéristiques EEG stéréotypées séparées par des intervalles d’activité de fond équivalents dans le temps et comprenant au moins 2 cycles CAP consécutifs identifient une séquence CAP. Le cycle CAP est constitué d’une phase A (composée d’éléments EEG transitoires) et d’une phase B (intervalle d’activité thêta/delta qui sépare 2 phases A successives, avec un intervalle égal à 1 minute) (figure 1). Chaque phase du CAP peut durer de 2 à 60 secondes. Toutes les séquences CAP commencent par la phase A et se terminent par la phase B. Sur la base de la proportion réciproque d’ondes lentes de haute tension (synchronie EEG) et de rythmes rapides de faible amplitude (désynchronisation EEG) pendant toute la durée de la phase A, on distingue 3 sous-types de phases A correspondant à différents niveaux d’activation neurophysiologique : sous-type A1 (prédominance de la synchronie EEG), sous-type A2 (mélange équilibré de synchronie et de désynchronie EEG) et sous-type A3 (prédominance de la désynchronisation EEG). Lorsque l’intervalle entre 2 phases A consécutives dépasse 60 secondes, la séquence CAP se termine et le sommeil entré dans le mode non-CAP (NCAP) est caractérisé par des rythmes EEG stables et continus avec des événements phasiques liés à l’éveil très peu nombreux et répartis de façon aléatoire.