Clinical Significance

Sleep Staging

Skromne początki medycyny snu zaczęły się od zwykłej obserwacji i opisu różnych zdarzeń zachodzących podczas snu i czuwania. Jednak dopiero wraz z rozwojem elektrofizjologii i wynalezieniem zapisu elektroencefalograficznego (EEG) przez Hansa Bergera na początku XX wieku, zaczęliśmy lepiej rozumieć złożoność mechanizmów mózgowych charakteryzujących stany snu i czuwania. Sen przechodzi przez uporządkowane i zorganizowane cykle poprzez różne etapy.

Początkowe nocne zapisy snu zostały wykonane przez Loomesa i jego kolegów, ponieważ stanęli oni przed trudnym zadaniem opisania typowych wzorców snu u normalnych osób. Kilka grup zaimprowizowało to i z kolei dało początek etapowaniu snu. Jednak dopiero 17 lat później Aserinsky rozpoznał sen z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM). Doprowadziło to do narodzin nowoczesnych metod inscenizacji snu.

W 1968 roku komitet ekspertów pod przewodnictwem Rechtschaffena i Kalesa ustalił zasady punktacji snu u normalnych dorosłych ludzi. Na podstawie tego kodowania wyodrębniono 5 stadiów snu: 1 stadium REM i 4 stadia snu NREM. Każde stadium składa się z szeregu zmiennych fizjologicznych, które mają tendencję do występowania razem. Następnie w 2004 roku Amerykańska Akademia Medycyny Snu (American Academy of Sleep Medicine – AASM) zleciła rewizję zasad punktacji snu, która objęła zasady punktacji przebudzeń, zdarzeń oddechowych, zaburzeń ruchowych związanych ze snem oraz zdarzeń sercowych. Wielkość i rozkład standardowych parametrów snu odzwierciedlają makrostrukturę snu.

Makrostruktura snu

Na podstawie makrostruktury snu sen można podzielić na 2 główne etapy: sen bez szybkich ruchów gałek ocznych (NREM) i sen z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM). Zazwyczaj w miarę zasypiania niskonapięciowy, szybki wzorzec EEG czuwania stopniowo ustępuje miejsca wolniejszym częstotliwościom, jako że sen NREM przechodzi od stadium N1 (spadek alfa) przez stadium N2 (wrzeciona, zespoły K) do stadium N3 (wzrost amplitudy i regularności rytmu delta). Etap N3 określany jest jako sen wolnofalowy (SWS). SWS jest przerywany okresami snu z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM, tj. sen aktywny lub paradoksalny). Polisomnografia (PSG) jest badaniem wieloparametrycznym, które tradycyjnie wykorzystuje się do oceny architektury snu.

Sen przechodzi przez wiele dyskretnych cykli snu NREM i REM w ciągu każdej nocy. In normal adults, each cycle lasts for about 90 to 120 minutes and there are about 4-5 such cycles that occur during a normal 8 hour night sleep. Odsetek snu NREM jest maksymalny w pierwszej części nocy, podczas gdy sen REM dominuje w drugiej połowie.

Stopniowe przebudzenie (W) charakteryzuje się obecnością dominującego rytmu beta nad przednimi przewodami, i jest tylna progresja do tylnego dominującego rytmu alfa nad regionami potylicznymi. Ta przednio-tylna progresja jest najlepiej widoczna przy zamkniętych oczach i ulega osłabieniu po otwarciu oczu. Na tym etapie często obserwuje się mruganie oczami, które pojawia się jako sprzężone ruchy gałek ocznych o częstotliwości od 0,5 do 2 Hz. Podczas przejścia do senności, jedną z pierwszych rzeczy, aby pojawić się jest powolne ruchy boczne oczu, zwykle mniej niż 0,5 Hz i jest większa widoczność rytmu alfa z przerywanym rytmem beta.

etap 1 (N1) charakteryzuje się typowo przez zanik rytmu alfa i pojawienie się ruchów gałek ocznych, które są powolne, sprzężone, do i odchyleń zwykle trwające około 500 milisekund. EEG wykazuje średnią amplitudę, mieszane częstotliwości z przewagą aktywności od 4 do 7 Hz i nieregularnie rozmieszczone wybuchy wolnych fal. Pojawiają się ostre przejścia wierzchołkowe (VST), które są definiowane jako ostro zarysowane, obustronne, synchroniczne fale o maksymalnej amplitudzie w pochodnych centralnych, chociaż dzieci mogą wykazywać dominację ciemieniową. Amplituda może być różna po obu stronach i zwykle trwają one krócej niż 0,5 sekundy. Zazwyczaj są izolowane i pojawiają się w nieregularnych odstępach czasu zarówno spontanicznie, jak i po zastosowaniu bodźców ostrzegawczych. Obserwuje się również występowanie pozytywnych potylicznych ostrych transjentów snu (POSTS), które są jedno- lub dwufazowymi, pozytywnymi, trójkątnymi falami najbardziej widocznymi w potylicznych okolicach głowy. Alarmowanie podczas N1 może prowadzić do krótkotrwałego nawrotu rytmu alfa. EMG wykazuje zmniejszoną aktywność mięśni.

Stopień 2 (N2) charakteryzuje się obecnością obustronnie synchronicznej aktywności theta, której towarzyszą wrzeciona snu lub kompleksy K lub oba te elementy. Kompleksy K są definiowane przez występowanie złożonego wzoru ujemnej ostrej fali, po której natychmiast następuje dodatnia fala (w kształcie litery V) wyróżniająca się z tła EEG, trwająca =0,5 sekundy, i jest najbardziej widoczna w pochodnych czołowo-centralnych. Aby pobudzenie było związane z kompleksem K, powinno rozpocząć się nie później niż 1 sekundę po zakończeniu kompleksu K. Wrzeciona snu definiuje się jako wyraźne fale o częstotliwości 12-14 Hz, o częstotliwości 11-16 Hz (najczęściej 12-14 Hz) i czasie trwania większym niż równe 0,5 sekundy, zwykle o maksymalnej amplitudzie w pochodnych środkowych.

Stopień 3 (N3) charakteryzuje się dużą amplitudą spowolnienia delta w zakresie 0,5 do 2 Hz o amplitudzie równej 75 mikroV mierzonej w pochodnych czołowo-centralnych. Mogą być obecne zespoły K i wrzeciona senne, ale POST są rzadkie. Zazwyczaj sen N3 jest punktowany, jeśli spowolnienie jest widoczne w 20% epok. Sen N3 występuje najczęściej podczas pierwszej jednej trzeciej nocy, co z klinicznego punktu widzenia może być istotne, ponieważ w tym okresie zwykle obserwuje się parasomnie NREM, takie jak lunatyzm i lęki nocne. Stadium REM (R) charakteryzuje się obecnością szybkich ruchów gałek ocznych (REM), które są sprzężonymi, nieregularnymi i ostro zarysowanymi ruchami gałek ocznych z początkowym odchyleniem fazowym trwającym zwykle mniej niż 500 ms. Widoczne jest również obniżenie tonów EMG i jest ono zwykle najniższe w całym zapisie. Widoczne są fale piłokształtne, które opisywane są jako spływy ostro konturowych lub trójkątnych, często ząbkowanych fal o częstotliwości od 2 do 6 Hz, z maksymalną amplitudą nad pochodnymi centralnymi i często, ale nie zawsze, poprzedzone wybuchem szybkich ruchów gałek ocznych. Próg pobudzenia przez bodźce słuchowe jest zwykle najwyższy w fazie REM. Zwykle stadium R snu występuje głównie w ostatniej jednej trzeciej nocy i jest okresem, w którym typowe są parasomnie REM, takie jak koszmary senne. Faza R może być dalej podzielona na fazową fazę REM i toniczną fazę REM. Fazowe stadium REM jest stanem snu napędzanym współczulnie, charakteryzującym się występowaniem szybkich ruchów gałek ocznych, przerywanych drgawek mięśniowych i zmiennością rytmu oddychania. Z drugiej strony, toniczny REM jest stanem snu napędzanym przez układ przywspółczulny i charakteryzuje się brakiem szybkich ruchów gałek ocznych.

Tradycyjna wizualno-stopniowa ocena zapisów PSG dostarczyła cennych opisów makroarchitektonicznych nieprawidłowości snu w różnych zaburzeniach snu. Nie dostarczają one jednak informacji o charakterystyce częstotliwościowej EEG lub rytmiczności, które leżą u podłoża zaburzeń snu. Ponadto, podstawowym założeniem algorytmów oceny etapów jest to, że sen jest procesem nieciągłym i dyskretnie ograniczonym, które to założenie nie zostało poparte ostatnimi danymi.

Mikrostrukturalna analiza snu

Przejściowe zjawiska EEG trwające krócej niż epoka punktowana (zdarzenia fazowe) zostały opisane w obrębie zapisów snu, pozwalając na identyfikację tego, co jest znane jako mikrostruktura snu. Dwie najczęściej stosowane metody badania mikrostruktury snu obejmują analizę cyklicznego zmiennego wzorca (CAP) oraz paradygmat pobudzenia.

Analiza pobudzenia

W 1992 roku American Sleep Disorders Association (ASDA) zaproponowało definicję pobudzenia niezależną od klasyfikacji R i K. Według kryteriów ASDA, pobudzenia EEG pojawiają się jako nagłe przesunięcia częstotliwości w kierunku szybszych rytmów (theta, alfa, beta, ale nie sigma), które na krótko zastępują tło fazy snu. U osób zdrowych średni czas trwania pobudzeń pozostaje niezmieniony w ciągu całego życia (średnia długość około 15 sekund w całym TST), ale wzrost ich liczby wraz z wiekiem jest uważany za fizjologiczną podstawę kruchości snu u osób starszych. W warunkach zaburzonego snu pobudzenia były badane zwłaszcza w zaburzeniach oddychania związanych ze snem oraz u pacjentów cierpiących na bezsenność. Istnieje jednak skonsolidowana literatura, zgodnie z którą pobudzenia i inne związane z nimi zjawiska stanowią spontaniczne przejawy fizjologicznego snu.

Analiza CAP

CAP jest zjawiskiem EEG zorganizowanym w sekwencje, które zajmują szerokie odcinki w obrębie snu NREM. Podczas CAP, rytmy EEG snu oscylują z okresowymi pobudzającymi (faza A) i hamującymi (faza B) wahaniami. CAP jest głównym markerem niestabilności pobudzenia towarzyszącym fazom przejściowym snu i czuwania, a badacze uważają, że stanowi on podłoże dla powstawania różnych zaburzeń neurologicznych aktywowanych snem. Powtarzające się skupiska stereotypowych cech EEG, oddzielone równoważnymi czasowo interwałami aktywności tła i zawierające co najmniej 2 kolejne cykle CAP, identyfikują sekwencję CAP. Cykl CAP składa się z fazy A (złożonej z przejściowych elementów EEG) i fazy B (interwał aktywności theta/delta oddzielający 2 kolejne fazy A, o odstępie równym 1 minucie) (ryc. 1). Każda faza CAP może trwać od 2 do 60 sekund. Wszystkie sekwencje CAP rozpoczynają się fazą A, a kończą fazą B. Na podstawie wzajemnej proporcji wysokonapięciowych fal wolnych (synchronia EEG) i niskoamplitudowych rytmów szybkich (desynchronia EEG) w całym czasie trwania fazy A wyróżnia się 3 podtypy faz A odpowiadające różnym poziomom aktywacji neurofizjologicznej: podtyp A1 (przewaga synchronii EEG), podtyp A2 (zrównoważona mieszanina synchronii i desynchronii EEG) oraz podtyp A3 (przewaga desynchronii EEG). Gdy odstęp między 2 kolejnymi fazami A przekracza 60 sekund, sekwencja CAP kończy się, a sen wprowadzony w tryb non-CAP (NCAP) charakteryzuje się stabilnymi, ciągłymi rytmami EEG z bardzo nielicznymi i losowo rozmieszczonymi zdarzeniami fazowymi związanymi z pobudzeniem.

.