Clinical Significance

Sleep Staging

Începuturile umile ale medicinei somnului au început cu o simplă observare și descriere a diferitelor evenimente care au loc în timpul somnului și trezirii. Cu toate acestea, abia după dezvoltarea domeniului electrofiziologiei și inventarea înregistrărilor electroencefalografice (EEG) de către Hans Berger, în prima parte a secolului XX, am început să înțelegem mai bine complexitatea mecanismelor cerebrale care caracterizează stările de somn și de veghe. Somnul parcurge cicluri structurate și organizate prin diferite etape.

Înregistrările inițiale ale somnului pe timp de noapte au fost efectuate de Loomes și colegii săi în timp ce se confruntau cu sarcina dificilă de a descrie tiparele tipice ale somnului la indivizi normali. Mai multe grupuri au improvizat acest lucru și, la rândul lor, au dat naștere la începuturile etapizării somnului. Cu toate acestea, abia 17 ani mai târziu, Aserinsky a recunoscut somnul cu mișcări oculare rapide (REM). Acest lucru a dus la nașterea metodelor moderne de etapizare a somnului.

În 1968, un comitet de experți prezidat de Rechtschaffen și Kales a stabilit regulile de notare a somnului la adulții umani normali. Din această codificare, au fost identificate 5 stadii de somn: 1 etapă REM și 4 etape de somn NREM. Fiecare stadiu constă într-un număr de variabile fiziologice, care tind să apară în mod concertat. Ulterior, în 2004, Academia Americană de Medicină a Somnului (American Academy of Sleep Medicine – AASM) a comandat o revizuire a regulilor de punctare a somnului, care a inclus reguli de punctare a trezirii, a evenimentelor respiratorii, a tulburărilor de mișcare legate de somn și a evenimentelor cardiace. Magnitudinea și distribuția parametrilor standard ai somnului reflectă macrostructura somnului.

Macrostructura somnului

Pe baza macrostructurii somnului, somnul poate fi clasificat în 2 stadii principale: somnul cu mișcări oculare non-rapide (NREM) și somnul cu mișcări oculare rapide (REM). În mod obișnuit, pe măsură ce o persoană adoarme, modelul EEG rapid de joasă tensiune al stării de veghe lasă treptat locul unor frecvențe mai lente, pe măsură ce somnul NREM trece de la stadiul N1 (scăderea alfa) la stadiul N2 (fusuri, complexe K) la stadiul N3 (creșterea amplitudinii și regularității ritmului delta). Stadiul N3 este denumit somn cu unde lente (SWS). SWS este întrerupt de perioade de somn cu mișcări oculare rapide (REM, adică somn activ sau paradoxal). Polisomnografia (PSG) este un studiu multiparametric care a fost utilizat în mod tradițional pentru a evalua arhitectura somnului.

Somnul trece prin mai multe cicluri discrete de somn NREM și REM de-a lungul oricărei nopți. La adulții normali, fiecare ciclu durează aproximativ 90 până la 120 de minute și există aproximativ 4-5 astfel de cicluri care au loc în timpul unui somn nocturn normal de 8 ore. Procentul de somn NREM este maxim în prima parte a nopții, în timp ce somnul REM predomină în a doua jumătate.

Stadiul de veghe (W) se caracterizează prin prezența unui ritm beta predominant peste conducerile anterioare și există o progresie posterioară către un ritm alfa dominant posterior peste regiunile occipitale. Această progresie antero-posterioară se observă cel mai bine cu ochii închiși și este atenuată prin deschiderea ochilor. În acest stadiu se observă frecvent clipiri ale ochilor, care apar ca mișcări oculare conjugate constând din 0,5 până la 2 Hz. În timpul tranziției către somnolență, unul dintre primele lucruri care apar sunt mișcările oculare laterale lente, de obicei mai mici de 0,5 Hz și există o proeminență mai mare a ritmului alfa cu ritm beta intermitent.

Stadiul 1 (N1) se caracterizează în mod tipic prin dispariția ritmului alfa și apariția mișcărilor oculare itinerante care sunt deflecții lente, conjugate, încoace și încolo, care durează de obicei aproximativ 500 de milisecunde. EEG-ul prezintă o activitate de amplitudine medie, cu frecvență mixtă predominant de 4 până la 7 Hz și explozii neregulate de unde lente. Există o apariție a tranzienților ascuțiți la vertex (VST), care sunt definiți ca unde sincronizate bilateral, cu contururi ascuțite, cu amplitudine maximă în derivatele centrale, deși copiii pot prezenta o dominantă parietală. Amplitudinea poate varia de o parte și de alta, iar acestea durează de obicei mai puțin de 0,5 secunde. Ele sunt de obicei izolate și apar la intervale neregulate atât în mod spontan, cât și la aplicarea unor stimuli de alertă. Observăm, de asemenea, apariția tranzienților occipitali ascuțiți pozitivi ai somnului (POSTS) care sunt unde mono sau bifazice, pozitive, triunghiulare, cele mai proeminente în regiunile occipitale ale capului. Alertarea în timpul N1 poate duce la o scurtă reapariție a ritmului alfa. EMG arată o activitate musculară redusă.

Stadiul 2 (N2) se caracterizează prin prezența unei activități theta sincronă bilateral însoțită de fusuri de somn sau de complexe K sau de ambele. Complexele K sunt definite prin apariția unui model complex de undă ascuțită negativă urmată imediat de o undă pozitivă (în formă de V) care se detașează de EEG-ul de fond, cu o durată =0,5 secunde, și este mai proeminent în derivatele fronto-centrale. Pentru ca trezirea să fie asociată cu complexul K, aceasta trebuie să înceapă la cel mult 1 secundă după terminarea complexului K. Fusele de somn sunt definite ca unde distincte de 12 până la 14 Hz având frecvențe de 11 până la 16 Hz (cel mai frecvent 12 până la 14 Hz) cu durata mai mare decât egală cu 0,5 secunde, de obicei cu amplitudine maximă în derivatele centrale.

Stadiul 3 (N3) se caracterizează prin încetinire delta, de amplitudine mare, în intervalul 0,5 – 2 Hz, cu amplitudini egale cu 75 microV, măsurate pe derivatele fronto-centrale. Pot fi prezente complexele K și fusurile de somn, dar POST-urile sunt rare. În mod obișnuit, somnul N3 este punctat dacă încetinirea este observată în 20% din epoci. Somnul N3 apare cel mai frecvent în prima treime a nopții, iar din punct de vedere clinic acest lucru poate fi important, deoarece parasomniile NREM, cum ar fi somnambulismul și teroarea nocturnă, sunt observate de obicei în această perioadă. Stadiul REM (R) se caracterizează prin prezența mișcărilor oculare rapide (REM) care sunt mișcări oculare conjugate, neregulate și cu contururi ascuțite, cu o deviere de fază inițială care durează de obicei mai puțin de 500 ms. De asemenea, observăm un tonus EMG diminuat și este, de obicei, cel mai scăzut din întreaga înregistrare. Sunt observate undele dinte de fierăstrău care sunt descrise ca niște scurgeri de unde cu contururi ascuțite sau triunghiulare, adesea zimțate, de 2 până la 6 Hz, cu amplitudine maximă peste derivatele centrale și adesea, dar nu întotdeauna precedate de o explozie de mișcări oculare rapide. Pragul de excitare prin stimuli auditivi tinde să fie cel mai ridicat în timpul REM. În mod obișnuit, stadiul R al somnului este prezent cu precădere în ultima treime a nopții și este perioada în care sunt observate de obicei parasomniile REM, cum ar fi coșmarurile. Stadiul R poate fi subdivizat în continuare într-un stadiu REM fazic și un stadiu REM tonic. Stadiul REM fazic este o stare de somn determinată de simpatie, caracterizată prin prezența mișcărilor rapide ale ochilor, contracții musculare intermitente și variații ale modelelor de respirație. REM tonic, pe de altă parte, este o stare de somn condusă parasimpatic și se caracterizează prin absența mișcărilor rapide ale ochilor.

Scorarea tradițională în etape vizuale a înregistrărilor PSG a furnizat descrieri valoroase ale anomaliilor macroarhitecturale ale somnului într-o varietate de tulburări de somn. Cu toate acestea, ele nu oferă informații despre caracteristicile de frecvență sau ritmicitatea EEG care stau la baza tulburărilor de somn. Mai mult, ipoteza care stă la baza algoritmilor de scorare a etapelor este că somnul este un proces discontinuu și discret delimitat, ipoteză care nu a fost susținută de date recente.

Analiză microstructurală a somnului

Fenomenele EEG tranzitorii care durează mai puțin decât epoca de scorare (evenimente fazice) au fost descrise în cadrul înregistrărilor de somn permițând identificarea a ceea ce este cunoscut sub numele de microstructura somnului. Cele două metode cel mai frecvent utilizate pentru a studia microstructura somnului includ analiza modelului alternativ ciclic (CAP) și paradigma trezirii.

Analiza trezirii

În 1992, Asociația Americană a Tulburărilor de Somn (ASDA) a propus o definiție a trezirii independentă de stadializarea R și K. Conform criteriilor ASDA, trezirea EEG apare ca schimbări bruște de frecvență spre ritmuri mai rapide (theta, alfa, beta, dar nu și sigma) care înlocuiesc pentru scurt timp fundalul stadiului de somn. La subiecții normali, durata medie a trezirii rămâne nemodificată de-a lungul vieții (durată medie de aproximativ 15 secunde de-a lungul TST), dar creșterea numărului cu vârsta este considerată ca fiind baza fiziologică a fragilității somnului la vârstnici. În condițiile unui somn perturbat, arousals au fost investigate în special în tulburările respiratorii legate de somn și la pacienții insomniaci. Există însă o literatură consolidată conform căreia arousals și alte fenomene conexe reprezintă manifestări spontane ale somnului fiziologic.

Analiză CAP

CAP este un fenomen EEG organizat în secvențe care ocupă secțiuni largi în cadrul somnului NREM. În timpul CAP, ritmurile EEG ale somnului oscilează cu oscilații periodice excitatorii (faza A) și inhibitorii (faza B). CAP este un marker major al instabilității excitației care însoțește fazele de tranziție somn-veghe și cercetătorii consideră că este un substrat pentru apariția diferitelor tulburări neurologice activate de somn. Grupurile repetitive de trăsături EEG stereotipe separate de intervale de activitate de fond echivalente în timp și care includ cel puțin 2 cicluri CAP consecutive identifică o secvență CAP. Ciclul CAP este format dintr-o fază A (compusă din elemente EEG tranzitorii) și o fază B (interval de activitate theta/delta care separă 2 faze A succesive, cu un interval egal cu 1 minut) (figura 1) (Figura 1). Fiecare fază a PAC poate dura între 2 și 60 de secunde. Toate secvențele PAC încep cu faza A și se termină cu faza B. Pe baza proporției reciproce a undelor lente de înaltă tensiune (sincronie EEG) și a ritmurilor rapide de mică amplitudine (desincronie EEG) pe întreaga durată a fazei A, se disting 3 subtipuri de faze A care corespund unor niveluri diferite de activare neurofiziologică: subtipul A1 (predominanță a sincroniei EEG), subtipul A2 (amestec echilibrat de sincronie și desincronie EEG) și subtipul A3 (predominanță a desincroniei EEG). Atunci când intervalul dintre 2 faze A consecutive depășește 60 de secunde, secvența CAP se încheie și somnul intrat în modul non-CAP (NCAP) se caracterizează prin ritmuri EEG stabile, continue, cu foarte puține evenimente fazice legate de excitație și distribuite aleatoriu.

.