Klinisk betydelse

Sleep Staging

Den ödmjuka början på sömnmedicinen startade med att man bara observerade och beskrev olika händelser som sker under sömn och vakenhet. Det var dock inte förrän utvecklingen av elektrofysiologin och Hans Bergers uppfinning av elektroencefalografi (EEG) i början av 1900-talet som vi började förstå komplexiteten hos de hjärnmekanismer som kännetecknar sömn- och vakenhetstillstånd. Sömnen genomgår strukturerade och organiserade cykler genom olika stadier.

De första sömnregistreringarna över natten utfördes av Loomes och hans kollegor när de stod inför den utmanande uppgiften att beskriva typiska sömnmönster hos normala individer. Flera grupper improviserade detta och gav i sin tur upphov till början av sömnstagning. Det var dock först 17 år senare som Aserinsky kände igen REM-sömn (rapid eye movement). Detta ledde till födelsen av moderna metoder för sömnstagning.

In 1968 fastställde en expertkommitté med Rechtschaffen och Kales som ordförande regler för poängsättning av sömn hos normala vuxna människor. Utifrån denna kodning identifierades 5 sömnstadier: 1 REM-stadium och 4 NREM-sömnstadier. Varje stadium består av ett antal fysiologiska variabler som tenderar att uppträda tillsammans. År 2004 beställde American Academy of Sleep Medicine (AASM) en revidering av reglerna för bedömning av sömnen, som omfattade regler för bedömning av väckningar, andningshändelser, sömnrelaterade rörelsestörningar och hjärthändelser. Storleken och fördelningen av standardparametrarna för sömn återspeglar sömnens makrostruktur.

Sömnens makrostruktur

Baserat på sömnens makrostruktur kan sömnen klassificeras i två huvudstadier: NREM-sömn (non-rapid eye movement) och REM-sömn (rapid eye movement). Typiskt sett, när man somnar, ger det snabba EEG-mönstret med låg spänning från vakenhet gradvis vika för långsammare frekvenser, eftersom NREM-sömnen går från stadium N1 (minskning av alfa) till stadium N2 (spindlar, K-komplex) till stadium N3 (ökande amplitud och regelbundenhet hos delta-rytmen). Steg N3 kallas för långsam vågsömn (SWS). SWS avbryts av perioder av snabb ögonrörelse (REM-sömn, dvs. aktiv eller paradoxal sömn). Polysomnografi (PSG) är en multiparametrisk undersökning som traditionellt har använts för att bedöma sömnens arkitektur.

Sömnen genomgår flera diskreta cykler av NREM- och REM-sömn under en given natt. Hos normala vuxna varar varje cykel i ungefär 90-120 minuter och det finns ungefär 4-5 sådana cykler som inträffar under en normal 8 timmars nattsömn. Procentandelen NREM-sömn är högst under den första delen av natten, medan REM-sömnen dominerar under den andra halvan.

Steget vakenhet (W) kännetecknas av förekomsten av en dominerande betarytm över de främre lederna, och det finns en posteriort progression till en posteriort dominerande alfarytm över de occipitala regionerna. Denna anteroposterior progression observeras bäst när ögonen är stängda och dämpas när ögonen öppnas. Ögonblinkningar observeras ofta i detta skede, vilka framträder som konjugerade ögonrörelser som består av 0,5 till 2 Hz. Under övergången till sömnighet är en av de första sakerna som uppträder långsamma laterala ögonrörelser typiskt mindre än 0,5 Hz och det finns en större framträdande alfa-rytm med intermittent betarytm.

Skede 1 (N1) kännetecknas typiskt av att alfa-rytmen försvinner och att det uppträder roterande ögonrörelser som är långsamma, konjugerade, fram- och återvändande avböjningar som vanligen varar cirka 500 millisekunder. EEG visar medelhög amplitud, blandade frekvenser med övervägande aktivitet på 4-7 Hz och oregelbundet fördelade utbrott av långsamma vågor. Det förekommer vertex sharp transients (VST) som definieras som skarpt konturerade, bilaterala synkrona vågor med maximal amplitud över de centrala derivationerna, även om barn kan visa parietal dominans. Amplituden kan variera på båda sidor och de varar vanligen i mindre än 0,5 sekunder. De är vanligen isolerade och uppträder med oregelbundna intervaller både spontant och vid tillämpning av alarmerande stimuli. Vi ser också uppkomsten av positiva occipitala skarpa transienter av sömn (POSTS) som är antingen mono- eller bifasiska, positiva, triangulära vågor som är mest framträdande i de occipitala huvudregionerna. Alarmering under N1 kan leda till en kort återkomst av alfa-rytmen. EMG visar minskad muskelaktivitet.

Steg 2 (N2) kännetecknas av förekomsten av bilateralt synkron thetaaktivitet som åtföljs av sömnspindlar eller K-komplex eller båda. K-komplex definieras av förekomsten av ett komplext mönster av negativ skarp våg omedelbart följt av en positiv våg (V-formad) som sticker ut från bakgrunds-EEG, varar =0,5 sekunder och är mest framträdande i de fronto-centrala derivationerna. För att upphetsning ska förknippas med K-komplexet bör den börja högst 1 sekund efter det att K-komplexet avslutats. Sömnspindlar definieras som distinkta 12-14 Hz-vågor med frekvenser på 11-16 Hz (oftast 12-14 Hz) med en varaktighet som är större än 0,5 sekunder, vanligtvis med maximal amplitud i de centrala derivationerna.

Steg 3 (N3) kännetecknas av deltaavmattning med hög amplitud i intervallet 0,5 till 2 Hz med amplituder som är lika med 75 mikroV mätt över de fronto-centrala derivationerna. K-komplex och sömnspindlar kan förekomma, men POSTs är sällsynta. Typiskt sett poängsätts N3-sömn om en avmattning ses i 20 % av epokerna. N3-sömn förekommer oftast under den första tredjedelen av natten, och kliniskt sett kan detta vara viktigt eftersom NREM-parasomni, t.ex. sömngång och nattskräck, vanligtvis ses under denna period. Steg REM (R) kännetecknas av förekomsten av snabba ögonrörelser (REM) som är konjugerade, oregelbundna och skarpt konturerade ögonrörelser med en initial fasavvikelse som vanligtvis varar mindre än 500 ms. Vi ser också minskad EMG-ton och är vanligtvis den lägsta i hela inspelningen. Man ser sågtandsvågor som beskrivs som avlopp av skarpt konturerade eller triangulära, ofta tandade vågor på 2 till 6 Hz med maximal amplitud över de centrala avledningarna och som ofta, men inte alltid, föregås av ett utbrott av snabba ögonrörelser. Tröskeln för väckning av auditiva stimuli tenderar att vara högst under REM. Typiskt sett förekommer sömnens R-stadium främst under den sista tredjedelen av natten och är den period då REM-parasomni, t.ex. mardrömmar, vanligtvis uppträder. R-stadiet kan ytterligare delas in i ett fasiskt REM-stadium och ett toniskt REM-stadium. Det fasiska REM-stadiet är ett sympatikdrivet sömntillstånd som kännetecknas av snabba ögonrörelser, intermittenta muskelryckningar och variationer i andningsmönster. Det toniska REM-stadiet är å andra sidan ett parasympatiskt drivet sömntillstånd och kännetecknas av avsaknad av snabba ögonrörelser.

Traditionell visuell stadiebedömning av PSG-registreringar har gett värdefulla beskrivningar av makroarkitektoniska avvikelser i sömnen vid en rad olika sömnstörningar. De ger dock ingen information om de EEG-frekvensegenskaper eller den rytmicitet som ligger till grund för sömnstörningar. Vidare är det underliggande antagandet i algoritmerna för scoring av stadier att sömnen är en diskontinuerlig och diskret avgränsad process, ett antagande som inte stöds av nya data.

Mikrostrukturell analys av sömn

Transienta EEG-fenomen som varar kortare tid än scoringsepoken (fasiska händelser) har beskrivits i sömnupptagningarna, vilket gör det möjligt att identifiera vad som är känt som sömnens mikrostruktur. De två vanligaste metoderna för att studera sömnens mikrostruktur är analys av cykliskt alternerande mönster (CAP) och arousalparadigm.

Arousalanalys

1992 föreslog American Sleep Disorders Association (ASDA) en definition av arousal som var oberoende av R- och K-stadierna. Enligt ASDA:s kriterier uppträder EEG-väckelser som plötsliga frekvensförskjutningar mot snabbare rytmer (theta, alfa, beta, men inte sigma) som kortvarigt ersätter sömnstadiets bakgrund. Hos normala personer förblir den genomsnittliga varaktigheten för väckelser oförändrad under hela livet (genomsnittlig längd på cirka 15 sekunder under hela TST), men ökningen av antalet med åldern anses vara den fysiologiska grunden för sömnbrist hos äldre personer. Vid störd sömn har väckningar undersökts särskilt vid sömnrelaterade andningsstörningar och hos sömnlösa patienter. Det finns dock konsoliderad litteratur enligt vilken arousals och andra relaterade fenomen utgör spontana manifestationer av fysiologisk sömn.

CAP-analys

CAP är ett EEG-fenomen organiserat i sekvenser som upptar breda avsnitt inom NREM-sömnen. Under CAP oscillerar sömnens EEG-rytmer med periodiska excitatoriska (fas A) och hämmande (fas B) svängningar. CAP är en viktig markör för den instabilitet i uppvaknandet som åtföljer övergångsfaserna mellan sömn och vaken, och forskarna tror att det är ett substrat för uppkomsten av olika sömnaktiverade neurologiska störningar. Upprepade kluster av stereotypa EEG-funktioner som separeras av tidsekvivalenta intervaller av bakgrundsaktivitet och som omfattar minst två på varandra följande CAP-cykler identifierar en CAP-sekvens. CAP-cykeln består av en fas A (bestående av övergående EEG-element) och en fas B (intervall av theta/delta-aktivitet som separerar två på varandra följande A-faser, med ett intervall som motsvarar en minut) (figur 1). Varje CAP-fas kan pågå i 2 till 60 sekunder. Alla CAP-sekvenser börjar med fas A och avslutas med fas B. Baserat på den ömsesidiga proportionen av långsamma vågor med hög spänning (EEG-synkronitet) och snabba rytmer med låg amplitud (EEG-desynkronitet) under hela fas A-durationen, skiljer man mellan tre subtyper av A-faser som motsvarar olika nivåer av neurofysiologisk aktivering: subtyp A1 (dominans av EEG-synkronitet), subtyp A2 (balanserad blandning av EEG-synkronitet och desynkronitet), och subtyp A3 (dominans av EEG-desynkronitet). När intervallet mellan två på varandra följande A-faser överstiger 60 sekunder avslutas CAP-sekvensen och sömnen övergår i non-CAP-läge (NCAP) som kännetecknas av stabila, pågående EEG-rytmer med mycket få och slumpmässigt fördelade väckelserelaterade fasiska händelser.