El conocimiento de los mecanismos normales de control ventilatorio es importante para comprender la fisiopatología de la apnea central del sueño. La ventilación Normal está estrechamente regulada para mantener los niveles de oxígeno arterial (PaO2) y dióxido de carbono (PaCO2) dentro de rangos estrechos. Esto se logra mediante bucles de retroalimentación que involucran quimiorreceptores periféricos y centrales, receptores vagales intrapulmonares, los centros de control respiratorio en el tronco encefálico y los músculos respiratorios.,
durante la vigilia, las señales de las áreas corticales del cerebro influyen en la respiración, un mecanismo denominado control del comportamiento. Se sabe que muchos estímulos no químicos, que incluyen mecanorreceptores pulmonares y estimulación conductual o despierta, modulan este fenómeno. Durante el sueño, se pierde el control conductual y el control químico es el principal mecanismo regulador de la ventilación, siendo PaCO2 el mayor estímulo para la ventilación., La apnea Central del sueño se observa con mayor frecuencia durante el sueño de movimiento ocular No rápido (NREM), cuando la influencia conductual es menor, seguido por el sueño de movimiento ocular rápido (REM), mientras que una persona completamente despierta es menos probable que se manifieste. A pesar de estos cambios, el control ventilatorio durante el sueño sigue siendo similar al de la vigilia.
El sueño se caracteriza por la elevación de la tensión arterial de dióxido de carbono (PaCO2) y un umbral Apneico PaCO2 más alto, el PaCO2 por debajo del cual se produce la apnea. La reducción de PaCO2 solo unos pocos mm Hg por debajo del punto de ajuste PaCO2 puede resultar en apneas., Los eventos apneicos centrales ocurren comúnmente durante la transición entre la vigilia y el sueño, un período durante el cual el punto de ajuste PaCO2 se ajusta.
dos tipos de fenómenos fisiopatológicos pueden causar síndromes de apnea central del sueño: 1) inestabilidad ventilatoria o 2) depresión de los centros respiratorios del tronco encefálico o quimiorreceptores.
la inestabilidad ventilatoria es el mecanismo detrás de CSB-CSA, respiración periódica a gran altitud y probablemente apnea central Primaria del sueño. Al igual que con cualquier sistema que está regulado por bucles de retroalimentación, el sistema respiratorio es vulnerable a la inestabilidad., La ocurrencia y perpetuación de la inestabilidad ventilatoria en la patogénesis de la apnea central del sueño puede ser visualizada en el contexto de la ganancia de bucle, un término de ingeniería que describe la ganancia global de un sistema controlado por bucles de retroalimentación.
un sistema con alta ganancia de bucle responde rápida e intensamente a un disparador, mientras que un sistema de baja ganancia de bucle responde más gradual y débilmente. La ganancia de bucle se ve afectada por la ganancia del controlador y la ganancia de la planta. La ganancia del controlador representa el grado de respuesta a una perturbación dada, mientras que la ganancia de la planta refleja la eficiencia de la respuesta., En el sistema respiratorio, la ganancia del controlador se manifiesta como quimiorrespuesta, mientras que la ganancia de la planta es la efectividad de una ventilación mínima dada para eliminar el dióxido de carbono.
el concepto de ganancia de bucle se puede ilustrar por la forma en que un acondicionador de aire controlado por termostato mantiene la temperatura ambiente dentro de un rango estrecho. Los pequeños cambios de temperatura activan un termostato sensible para encender o apagar el aire acondicionado. El grado en que un termostato responde a un cambio en la temperatura ambiente representa una ganancia del controlador., La ganancia de la planta representa el efecto de la respuesta en el sistema, el cambio de temperatura en la habitación como resultado del efecto de enfriamiento del aire acondicionado. Un sistema con alta ganancia de planta puede tener un aire acondicionado más fuerte o una habitación más pequeña para enfriar, lo que resulta en una respuesta más rápida y una mayor probabilidad de sobrepasar los límites.
ganancia de Bucle se define como la respuesta a una perturbación/perturbación en sí., En un sistema de aire acondicionado controlado por termostato con alta ganancia de bucle, un pequeño aumento en la temperatura ambiente produce rápidamente un enfriamiento que puede sobrepasar el rango para el que está configurado el termostato, lo que pronto causa que el aire acondicionado se apague. Tal sistema sería relativamente inestable, con el aire acondicionado que se enciende y se apaga con frecuencia, y la habitación experimentando cambios de temperatura.
en el sistema de regulación ventilatoria, la ganancia del controlador es el grado de respuesta ventilatoria a un cambio dado en la hipercapnia o hipoxia y está mediada por quimiorreceptores., La ganancia de la planta se representa por el efecto de una respuesta ventilatoria sobre las tensiones arteriales de oxígeno y dióxido de carbono. Si un paciente tiene un espacio muerto bajo, una tasa metabólica baja, una capacidad residual funcional baja o una PaCO2 alta, el efecto de los cambios ventilatorios es más marcado, lo que resulta en una mayor ganancia de planta.
para el sistema ventilatorio, la ganancia de bucle se puede definir como se demuestra en la siguiente imagen.
el papel de La ganancia de bucle en la determinación de inestabilidad respiratoria., A) cuando la ganancia de bucle es menor que 1, la tendencia a un exceso de la respuesta correctiva a una apnea o hipopnea se reduce, y la ventilación vuelve a un patrón constante. B) Cuando la ganancia de bucle es mayor o igual a 1, las respuestas vigorosas a las alteraciones respiratorias resultan en una oscilación continua entre los eventos y las correcciones, lo que resulta en un patrón de respiración periódica inestable. Adaptado de la patogénesis de la DP blanca de la apnea obstructiva y central del sueño. Am J Respir Crit Care Med. Dic 1 2005;172(11):1363-70., ganancia de bucle = hiperpnea (respuesta a la alteración)/apnea o hipopnea (alteración)
si la ganancia de bucle es menor que 1, las respuestas a las apneas o hipopneas son más graduales y más pequeñas, lo que permite que la ventilación vuelva a un patrón estable. Si la ganancia de asa es mayor que 1, las grandes respuestas a las apneas e hipopneas resultan en oscilaciones de hiperventilación y apnea / hipoventilación, causando un estado de inestabilidad denominado respiración periódica., Durante el despertar, el control del comportamiento puede anular los patrones de respiración periódica, de modo que el efecto de la alta ganancia de bucle en el sistema ventilatorio es más evidente durante el sueño.
además de la alta ganancia de bucle, debe ocurrir un retraso entre la detección de una perturbación y la activación de la respuesta para que un sistema se vuelva inestable. Esta condición existe para el sistema respiratorio debido al retraso entre el cambio de PaCO2 en el sistema venoso pulmonar y la detección del cambio en los cuerpos carotídeos y el tronco encefálico., El tiempo de circulación prolongado en algunos pacientes con insuficiencia cardíaca congestiva puede acentuar el retraso, predisponiéndolos a una condición ventilatoria inestable, CSB-CSA.
el sistema ventilatorio tiene un riesgo particular de inestabilidad cuando la PaCO2 en reposo se acerca al umbral Apneico de la PaCO2. En la situación de alta ganancia de controlador o alta ganancia de planta en asociación con una línea de Base baja PaCO2 cerca del umbral apneico, una interrupción menor en el sistema puede dar lugar a una apariencia cíclica de apneas e hiperpneas centrales., Los pacientes con hipocapnia e insuficiencia cardíaca y aquellos que ascienden a grandes altitudes a menudo desarrollan estas Condiciones, predisponiéndolos a un patrón de respiración periódica. La credibilidad de este concepto se apoya en las observaciones de que el aumento del espacio muerto, el aumento de la concentración inhalada de PaCO2 o el aumento de la ventilación basal con acetazolamida son, en algunas circunstancias, protectores contra la respiración periódica.,
se ha demostrado que los pacientes con insuficiencia cardíaca y apnea central del sueño tienen una respuesta ventilatoria aumentada al cambio en la PaCO2 en comparación con los pacientes con insuficiencia cardíaca y apnea obstructiva del sueño. La hipoxia aumenta la respuesta ventilatoria a los cambios en la PaCO2 (aumenta la pendiente de respuesta) y predispone a la inestabilidad en la ventilación. Un cambio en la PaCO2 puede ser más importante que la PaCO2 baja porque los pacientes con enfermedad hepática crónica también tienen PaCO2 baja pero no desarrollan apnea central del sueño., En pacientes con insuficiencia cardíaca y apnea central del sueño, se ha notificado un aumento de la respuesta ventilatoria al ejercicio que fue proporcional a la gravedad de la falla de CSB-CSA, lo que sugiere un aumento de la respuesta de los quimiorreceptores periféricos y centrales.
los síndromes de apnea-hipoventilación Central del sueño, como los asociados con el uso de narcóticos o las lesiones del tronco encefálico, se deben a alteraciones del centro del patrón respiratorio central o quimiorreceptores periféricos o ambos que pueden hacerse más evidentes durante el sueño debido a la supresión de la vigilia o el impulso conductual.,
el «Centro de control» respiratorio involucra varias áreas de la médula. Durante el sueño NREM, la respiración es controlada por un sistema automático que está influenciado principalmente por estímulos químicos. En el sueño REM, se ejercen influencias inhibitorias y excitatorias sobre las neuronas respiratorias medulares que se manifiestan por respiración irregular y apneas centrales «fisiológicas» ocasionales.,
los trastornos primarios del sistema nervioso central, como meningitis o hemorragia y tumores o accidentes cerebrovasculares que involucran el tronco encefálico, pueden resultar en un patrón de respiración ataxica, conocido como respiración Biot. El patrón de Biot puede ser irregular sin ningún tipo de periodicidad o puede consistir en corridas de respiraciones de tamaño similar alternando con apneas centrales, como se demuestra en la imagen de abajo.
este polisomnograma demuestra la apnea central del sueño y la respiración Biot en un paciente que recibe morfina a largo plazo para el dolor crónico., El patrón de Biot puede ser irregular sin ningún tipo de periodicidad, o puede consistir en carreras de respiraciones de tamaño similar alternando con apneas centrales. narcóticos como la heroína, la morfina y la metadona causan depresión respiratoria a través de la estimulación de los receptores opioides Mu en las neuronas ubicadas en el complejo respiratorio medular., Aunque se desarrolla tolerancia para muchos efectos del sistema nervioso central de los opioides, los estudios han demostrado respuestas ventilatorias hipercápnicas e hipóxicas anormales en consumidores crónicos de narcóticos, y varios informes han demostrado que la apnea central del sueño es común en individuos que toman opioides a largo plazo. Se ha sugerido la posibilidad de que la inhibición del receptor Mu de los cuerpos carotídeos y otros quimiorreceptores periféricos desempeñe un papel en la causa de una forma más sutil de depresión respiratoria en el uso de narcóticos a largo plazo.,
los mecanismos responsables de la apnea central del sueño y la apnea obstructiva del sueño se superponen, y los pacientes con apneas centrales a menudo tienen eventos obstructivos. Los estudios han demostrado que la hipofaringe puede estrecharse considerablemente durante un evento apneico central. Durante la inspiración normal, se produce una descarga neuronal al diafragma y a los músculos de las vías respiratorias superiores que se endurece y dilata la faringe para mantenerla abierta. Si se produce una disminución de la actividad tanto en el diafragma como en los dilatadores de la vía aérea superior, el resultado podría ser una apnea central u obstructiva., Si, a pesar de la falta de activación de los músculos faríngeos, la vía aérea superior permanece abierta, el evento será una apnea central. Si la vía aérea superior se cierra durante la apnea central y la actividad diafragmática se reanuda antes de que se restaure el tono muscular dilatador faríngeo, se produce una apnea mixta.
así, la susceptibilidad al colapso de la vía aérea superior puede determinar si las apneas centrales u obstructivas ocurren con el ciclo debido a la inestabilidad ventilatoria., La conversión de las apneas obstructivas a un patrón respiratorio de Cheyne-Stokes con la introducción de la presión positiva continua en la vía aérea (CPAP) es un ejemplo de este fenómeno. Vea las imágenes a continuación.
apnea obstructiva del sueño (aos): este polisomnograma muestra hipopneas típicas que se producen en aos antes de la titulación positiva continua de la presión de las vías respiratorias. En AOS, el flujo de aire está ausente o reducido, pero el esfuerzo ventilatorio persiste., 
Cheyne Stokes: este polisomnograma representa la respiración de Cheyne Stokes y se produjo después de una valoración positiva continua de la presión de la vía aérea para AOS en el mismo paciente en el archivo de medios anterior. La respiración de Cheyne Stokes tiene un patrón clásico de respiración crescendo-decrescendo. 
