La connaissance des mécanismes normaux de contrôle ventilatoire est importante pour comprendre la physiopathologie de l’apnée centrale du sommeil. La ventilation normale est étroitement régulée pour maintenir les niveaux d’oxygène artériel (PaO2) et de dioxyde de carbone (PaCO2) dans des plages étroites. Ceci est réalisé par des boucles de rétroaction qui impliquent des chimiorécepteurs périphériques et centraux, des récepteurs vagaux intrapulmonaires, les centres de contrôle respiratoire dans le tronc cérébral et les muscles respiratoires.,
pendant l’éveil, les signaux provenant des zones corticales du cerveau influencent la respiration, un mécanisme appelé contrôle comportemental. De nombreux stimuli non chimiques, notamment les mécanorécepteurs pulmonaires et la stimulation comportementale ou éveillée, sont connus pour moduler ce phénomène. Pendant le sommeil, le contrôle comportemental est perdu et le contrôle chimique est le principal mécanisme de régulation de la ventilation, PaCO2 étant le principal stimulus de la ventilation., L’apnée centrale du sommeil est le plus souvent observée pendant le sommeil non rapide (NREM), lorsque l’influence comportementale est la moins importante, suivie d’un sommeil paradoxal (REM), tandis qu’une personne complètement éveillée est la moins susceptible de le manifester. Malgré ces changements, le contrôle ventilatoire pendant le sommeil reste similaire à celui pendant l’éveil.
Le sommeil est caractérisé par une élévation de la tension artérielle du dioxyde de carbone (PaCO2) et un seuil apnéique PaCO2 plus élevé, le PaCO2 en dessous duquel l’apnée se produit. Réduction de PaCO2 juste quelques mm Hg en dessous du point de consigne PaCO2 peut entraîner des apnées., Les événements apnéiques centraux se produisent généralement pendant la transition entre le réveil et le sommeil, une période au cours de laquelle le point de consigne PaCO2 s’ajuste.
deux types de phénomènes physiopathologiques peuvent provoquer des syndromes d’apnée centrale du sommeil: 1) instabilité ventilatoire ou 2) dépression des centres respiratoires du tronc cérébral ou des chimiorécepteurs.
l’instabilité ventilatoire est le mécanisme derrière CSB-CSA, la respiration périodique à haute altitude et probablement l’apnée centrale primaire du sommeil. Comme pour tout système régulé par des boucles de rétroaction, le système respiratoire est vulnérable à l’instabilité., L’apparition et la perpétuation de l’instabilité ventilatoire dans la pathogenèse de l’apnée centrale du sommeil peuvent être visualisées dans le contexte du gain En Boucle, un terme d’ingénierie qui décrit le gain global d’un système contrôlé par des boucles de rétroaction.
Un système à boucle de gain répond rapidement et intensément à un déclencheur, alors qu’un faible gain de la boucle système répond plus progressivement et faiblement. Le gain de boucle est affecté par le gain du contrôleur et le gain de la plante. Le gain du contrôleur représente le degré de réponse à une perturbation donnée, tandis que le gain de la plante reflète l’efficacité de la réponse., Dans le système respiratoire, le gain du contrôleur se manifeste par une chimioresponsabilité, tandis que le gain de la plante est l’efficacité d’une ventilation minute donnée pour éliminer le dioxyde de carbone.
Le concept de gain de boucle peut être illustré par la façon dont un climatiseur contrôlé par thermostat maintient la température ambiante dans une plage étroite. Des changements de température mineurs déclenchent un thermostat sensible pour allumer ou éteindre le climatiseur. Le degré auquel un thermostat réagit à un changement de température ambiante représente un gain de contrôleur., Le gain de la plante représente l’effet de la réponse sur le système, le changement de température dans la pièce résultant de l’effet de refroidissement du climatiseur. Un système avec un gain de plante élevé peut avoir un climatiseur plus fort ou une pièce plus petite pour se refroidir, ce qui entraîne une réponse plus rapide et une plus grande probabilité de dépasser les limites.
Le gain de boucle est défini comme la réponse à une perturbation / perturbation elle-même., Dans un système de climatiseur contrôlé par thermostat avec gain de boucle élevé, une petite augmentation de la température ambiante entraîne rapidement un refroidissement qui peut dépasser la plage pour laquelle le thermostat est réglé, provoquant rapidement l’arrêt du climatiseur. Un tel système serait relativement instable, le climatiseur étant souvent allumé et éteint, et la pièce subissant des fluctuations de température.
dans le système de régulation ventilatoire, le gain du contrôleur est le degré de réponse ventilatoire à un changement donné d’hypercapnie ou d’hypoxie et est médié par des chimiorécepteurs., Le gain végétal est représenté par l’effet d’une réponse ventilatoire sur les tensions artérielles en oxygène et en dioxyde de carbone. Si un patient a un faible espace mort, un faible taux métabolique, une faible capacité résiduelle fonctionnelle ou un PaCO2 élevé, l’effet des changements ventilatoires est plus marqué, ce qui entraîne un gain végétal plus élevé.
pour le système ventilatoire, le gain de boucle peut être défini comme démontré dans l’image ci-dessous.
Le rôle du gain en boucle dans la détermination des voies respiratoires de l’instabilité., A) Lorsque le gain en boucle est inférieur à 1, la tendance à un dépassement de la réponse corrective à une apnée ou à une hypopnée est diminuée et la ventilation revient à un schéma stable. B) lorsque le gain de boucle est supérieur ou égal à 1, les réponses vigoureuses aux perturbations respiratoires entraînent une oscillation continue entre les événements et les corrections, ce qui entraîne un schéma respiratoire périodique instable. Adapté de la pathogenèse du DP blanc de l’apnée obstructive et centrale du sommeil. Am J Respir Crit Care Med. Déc 1 2005;172(11):1363-70., gain de boucle = hyperpnée (réponse à une perturbation)/apnée ou hypopnée (perturbation)
Si le gain de boucle est inférieur à 1, les réponses aux apnées ou aux hypopnées sont plus graduelles et plus petites, ce qui permet à la ventilation de revenir à un schéma régulier. Si le gain de boucle est supérieur à 1, les grandes réponses aux apnées et aux hypopnées entraînent des oscillations d’hyperventilation et d’apnée/hypoventilation, provoquant un État d’instabilité appelé respiration périodique., Pendant le réveil, le contrôle comportemental peut remplacer les schémas respiratoires Périodiques, de sorte que l’effet du gain de boucle élevé sur le système ventilatoire est le plus évident pendant le sommeil.
en plus d’un gain de boucle élevé, un délai doit se produire entre la détection d’une perturbation et l’actionnement de la réponse pour qu’un système devienne instable. Cette condition existe pour le système respiratoire en raison du délai entre le changement de PaCO2 dans le système veineux pulmonaire et la détection du changement dans les corps carotides et le tronc cérébral., Un temps de circulation prolongé chez certains patients atteints d’insuffisance cardiaque congestive peut accentuer le retard, les prédisposant à une condition ventilatoire instable, CSB-CSA.
le système ventilatoire présente un risque particulier d’instabilité lorsque le PaCO2 au repos s’approche du seuil apnéique PaCO2. Dans la situation d’un gain de contrôleur élevé ou d’un gain de plante élevé associé à un faible PaCO2 de base proche du seuil apnéique, une perturbation mineure du système peut donner lieu à une apparition cyclique d’apnées centrales et d’hyperpnées., Les Patients atteints d’hypocapnie et d’insuffisance cardiaque et ceux qui montent à des altitudes élevées développent souvent ces conditions, les prédisposant à un schéma respiratoire périodique. La crédibilité de ce concept est étayée par les observations selon lesquelles l’augmentation de l’espace mort, l’augmentation de la concentration inhalée de PaCO2 ou l’augmentation de la ventilation de base par l’acétazolamide sont, dans certaines circonstances, protectrices contre la respiration périodique.,
Les Patients atteints d’insuffisance cardiaque et d’apnée centrale du sommeil ont montré une réponse ventilatoire accrue au changement de PaCO2 par rapport aux patients atteints d’insuffisance cardiaque et d’apnée obstructive du sommeil. L’hypoxie augmente la réponse ventilatoire aux changements de PaCO2 (augmente la pente de réponse) et prédispose à l’instabilité dans la ventilation. Un changement de PaCO2 peut être plus important que le faible PaCO2 car les patients atteints d’une maladie hépatique chronique ont également un faible PaCO2 mais ne développent pas d’apnée centrale du sommeil., Chez les patients atteints d’insuffisance cardiaque et d’apnée centrale du sommeil, une réponse ventilatoire accrue à l’exercice a été rapportée proportionnellement à la gravité de l’insuffisance CSB-CSA, suggérant une réactivité accrue des chimiorécepteurs périphériques et centraux.
syndromes d’apnée centrale du sommeil-hypoventilation tels que ceux associés à la consommation de stupéfiants ou aux lésions du tronc cérébral sont dus à des perturbations du centre du schéma respiratoire central ou des chimiorécepteurs périphériques ou des deux qui peuvent devenir plus évidents pendant le sommeil en raison de la suppression de l’éveil ou de la,
le « centre de contrôle » respiratoire implique plusieurs zones de la moelle. Pendant le sommeil NREM, la respiration est contrôlée par un système automatique principalement influencé par des stimuli chimiques. Dans le sommeil paradoxal, des influences inhibitrices et excitatrices sont exercées sur les neurones respiratoires médullaires qui se manifestent par une respiration irrégulière et des apnées centrales « physiologiques » occasionnelles.,
Les troubles primaires du système nerveux central tels que la méningite ou l’hémorragie et les tumeurs ou les accidents vasculaires cérébraux impliquant le tronc cérébral peuvent entraîner un schéma respiratoire ataxique, appelé respiration Biot. Le modèle de Biot peut être irrégulier sans aucun type de périodicité ou il peut consister en des séries de respirations de taille similaire alternant avec des apnées centrales, comme le montre l’image ci-dessous.
ce polysomnogramme démontre l’apnée centrale du sommeil et la respiration Biot chez un patient recevant de la morphine à long terme pour une douleur chronique., Le modèle de Biot peut être irrégulier sans aucun type de périodicité, ou il peut consister en des séries de respirations de taille similaire alternant avec des apnées centrales. Les narcotiques tels que l’héroïne, la morphine et la méthadone provoquent une dépression respiratoire via la stimulation des récepteurs opioïdes mu sur les neurones situés dans le complexe respiratoire médullaire., Bien que la tolérance se développe pour de nombreux effets des opioïdes sur le système nerveux central, des études ont démontré des réponses ventilatoires hypercapniques et hypoxiques anormales chez les utilisateurs chroniques de stupéfiants, et plusieurs rapports ont démontré que l’apnée centrale du sommeil est fréquente chez les personnes sous opioïdes à long terme. La possibilité que l’inhibition des récepteurs Mu des corps carotides et d’autres chimiorécepteurs périphériques joue un rôle dans la cause d’une forme plus subtile de dépression respiratoire dans l’utilisation de stupéfiants à long terme a été suggérée.,
Les mécanismes responsables de l’apnée centrale du sommeil et de l’apnée obstructive du sommeil se chevauchent, et les patients atteints d’apnée centrale ont souvent des événements obstructifs. Des études ont montré que l’hypopharynx peut être considérablement rétréci lors d’un événement apnéique central. Pendant l’inspiration normale, une décharge neuronale se produit au diaphragme et aux muscles des voies respiratoires supérieures qui rigidifie et dilate le pharynx pour le garder ouvert. Si une diminution de l’activité se produit à la fois dans le diaphragme et les dilatateurs des voies respiratoires supérieures, le résultat pourrait être une apnée centrale ou obstructive., Si, malgré un manque d’activation des muscles pharyngés, les voies aériennes supérieures restent ouvertes, l’événement sera une apnée centrale. Si les voies aériennes supérieures sont fermées pendant l’apnée centrale et que l’activité diaphragmatique reprend avant que le tonus musculaire du dilatateur pharyngé ne soit rétabli, il en résulte une apnée mixte.
ainsi, la sensibilité à l’effondrement des voies aériennes supérieures peut déterminer si les apnées centrales ou obstructives se produisent avec le cycle en raison de l’instabilité ventilatoire., La conversion des apnées obstructives en un schéma respiratoire de Cheyne-Stokes avec l’introduction de la pression positive continue des voies respiratoires (CPAP) est un exemple de ce phénomène. Voir les images ci-dessous.
apnée Obstructive du sommeil (SAOS): ce polysomnogramme montre des hypopnées typiques survenant dans le SAOS avant un titrage continu de la pression positive des voies respiratoires. Dans le SAOS, le flux d’air est absent ou réduit, mais l’effort ventilatoire persiste., 
Cheyne Stokes: ce polysomnogramme représente la respiration de Cheyne Stokes et s’est produit après un titrage continu positif de la pression des voies respiratoires pour le SAOS chez le même patient dans le fichier multimédia précédent. Cheyne Stokes breathing a un modèle de respiration crescendo-decrescendo classique. 
