La conoscenza dei normali meccanismi di controllo ventilatorio è importante per comprendere la fisiopatologia dell’apnea centrale del sonno. La normale ventilazione è strettamente regolata per mantenere i livelli di ossigeno arterioso (PaO2) e anidride carbonica (PaCO2) entro intervalli ristretti. Ciò è ottenuto mediante cicli di feedback che coinvolgono chemorecettori periferici e centrali, recettori vagali intrapolmonari, centri di controllo respiratorio nel tronco cerebrale e muscoli respiratori.,
Durante la veglia, i segnali provenienti dalle aree corticali del cervello influenzano la respirazione, un meccanismo chiamato controllo comportamentale. Molti stimoli non chimici, che includono meccanorecettori polmonari e stimolazione comportamentale o sveglia, sono noti per modulare questo fenomeno. Durante il sonno, il controllo comportamentale viene perso e il controllo chimico è il principale meccanismo che regola la ventilazione, PaCO2 è il principale stimolo per la ventilazione., Apnea del sonno centrale è più spesso visto durante il sonno non-rapid eye movement (NREM), quando l’influenza comportamentale è meno, seguita da rapid eye movement (REM) sonno, mentre una persona completamente sveglia ha meno probabilità di manifestarlo. Nonostante questi cambiamenti, il controllo ventilatorio durante il sonno rimane simile a quello durante la veglia.
Il sonno è caratterizzato dall’innalzamento della tensione arteriosa di anidride carbonica (PaCO2) e da una soglia apneica PaCO2 più alta, la PaCO2 al di sotto della quale si verifica l’apnea. Riduzione di PaCO2 solo pochi mm Hg al di sotto del set point PaCO2 può provocare apnee., Gli eventi apneici centrali si verificano comunemente durante la transizione tra veglia e sonno, un periodo durante il quale il set point PaCO2 si regola.
Due tipi di fenomeni fisiopatologici possono causare sindromi centrali da apnea del sonno: 1) instabilità ventilatoria o 2) depressione dei centri respiratori del tronco cerebrale o chemocettori.
L’instabilità ventilatoria è il meccanismo alla base del CSB-CSA, della respirazione periodica ad alta quota e probabilmente dell’apnea centrale primaria del sonno. Come con qualsiasi sistema regolato da cicli di feedback, il sistema respiratorio è vulnerabile all’instabilità., Il verificarsi e la perpetuazione dell’instabilità ventilatoria nella patogenesi dell’apnea centrale del sonno possono essere visualizzati nel contesto del loop gain, un termine ingegneristico che descrive il guadagno complessivo di un sistema controllato da loop di feedback.
Un sistema con alto guadagno di loop risponde rapidamente e intensamente a un trigger, mentre un sistema a basso guadagno di loop risponde più gradualmente e debolmente. Il guadagno del ciclo è influenzato dal guadagno del controller e dal guadagno dell’impianto. Il guadagno del controllore rappresenta il grado di risposta a un dato disturbo, mentre il guadagno dell’impianto riflette l’efficienza della risposta., Nel sistema respiratorio, il guadagno del controller si manifesta come chemioresponsività, mentre il guadagno della pianta è l’efficacia di una data ventilazione minuto per eliminare l’anidride carbonica.
Il concetto di loop gain può essere illustrato dal modo in cui un condizionatore d’aria controllato da un termostato mantiene la temperatura ambiente entro un intervallo ristretto. Piccole variazioni di temperatura attivano un termostato sensibile per accendere o spegnere il condizionatore d’aria. Il grado in cui un termostato risponde a una variazione della temperatura ambiente rappresenta un guadagno del controller., Il guadagno dell’impianto rappresenta l’effetto della risposta sul sistema, la variazione di temperatura nella stanza a seguito dell’effetto di raffreddamento del condizionatore d’aria. Un sistema con alto guadagno di impianto può avere un condizionatore d’aria più forte o una stanza più piccola per raffreddare, con conseguente una risposta più veloce e una maggiore probabilità di superare i limiti.
Il guadagno di loop è definito come la risposta a un disturbo / disturbo stesso., In un sistema di condizionatore d’aria controllato dal termostato con un elevato guadagno di loop, un piccolo aumento della temperatura ambiente provoca rapidamente un raffreddamento che può superare l’intervallo per il quale è impostato il termostato, causando presto lo spegnimento del condizionatore d’aria. Un tale sistema sarebbe relativamente instabile, con il condizionatore d’aria spesso acceso e spento, e la stanza vivendo oscillazioni di temperatura.
Nel sistema di regolazione ventilatoria, il guadagno del controller è il grado di risposta ventilatoria a un dato cambiamento nell’ipercapnia o nell’ipossia ed è mediato dai chemocettori., Il guadagno vegetale è rappresentato dall’effetto di una risposta ventilatoria sulle tensioni arteriose di ossigeno e anidride carbonica. Se un paziente ha un basso spazio morto, un basso tasso metabolico, una bassa capacità residua funzionale o un alto PaCO2, l’effetto dei cambiamenti ventilatori è più marcato, con conseguente aumento della pianta.
Per il sistema ventilatorio, il guadagno di loop può essere definito come mostrato nell’immagine qui sotto.
Il ruolo del guadagno di loop nel determinare l’instabilità respiratoria., A) Quando il guadagno del ciclo è di meno che 1, la tendenza per un overshoot della risposta correttiva ad un’apnea o ad un hypopnea è diminuita e la ventilazione ritorna ad un modello costante. B) Quando il guadagno del ciclo è maggiore o uguale a 1, le risposte vigorose ai disturbi respiratori provocano un’oscillazione continua tra gli eventi e le correzioni, con conseguente modello di respirazione periodica instabile. Adattato dalla patogenesi DP bianco di apnea ostruttiva e centrale del sonno. Am J Respir Crit Cura Med. Dic 1 2005;172(11):1363-70., Loop gain = iperpnea (risposta al disturbo)/apnea o ipopnea (disturbo)
Se il guadagno del ciclo è inferiore a 1, le risposte alle apnee o alle ipopnee sono più graduali e più piccole, consentendo alla ventilazione di tornare a uno schema costante. Se il guadagno del ciclo è maggiore di 1, le grandi risposte alle apnee e alle ipopnee provocano oscillazioni di iperventilazione e apnea / ipoventilazione, causando uno stato di instabilità definito respirazione periodica., Durante la veglia, il controllo comportamentale può ignorare i modelli respiratori periodici, in modo che l’effetto dell’alto guadagno del ciclo sul sistema ventilatorio sia più evidente durante il sonno.
Oltre all’elevato guadagno di loop, deve verificarsi un ritardo tra il rilevamento di un disturbo e l’attivazione della risposta affinché un sistema diventi instabile. Questa condizione esiste per il sistema respiratorio a causa del ritardo tra il cambiamento di PaCO2 nel sistema venoso polmonare e il rilevamento del cambiamento nei corpi carotidei e nel tronco cerebrale., Il tempo di circolazione prolungato in alcuni pazienti con insufficienza cardiaca congestizia può accentuare il ritardo, predisponendoli a una condizione ventilatoria instabile, CSB-CSA.
Il sistema ventilatorio è particolarmente a rischio di instabilità quando il PaCO2 a riposo si avvicina alla soglia apneica PaCO2. Nella situazione di alto guadagno del regolatore o di alto guadagno della pianta in associazione con un PaCO2 basso della linea di base vicino alla soglia apneica, un’interruzione minore nel sistema può dare luogo ad un aspetto ciclico delle apnee e delle iperpneas centrali., I pazienti con ipocapnia e insufficienza cardiaca e quelli che salgono ad alta quota spesso sviluppano queste condizioni, predisponendole a un modello di respirazione periodica. La credibilità di questo concetto è supportata dalle osservazioni che l’aumento dello spazio morto, l’aumento della concentrazione inalata di PaCO2 o l’aumento della ventilazione basale da parte dell’acetazolamide sono, in alcune circostanze, protettivi contro la respirazione periodica.,
I pazienti con insufficienza cardiaca e apnea centrale del sonno hanno dimostrato di avere una risposta ventilatoria aumentata al cambiamento di PaCO2 rispetto ai pazienti con insufficienza cardiaca e apnea ostruttiva del sonno. L’ipossia aumenta la risposta ventilatoria alle variazioni di PaCO2 (aumenta la pendenza della risposta) e predispone all’instabilità della ventilazione. Un cambiamento in PaCO2 può essere più importante del PaCO2 basso perché i pazienti con malattia epatica cronica hanno anche PaCO2 basso, ma non sviluppano apnea centrale del sonno., Nei pazienti con insufficienza cardiaca e apnea centrale del sonno, è stato riportato un aumento della risposta ventilatoria all’esercizio che era proporzionale alla gravità dell’insufficienza CSB-CSA, suggerendo una maggiore reattività dei chemorecettori periferici e centrali.
Apnea centrale del sonno-sindromi da ipoventilazione come quelle associate all’uso narcotico o alle lesioni del tronco cerebrale sono dovute a disturbi del pattern respiratorio centrale centro o chemocettori periferici o entrambi che possono diventare più evidenti durante il sonno a causa della soppressione della veglia o del comportamento.,
Il “centro di controllo” respiratorio coinvolge diverse aree del midollo. Durante il sonno NREM, la respirazione è controllata da un sistema automatico che è principalmente influenzato da stimoli chimici. Nel sonno REM, sia le influenze inibitorie che eccitatorie sono esercitate sui neuroni respiratori midollari che si manifestano con respirazione irregolare e occasionali apnee centrali “fisiologiche”.,
I disturbi primari del sistema nervoso centrale come meningite o emorragia e tumori o ictus che coinvolgono il tronco cerebrale possono provocare un modello di respirazione atassica, indicato come respirazione Biot. Il modello di Biot può essere irregolare senza alcun tipo di periodicità o può consistere in corse di respiri di dimensioni simili alternate ad apnee centrali, come dimostrato nell’immagine qui sotto.
Questo polisonnogramma dimostra l’apnea centrale del sonno e la respirazione Biot in un paziente che riceve morfina a lungo termine per il dolore cronico., Il modello di Biot può essere irregolare senza alcun tipo di periodicità, o può consistere in corse di respiri di dimensioni simili alternate ad apnee centrali. Narcotici come eroina, morfina e metadone causano depressione respiratoria attraverso la stimolazione dei recettori Mu oppioidi sui neuroni situati nel complesso respiratorio midollare., Sebbene la tolleranza si sviluppi per molti effetti del sistema nervoso centrale degli oppioidi, gli studi hanno dimostrato risposte ventilatorie ipercapniche e ipossiche anormali negli utenti di narcotici cronici e diversi rapporti hanno dimostrato che l’apnea centrale del sonno è comune negli individui con oppioidi a lungo termine. È stata suggerita la possibilità che l’inibizione del recettore Mu dei corpi carotidei e di altri chemocettori periferici svolga un ruolo nel causare una forma più sottile di depressione respiratoria nell’uso narcotico a lungo termine.,
I meccanismi responsabili dell’apnea centrale del sonno e dell’apnea ostruttiva del sonno si sovrappongono e i pazienti con apnee centrali hanno spesso eventi ostruttivi. Gli studi hanno dimostrato che l’ipofaringe può essere notevolmente ridotto durante un evento apneico centrale. Durante la normale inspirazione, si verifica una scarica neuronale al diaframma e ai muscoli delle vie aeree superiori che irrigidisce e dilata la faringe per mantenerla aperta. Se si verifica una diminuzione dell’attività sia nel diaframma che nei dilatatori delle vie aeree superiori, il risultato potrebbe essere un’apnea centrale o ostruttiva., Se, nonostante la mancanza di attivazione dei muscoli faringei, le vie aeree superiori rimangono aperte, l’evento sarà un’apnea centrale. Se le vie aeree superiori è chiuso durante apnea centrale e attività diaframmatica riprende prima del tono muscolare dilatatore faringeo viene ripristinato, un misto risultati apnea.
Così, la suscettibilità al collasso delle vie aeree superiori può determinare se apnee centrali o ostruttive si verificano con il ciclismo a causa di instabilità ventilatoria., La conversione delle apnee ostruttive in un modello di respirazione di Cheyne-Stokes con l’introduzione della pressione positiva continua delle vie aeree (CPAP) è un esempio di questo fenomeno. Vedi le immagini qui sotto.
Apnea ostruttiva del sonno (apnea): Questo polisonnogramma dimostra ipopneas tipici che si verificano in O prima della titolazione continua pressione positiva delle vie aeree. In O, il flusso d’aria è assente o ridotto, ma lo sforzo ventilatorio persiste., 
Cheyne Stokes: Questo polisonnogramma rappresenta la respirazione di Cheyne Stokes e si è verificato in seguito alla titolazione continua della pressione delle vie aeree positiva per O nello stesso paziente nel file multimediale precedente. Cheyne Stokes respirazione ha un modello di respirazione crescendo-decrescendo classico. 
