Atmungsstörungen im Schlaf sind ein Kennzeichen des obstruktiven Schlafapnoe-Syndroms. Atemstörungen umfassen Apnoe (Unterbrechung des Luftstroms) und Hypopnoe (verminderter Luftstrom). Darüber hinaus weisen einige Kinder im Gegensatz zu Erwachsenen eine Variation der obstruktiven Schlafapnoe auf, die als obstruktive Hypoventilation (OH) bezeichnet wird. Kinder mit obstruktiver Hypoventilation zeigen Hyperkapnieperioden, die ohne diskrete respiratorische Ereignisse auftreten, die die Kriterien für Apnoe oder Hypopnoe erfüllen.

Apnoen und Hypopnoen

Physiologische Aufzeichnungsmethoden können die Arten von Apnoe unterscheiden. Während einer obstruktiven Apnoe unternimmt eine Person Atemanstrengungen, aber aufgrund einer Obstruktion der oberen Atemwege tritt kein Luftstrom auf. Die zentrale Apnoe ist eine Unterbrechung des Luftstroms und der Atemanstrengung. Gemischte Apnoen haben sowohl zentrale als auch obstruktive Komponenten. Ein typisches gemischtes Ereignis beginnt mit einer zentralen Apnoe, auf die unmittelbar ein oder mehrere behinderte Atemzüge folgen.

Hypopnoen sind Episoden flacher Atmung, bei denen der Luftstrom um mindestens 50 verringert wird %. Sie gehen normalerweise mit einem gewissen Grad an Sauerstoffentsättigung einher, der geringfügig und vorübergehend sein kann. Wie Apnoe wird Hypopnoe in obstruktive, zentrale und gemischte unterteilt. Obstruktive Hypopnoen sind Episoden einer partiellen Obstruktion der oberen Atemwege. Atemanstrengungen treten auf, aber der Luftstrom wird verringert. Bei zentraler Hypopnoe sind sowohl die Atemanstrengung als auch der Luftstrom verringert. Gemischte Hypopnoen haben sowohl zentrale als auch obstruktive Komponenten.

Bei Erwachsenen müssen Episoden von Atemstörungen 10 Sekunden oder länger dauern, bevor sie als Apnoe oder Hypopnoe angesehen werden. Normale Atemfrequenz im Ruhezustand bei Kindern ist schneller als bei Erwachsenen, und Kinder haben eine geringere funktionelle Restkapazität und eine nachgiebigere Brustwand. Infolgedessen werden Kinder schneller sauerstoffentsättigt als Erwachsene, wenn der Luftstrom unterbrochen wird. Eine Definition von Apnoe oder Hypopnoe, die erfordert, dass ein Ereignis 10 Sekunden oder länger dauert, bevor es als signifikant angesehen wird, ist etwas willkürlich und berücksichtigt nicht die physiologischen Unterschiede zwischen Erwachsenen und Kindern. Folglich verwenden pädiatrische Schlafzentren unterschiedliche Dauer-Kriterien zur Kennzeichnung von Ereignissen wie Apnoe oder Hypopnoe. Wenn bei Kindern eine Obstruktion mit zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Atemzügen auftritt, kann das Ereignis als Apnoe oder Hypopnoe bezeichnet werden, selbst wenn es weniger als 10 Sekunden dauert.

Obstruktion der oberen Atemwege

Die Fähigkeit, die Durchgängigkeit der oberen Atemwege während des normalen Atemzyklus aufrechtzuerhalten, ist das Ergebnis eines empfindlichen Gleichgewichts zwischen den Kräften, die das Schließen und Erweitern der Atemwege fördern. Dieses Konzept des „Kräfteverhältnisses“ wurde ursprünglich von zwei unabhängigen Gruppen vorgeschlagen und spiegelt die aktuelle Denkrichtung hinsichtlich der zugrunde liegenden pathophysiologischen Mechanismen wider, die zum klinischen Spektrum der obstruktiven Apnoe führen.

Die 4 wichtigsten prädisponierenden Faktoren für die Obstruktion der oberen Atemwege sind die folgenden:

• Anatomische Verengung

• Abnormale mechanische Verbindung zwischen Muskeln, die die Atemwege erweitern, und Atemwegswänden

• Muskelschwäche

• Abnormale neuronale Regulation

Obstruktive Apnoe und Hypopnoe hängen mit Obstruktion der oberen Atemwege zusammen. Obstruktion der oberen Atemwege kann auf einer oder mehreren Ebenen auftreten, einschließlich Nasopharynx (Bereich von der Nase bis zum harten Gaumen), Mund, Velopharynx (Raum hinter dem Gaumen), retroglossaler Region (Bereich hinter der Zunge), Hypopharynx (Bereich zwischen der Zunge) Basis und Kehlkopf) und Kehlkopf.

Der obere Atemweg ist ein geschmeidiger Schlauch, dessen Seitenwände aus Muskeln und anderen Weichteilen bestehen. Während des Wachzustandes erhält die neuronale Eingabe in eine Reihe kleiner Muskelgruppen im Pharynx den Muskeltonus und die Durchgängigkeit der Atemwege aufrecht. Im Schlaf geht ein erhöhter Widerstand gegen den Luftstrom normalerweise mit einer Muskelentspannung dieser Muskelgruppen einher. Obwohl die meisten Menschen diese Veränderungen kompensieren, haben Personen mit bestimmten anatomischen Problemen im Schlaf wiederholt Episoden einer teilweisen oder vollständigen Obstruktion der oberen Atemwege.

Die Schlafapnoe im Kindesalter unterscheidet sich von der obstruktiven Schlafapnoe bei Erwachsenen , dass Erwachsene mit Schlafapnoe häufig an Hypersomnie leiden, während Kinder häufig kurze Aufmerksamkeitsspannen, emotionale Labilität und Verhaltensprobleme aufweisen. Fettleibigkeit ist sowohl bei Erwachsenen als auch bei Kindern ein Hauptrisikofaktor. Die Fettinfiltration der pharyngealen Weichteile verengt das Kaliber der oberen Atemwege und trägt zum Atemwegswiderstand bei. Obwohl Fettleibigkeit in einigen Fällen von Schlafapnoe im Kindesalter eine Rolle spielt, hängt die Atemwegsobstruktion normalerweise mit Tonsillenhypertrophie, Adenoidhypertrophie oder kraniofazialen Anomalien zusammen.Kinder mit einigen Arten von neuromuskulären Erkrankungen (z. B. Duchenne-Muskeldystrophie, spinale Muskelatrophie, Zerebralparese) haben möglicherweise auch ein höheres Risiko, an Schlafapnoe zu erkranken.

Anatomische Verengung

Zu jedem Zeitpunkt im Leben ist eine kleinere Querschnittsfläche des oberen Atemwegs mit einer verminderten Fähigkeit verbunden, die Durchgängigkeit der oberen Atemwege aufrechtzuerhalten. Bei Erwachsenen verhält sich der obere Atemweg wie vom Starling-Widerstandsmodell vorhergesagt. Gemäß diesem Modell wird unter Bedingungen der Flussbegrenzung der maximale Inspirationsfluss durch die Druckänderungen stromaufwärts (nasal) zu einer kollabierbaren Stelle des oberen Atemwegs bestimmt, und der Fluss ist unabhängig vom stromabwärts gelegenen (trachealen) Druck, der vom Zwerchfell erzeugt wird. Drücke, bei denen die Atemwege kollabieren, werden als kritische Schließdrücke oder Pcrit bezeichnet. Mit anderen Worten, bei Vorhandensein eines kollabierbaren Segments des oberen Atemwegs, wie des Pharyngeal-Introitus, ist der Gesamtwiderstand gegen den Luftstrom in der Nähe dieses Segments der Hauptfaktor, der für den Verschluss des kollabierbaren Segments verantwortlich ist. Dieses Modell erklärt, warum sich beispielsweise Schnarchen und obstruktive Apnoe während einer Erkältung verschlimmern (erhöhter Widerstand der Nase stromaufwärts).

Die Gültigkeit dieses Modells wurde auch bei Kindern bestätigt. und interessanterweise war die Kollabierbarkeit der oberen Atemwege bei Kindern im Vergleich zu Erwachsenen verringert. Wie vom Starling-Widerstandsmodell vorhergesagt, zeigte das kollabierbare Segment der oberen Atemwege bei Kindern bei Kindern mit obstruktiver Schlafapnoe weniger negative (höhere und daher kollabierbarere) Drücke. Komponenten, die den Druck des stromaufwärtigen Segments beeinflussen oder Pcrit erhöhen, sind von großer Bedeutung für die Fähigkeit, die Durchgängigkeit der Atemwege aufrechtzuerhalten. Beispielsweise ist eine virale Erkältung oder allergische Rhinitis, die eine erhöhte Sekretion in den Nasengängen und eine Schwellung der Schleimhaut induziert, mit einem erhöhten Widerstand der Nase gegen den Luftstrom verbunden. Es ist nicht überraschend, dass das Ausmaß des Schnarchens und die Schwere der obstruktiven Apnoe in Perioden erhöht sind, in denen der Druck des stromaufwärtigen Segments nachteilig beeinflusst wurde.

Der Beitrag der verschiedenen anatomischen nasopharyngealen Strukturen für Pcrit und die Wechselwirkungen zwischen diesen Strukturen, die zu Durchgängigkeit oder Obstruktion der oberen Atemwege während des Schlafes führen, sind von offensichtlicher Bedeutung, um das Verständnis der Pathophysiologie der obstruktiven Schlafapnoe bei Kindern zu verbessern. Bei den meisten Kindern ist die Vergrößerung der Mandeln und / oder des Adenoids die unmittelbare Ursache für die Entwicklung einer obstruktiven Schlafapnoe.

Der statische Druck und / oder die Flächenverhältnisse des passiven Pharynx wurden endoskopisch bei 14 Kindern mit obstruktiver Schlafapnoe und bei 13 gesunden Kindern unter Vollnarkose mit vollständiger Lähmung gemessen, und es wurde festgestellt, dass Kinder mit obstruktiver Schlafapnoe ihre Atemwege auf der Ebene vergrößerter Adenoide und Mandeln bei niedrigem Überdruck verschlossen, während sie gesund waren Kinder benötigten subatmosphärischen Druck, um den Verschluss der oberen Atemwege zu induzieren. Die Querschnittsfläche des engsten Segments war bei Kindern mit obstruktiver Schlafapnoe signifikant kleiner und betraf insbesondere die retropalatalen und retroglossalen Segmente. Somit spielen sowohl angeborene als auch erworbene anatomische Faktoren eindeutig eine bedeutende Rolle bei der Pathogenese der obstruktiven Schlafapnoe bei Kindern.

Abnormale mechanische Verbindung zwischen Atemwegsdilatationsmuskeln und Atemwegswänden

Eine Fehlstellung oder Fehlinsertion bestimmter dilatierender Muskeln hat wahrscheinlich erhebliche Auswirkungen auf die mechanische Dilatationseffizienz. Selbst wenn keine größere Schwäche vorliegt, führt der mechanische Nachteil, der durch Muskelverkürzung oder durch Verschiebung der Muskelinsertion an der Rachenwand verursacht wird, zweifellos zu einer verminderten Fähigkeit, die Atemwege zu versteifen, was zu einer erhöhten Kollabierbarkeit oder Erhöhung von Pcrit führt / p>

Die Kontrolle der Größe und Steifheit der oberen Atemwege hängt von der relativen und rhythmischen Kontraktion einer Vielzahl gepaarter Muskeln ab, zu denen Palatinal, Pterygoideus, Tensor Palatini, Genioglossus, Geniohyoid und Sternohyoid-Muskeln. Diese Muskeln neigen dazu, ein offenkundiges Rachenlumen zu fördern und eine phasische Aktivierung synchron mit der Aktivierung des Nervus phrenicus zu erhalten. Bei der Kontraktion fördern diese Muskeln die Bewegung des weichen Gaumens, des Unterkiefers, der Zunge und des Zungenbeins. Obwohl die koordinierte Wirkung dieser Muskeln während des Atemzyklus noch nicht entschlüsselt wurde, besteht eine vernünftige Verallgemeinerung darin, dass die inspiratorische Muskelleistung den Pharynx und verwandte Strukturen versteift und das Lumen vergrößert.

Die optimale Aktivität dieser Muskeln hängt von ihrer anatomischen Anordnung ab; Beispielsweise wird die Durchgängigkeit der Atemwege während einer erhöhten Nackenflexion beeinträchtigt, indem die Befestigungspunkte der auf den Zungenbein wirkenden Muskeln so verändert werden, dass der resultierende Vektor ihrer Kräfte aufgehoben werden kann.Die Aktivität der Rachenmuskulatur hängt stark von verschiedenen Faktoren im ZNS und insbesondere vom Atmungsnetz des Hirnstamms ab. Wachsamkeit vermittelt eine Überwachungsfunktion, die die Durchgängigkeit der Atemwege sicherstellt, und Beruhigungsmittel, die die Aktivität der genioglossalen Muskeln beeinträchtigen, können zu einer signifikanten Beeinträchtigung der oberen Atemwege führen.

Mechanorezeptor-vermittelte und Chemorezeptor-vermittelte Genioglossale Die Aktivität ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Durchgängigkeit der oberen Atemwege bei gesunden und mikrognathischen Säuglingen. Änderungen der genioglossalen Aktivität während der Übergänge von der oralen zur nasalen Atmung und relativ zu Pcrit legen nahe, dass die Aktivierung des Genioglossus für die Durchgängigkeit der Atemwege bei mikrognathischen Säuglingen entscheidend ist.

Muskelschwäche

Wenig Hinweise deuten darauf hin, dass die intrinsische Muskelschwäche bei anderen als den mit neuromuskulären Störungen verbundenen Zuständen einen wesentlichen Beitrag zur Funktionsstörung der oberen Atemwege leistet. Bei neuromuskulären Erkrankungen wird jedoch häufig eine Obstruktion der oberen Atemwege während des Schlafes beobachtet, was die Gültigkeit des Druckausgleichskonzepts weiter verstärkt.

Abnormale neurale Regulation

Eine abnormale Atemkontrolle scheint bei Kindern mit obstruktiver Schlafapnoe keine signifikante Rolle bei der Obstruktion der oberen Atemwege während des Schlafes zu spielen. In einer Studie war die beatmungsbedingte Reaktion auf eine hyperoxische hyperkapnische Belastung bei Kindern und Jugendlichen mit obstruktiver Schlafapnoe ähnlich wie bei alters- und geschlechtsangepassten Kontrollen. In ähnlicher Weise wurden keine Unterschiede in der Beatmungsreaktion auf isokapnische Hypoxie gefunden. Bei einigen Kindern mit obstruktiver Schlafapnoe, die sich einer Operation unterziehen, wurde über ein Abstumpfen der zentralen Chemosensitivität berichtet. Trotz solcher Berichte war die zentrale Chemosensitivität während des Schlafes bei Kindern mit obstruktiver Schlafapnoe ähnlich wie bei passenden Kontrollen. Die Erregung zur Hyperkapnie war jedoch abgestumpft, was darauf hindeutet, dass bei diesen Kindern subtile Veränderungen im zentralen chemosensitiven Erregungsnetzwerk aufgetreten sein könnten.

Diese subtilen Veränderungen wurden durch Untersuchung des Beatmungsgeräts weiter untermauert Reaktion auf wiederholte Hyperkapnie, wobei wechselseitige Änderungen der Atemfrequenz und des Atemzugvolumens auftreten. Darüber hinaus zeigen Kinder mit obstruktiver Schlafapnoe im Vergleich zu Kontrollen eine beeinträchtigte Erregungsreaktion auf inspiratorische Belastungen während schneller Augenbewegungen (REM) und Nicht-REM-Schlaf. Neuronale Reaktionen auf Hypoxie und Hyperkapnie wurden bei Kindern mit obstruktiver Schlafapnoe und zugrunde liegenden Syndromen nicht gut untersucht mit reduzierten afferenten Eingaben in zentrale neuronale Regionen, die inspiratorischen Eingaben zugrunde liegen, können vorhanden sein. Zum Beispiel stimulieren Chemorezeptorstimuli, wie erhöhtes PaCO2 oder verringertes PaO2, die Atemwege und erweitern die Muskeln in einem bevorzugten Modus (dh die Muskulatur der oberen Atemwege wird stärker stimuliert als das Zwerchfell).

Diese bevorzugte Rekrutierung korrigiert tendenziell ein Ungleichgewicht der auf die Atemwege einwirkenden Kräfte und behält daher die Durchgängigkeit der Atemwege bei. In ähnlicher Weise stimulieren Reize, die aus Saugdrücken in Nase, Rachen oder Kehlkopf resultieren, schnell die Aktivität von Dilatatoren der oberen Atemwege. Dieser Effekt ist auch dem oberen Atemweg vorzuziehen, was ein gewisses Maß an Zwerchfellhemmung verursacht und somit Erhöhungen des stromaufwärtigen Widerstands kompensiert. Die Funktion dieser Rezeptoren der oberen Atemwege bei Kindern mit adenotonsillärer Hypertrophie mit und ohne obstruktive Schlafapnoe ist nicht bekannt.