Enregistrement de la ventilation au cours du sommeil par pneumotachographie: inconvenients et avantages

Rev. E.E.G. NeurophysioL, 1983, 13:193-198 Elsevier

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ENREGISTREMENT DE LA .VENTILATION AU COURS DU SOMMEIL PAR PNEUMOTACHOGRAPHIE: INCONVENIENTS ET AVANTAGES J. KRIEGER, J.L. GRUNENWALD et D. KURTZ Service d'Ea:oloration Fonctionnelle du Syst~me 1Vervettr,Hdpital Civil, F-.67091 Strasbourg Cedex (France) SUMMARY

Pneumotachographic ret':,~' ~ng of ventilation during sleep: drawbacks and advantages Pneumotachographic rec~;rdmg of ventilation requires an air-tigh~ nasobuccal face-mask which might disturb the subjee,~' sleep and thereby modify their breathing pattern, ht a cross-over randomised stud)' we compared recordings obtained with and without a face-mask #z 20 healthy normal vohmteers (I0 males, lO females, mean age = 21.7 + S.E.M. = 0.5). The sleep modifications that resulted from the presence of the face-mask were a lengthening of the REM-zleep latency (+ 38 % : P < 0.01), an hwrease in intra-sleep waMng-time (+ 65 %, P < 0.05), an increase in stage I duration (+ 40 %, P < 0.02), ana a decrease in REM:sleep duration ( - 20%, P < 0.01), resulting in a decrease in total sleep duration ( - 9%, P < 0.05). The sleep latency, the number of awakenings, the stage H duration, the deep slow-wave sleep duration, the sleep stability, and the number of sleep cycles were not significantly modified. R~SUM~ L'enregistrement de la ventilation par pneumotachograp~fie n~cessite un masque naso-buceal susceptible de perturber le sommeil et de modifier ia ventilation des sujets ainsi ~tudi~s; une ~tude comparative d enregistrements effectu~s avee ou sans pneumotachographie chez 20 sujets jeunes volontaires normaux objective, sous l'effet du masque naso-buccal, les modifications du sommeil suivantes: un allongement de la latence du sommeil paradoxal ( + 38 ~ , P < 0,01), une augmentation du temps de veille intra-sommeii (+ 65%, P < 0,05) portant uniquement sur les 6veils prolong6s, une diminution du temps de sommeil total ( - 9 %, P < 0,05) avec augmentation du temps de stade I ( + 40 %, P < 0,02) et diminution du sommeil paradoxal ( - 20 %, P < 0,0 I). La latence d'endormissement, le hombre d'~veils, le temps de stade 1I et de sommeil lent profond, la stabilit6 du sommeil et le nombre de cycles de sommeil ne sont pas modifi6s. Les modifications observ~es n'alt~rent pas l'avantage fondamental de eette m6thode qui reste la seule permettant une mesure quantitative directe des d~bits et des volumes ventilatoires au tours du sommeil.

Etudier correctement une variable physiologique, qu'il s'agisse de sommeil ou de respiration, suppose que la m~thodologie employ6e ne modifie pas par elle-m~me le ph~nom~ne que l'on pretend observer. ADAM (1982) a ainsi montr6 que rutilisation d'un cath6ter intraveineux pour les 6tudes endocrinologiques modifiait l'organisation du sommeil et 6tait ainsi susceptible de modifier les s~cr6tions hormonales ii~es au sommeil. Ces difficult6s concernent aussi l'6tude de la respiration au tours du sommeil, puisqu'on sait que le sommeil, et plus pr~cis~ment I'endormissement est physiologiquement 1i6 / t u n e

instabilitd ventilatoire avec apa6e (BOLow, 1963; PmLUPSON, 1978; CHERNIACK, 1981). Si ies contraintes engendr~es par l'enregistrement de la ventilation entralnent une instabilit~ du sommeil, celle-ei peut provoquer une instabilit6 ventilatoire au point de faire apparaRre un hombre pathologique d'apn~es du sommeil. A cet ~gard, l'enregistrement pneumotaehographique de la ventilation est partieuli~rement suspect~ car il n~cessite le port d'un masque nasobuceal eta ~t6 accus6 de ce fait d'etre invasif(KRUMPE et CUMMISKEY,1980; COliNet al., 1982) sans qu'une 6tude contr6t6e n'apptlie eette affirmation.

Tir6s-~,-part: J. Krieger, ~t l'adresse indiqu6e ci-dessus. Texte regu le 2 mars 1983; d6finltivement accept6 le 25 aofit 1983.

0370-.447.5/83/$03,00 © 1983 Elscvier Science Publishers B.V.

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J. KRIEGER et al.

Pour cts raisons nous avons 6tudi6 Its effets de I'enregistrement pneumotaehographique de la ventilation sur i'organisation du sommtil de sujets normaux dans tree 6tude contr616e. MATERIEl. ET METHODES

Sltjels Vingt voiontaires r6mun~r6s (10 hommes, 10 ftmmes) ont 6t6 recrut~s par voie d'afficht au sein de i'Univtrsit6 Louis Pasteur, Strasbourg. Leur fige moyen 6tait de 21,7 + 0,5 ans (19 h 27 arts). Ltur coefficient pond6ral* moyen 6tait - 4,7 _+ 2,3 ~/o ( - 17,8 ,4 27,1%). Tous 6talent en bonnt sant6, constntants, inform6s des modalit6s .des enregistrements mais ignorants des buts de r6tude. M~thodes d'enregistrement Chez chaque sujet deux enregistrements, chacun prgc6d6 d'une nuit d'habituation, ont 6t6 r6alis~s ~tune semaine d'intervalle. L'un des enrtgistrtments comportait It port d'un masque naso-buccal, l'autre en 6tait d6pourvu, dans un ordre tir6 au sort mais 6galis6 de telle sorte que 5 hommes et 5 femmts portent le masque naso-buccal au tours de leur premi6rt nuit et les autres aux tours de leur deuxi~me nuit d'enregistrement. Sur le masque naso-buccal souple en silicone (Bird no. 4343), maintenu par des sangles tn caoutchouc, 6tait adapt6 un eapteur de Fleisch no. 2 reli6 ,4 un pneumotachographe Godart Statham. Les courbes fournies par le pneumotachographe (d~bit instantan6 et volumes courants inspiratoire et expiratoire) 6taient inscritts sur Beckman Dynograph R411 de m~.me que les mouvements thoraciques st abdominaux (par jauge de contrainte au mercurt) tnregistr6s au tours des 2 nuits de chaque sujtt. Chaque enregistrement comportait en outre 8 cha~nes EEG, I'EMG des muscles de la houppe du menton et 1'61ectro-oculogramme sur Recga XVI Tr Alvar. Les enregistrements d6butaient /t 21 h e t se terminaient ,4 7 h mais Its sujets d6cidaient eux-mfimes I'hture d'extinction des ftux. Analyse des enregistrements T o u s l e s enregistrements ont 6t6 analys6s par le mSme exp6rimentateur, sans avoir connaissanee de * Ecart au poids th6odque id6al (P.T.I.) exprim6 en pour cent du F.T.I. selon LORENrZ ( P'T'l'=taille-1o0

taille-15o~4/

rordre du port du masque naso-buceal. Les crit~rts de diagnostic des stades de sommeii ont ~t~ ceux de RECtlTSCHAFFEN et KALES (1968). Ctpendant les trac~s n'6taient pas analys~s par ~poques de 20 see mais ehaque ¢hangemtnt de stade/:tait identifit~ st la dur6e correspondante mesur6e, eette proc6dure ayant ravantage de fournir une analyse plus pr6cise du sommeil Iorsque celui-ei tst instable. Les stades llI et IV ont ~t6 regroup6s on un seul stade appel6 sommeil lent profond. Lts 6veils intra-sommeil (survenant entre le premier cndormissement tt i'6veil final) ont 6t6 comptabilis6s en nombre et en dur6e totale, en distinguant les 6veils brefs et prolong6s selon une limite fix6e arbitrairement 20 see. Le temps total de sommeil (txcluant la veille intrasommeil), le temps de chaque stade et son pourcentage en fonction du temps total de sommeil ainsi que le nombre de cycles de sommeil ont 6t6 calcul6s. Le hombre de changements de stades de sommeit (incluant les passages de la vtille au sommeil) a 6t6 relev6 et un indite de stabilit6 du sommeil 6gal au temps total de sommeil (en seconde~) divis6 par le nombre de changements de stades a 6t6 calculi. Enfin Its latences de chaque stade de sommeil par rapport au d6but de renregistrement et 8 l'extinction des feux ont 6t6 d6termin6es.

Analyse des rdsultats Les r6sultats ont 6t6 analys6s dans un plan d'analyse de variance/t 3 facteurs (WIriER, 1971). Les faeteurs consid6r6s 6taient: le facteur masque (pr6senee ou absence), It facteur stxe et le facteur ordre (premi6re ou deuxi6me nuit d'tnregistrement) et Its interactions entre ces facteurs. Un seuil de P = 0 , 0 5 a 6t6 retenu pour iimite de significativit6. Les r6sultats sont exprim6s en moyennes + erreurs-type.

RESULTATS

Facteur masque Le port du masque ne modifie pas significativement le nombre d'6veils brefs ou prolong6s; il augmente la dur6e totale des 6veils uniquement pour les 6veils prolong6s ( + 65 ~o,P < 0,05). Ceci indique un allongement de la dur6e moyenne des 6veils prolong6s qui n'tst cependant pas signifieatif (Tableau I). Le port du masque s'accompagne d'une r6duction significative.du temps de sommeil total ( - 9 % , P < 0,05). Le temps de stade Iest augment6 ( + 4 0 ~ , P < 0,02), le temps de stade II et de sommeil lent

I . - - Nombre, dur6e totale, dur6e moyenne des 6veils intra-sommeil, nombre de changements de stade de sommeil, indice de stabilit6 et hombre de cycles de sommeil, sans et avee masque naso-buccal.

34+3

NS

45+5

NS

Avec masque

P

NS

79+6

7rain 69+6

26+2

43+4

Sans masque

NS

<0,05

+9

<0,05

+ 10

I h 19min I h26min

7min + 1

+ 7

+ 1

4- 7

55rain

De moins De plus de 20see de 20see

Total

De moins De plus de 20see de 20sec 48rain

Total

Dur3e totale des ~veils

Nombre d~veils

NS

+ 0,3

10see

+ 0,2

10see

NS

4_- 13

134see

+ 27

ll9sec

De moins De plus de 20s~e de 20see

NS

+ 7

66see

+ 17

62see

Total

Dur~e moyenne des 3veils

NS

237+13

226+ 13

NS

110+8

123+7

NS

4,2'+0,3

4,4+0,3

Nombre de lndice Nomb:'e changede de ments de stabillt~ cycles stade

Number, total duration and mean duration of intra-sleep awakenings (separated into awakenings shorter and longer than 20 see), number of sleep stage changes (including shifts from wakeflalness to sleep), sleep stability index (= total sleep duration divided by number of steep stage changes) and number of s!eep cycles, without and with face-mask.

TABLEAU

r-

0

:m

o

>-

m

0 ~3

"~

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J. KRIEGER et al.

profond ne sont pas signifieativement modifi6s, le temps de sommeil paradoxal est r~duit ( - 2 0 % , P < 0,01) (Fig. 1). SANS MASQUE st

AVEC MASQUE

7 h 26rain t 13

6h 44rnm *-17

p¢:005

Le port du masque ne moditie pas significativement le nombrc de ehangements de stades de sommeil, l'indiee de stabilit6 et le hombre de cycles de sommeil (Tableau I). Le port du masque ne retarde pas significativement rextinction des feux, l'endormissement (premier stade i), le premier stade II, ni le premier sommeil lent profond. Seule la survenue du premier sommeil paradoxal est retard~e par rapport ,5 rendormissement ( + 38%, e < 0,01) (Fig. 2). Facteur sexe

;h 27rain ± 7

p <0,01

22X

h 23rain *- 6

n~

20X

Aucun des param~tres aualys6s n'est significativement diffdrent en fonetion du sexe. I1 n'y a pas d'interaction signifieative entre le facteur masque et le facteur sexe qui aurait indiqu6 une plus grande sensibilit6 d'un sexe au port du masque naso-buccal. Facleur ordre Au cours de la deuxi~me nuit d'enregistrement, la latence du sommeil paradoxal est plus longue (2 h 28min +_ 17rain contre l h 33rain + 7 min; P < 0,02) et le nombre de cycles de sommeil plus faible (4,1 + 0,3 contre 4,5 + 0,2, P < 0,05) qu'au eours de la premiere nuit. Les autres param~tres ne sont pas significativement tnodifids par la rdp6tition de renregistrement. I1 n'y a pas d'interaction signifieative entre le facteur masque et le facteur ordre.

DISCUSSION Ih

26m~n *-13 51%

28mm -" 4 4~

p <0.0 2

7X

FIG. 1. - - Dur6e des stades de sommeil (en temps et en pour cent du sommeil total) sans et avec masque naso-buceal. st.l --- stade I; st.2 = stade II; sip = sommeil lent profond; sp = sommeil paradoxal; st = sommeil total. Duration of sleep stages (in hours and minutes and in percentage of total sleep) without and with face-mask, st.l =stage l: st.2 = stage 11; sip = deep slow-wave sleep; sp = R E M sleep; st = total sleep.

Ce travail porte sur une population de sujets jeunes, recrutds en milieu &udiant. Les r6sultats ne peuvent done ~tre 6tendus sans r6serve ,h rensemble de la population. Cependant les caraet6ristiques du sommeil de nuit des sujets d'~ge mfir ne sont gu~re diff6rentes de celles de l'adulte jeune (FEINBERG et CARLSON, 1968) et l'on peut supposer que nos rdsultats peuvent s'6tendre .~ l'fige mfir. 11 n'en va pas de m~me des sujete, fig6s dont le sommeil est plus instable et moins abondant. Une &ude eompl6mentaire serait utile mais se heurte aux diffieult~s de reerutement de volontaires darts eette tranehe d'~ge. Cette 6tude met en 6vidence des perturbations de l'organisation du sommeil apport~es par la pr6senee d'tm masque naso-bueeal. Ces perturbations coneernent une augmentation du temps de veille intra-sommeil, aux d6pens des 6veils prolong6s, une augmentation du temps de stade I e t une diminution du sommeil paradoxal alors que le stade II et le sommeil lent profond ne sont pas modifi6s, ni la stabilit6 du sommeil. La seule latenee allong6e est celle du sommeil

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PNEUMOTACItOGRAPHIE AU COURS DU SOMMEIL .

SANS

.

.

•

.

.

.

.

MASQUE ' : t

I ! t

~5 I

AVEC 2[h

.

t

.

Ddbut

d'enregisttemant

MASQUE .

.

22h i

' exHnetion

t t st.1 st.2

23h ,

.

%%

"

.

. . . . . .

24h

.

.

.

sip

.

", ,.t. so

des feux

FIG. 2. ~ D61ais moyens entre le d6but de renregistrement, l'extinction des feux, le premier stade I (st. l), le premier stade II (st.2), le premier sommeil lent profond (sip) et le premier sommeil paradoxal (sp) sans et avee m~sque naso-bueca[. Mean latencies between the beginning of the recording (21.00). lights out (extinction des feux),first stage I (st.l),first stage H (sr.2),first deep slow-wave sleep (sip) andfirst REM-sleep (sp) without and withface-mask. Only the difference between the two conditions of RE,M-sleep latency is significant (P < 0.01),

paradoxal. Ces r6sultats sugg6rent que l'effet principal du masque est de retarder le r6endormissement apr6s un 6veil, sans augmenter le hombre des 6veils. Cet effet expliqtlerait rallongement du temps de veille et de stade I e t peut-~tre le retard d'apparition du sommeil paradoxal. I1 n'explique pas la diminution du temps de sommeil paradoxal. Le port du masque naso-buccal n'entraine pas d'instabilit6 du sommeil qui risquerait d'avoir pour cons6quence une instabilit6 de la ventilation (PltlLLIPSON, 1978; CHERNIACK,1981). I1 est done peu probable que les perturbations du sommeil engendr6es par I'enregistrement pneumotachographique de la ventilation risquent de faire apparMtre un tableau de syndrome d'apnges chez un sujet indemne de ce syndronle. A notre connaissance aueun travail ant6rieur n'a cherch6 fi mettre en 6vidence les perturbations du sommeil provoquges par le port d'un masque nasobuccal. La pr6sence d'un cathgter intra-veineux (ADAM, 1982) ales m~mes effcts d'augmentation du temps de veille intra-sommeil et de diminution du temps de sommeil, en particulier du sommeil paradoxal. L'effet observ~ ne semble donc pas sp6cifique de la nature de la contrainte imposge au patient. L'avantage dgterminant du pneumotachographe est de fournir des donnges ventilatoires quantitatives; en effet les autres m6thodes d'analyse de la ventilation utitis6es au tours du sommeil fournissent soit une information purement qualitative (thermi~tanee, bruits trach6aux, capnographie) soit une information semi-quantitative en raison de la perte de la validit6 de ta calibration effectu~e avant rendormissement, .h la lois du fait des ehangements de position du sujet et de probables modifications de la r6sistance des voies a6riennes sup6rieures (pneumographe d'imp~dancc,

ITOH el al., 1982; magnbtom6tre, SHARP et aL, 1980; pl6tysmographie inductive, COHN et al., 1982). L'int6r~.t de l'analyse'quantitative de la ventilation au cours du sommeil n'est plus fi d6montrer: la pneumotachographie a permis la mise en 6viden6e du phSnom6ne de valve (KuRTZ el aL, 1976) au cours des apn6es obstructives, en faveur d'une obstruction des voles a6riennes par hypotonie de ces structures. Ce m6canisme a 6t6 ult6rieurement confirme par la fibroseopie (KRIEGER e/aL, 1976: BOROW[ECKI el al., 1978; H ILL et aL, 1978) et les enregistrements 6lectromyographiques (HARPER et SAUERLAND, 1978; HILL el aL, 1978; KURTZ et al., 1978; REMMERS et ak, 1978). La mesure quantitative de la ventilation au cours du sommeil (BOLow, 1963) a conduit a,ux hypotheses actuelles de m~canisme physiopatbologique des apn6es du sommeil (PHILLIPSON, 1978; CHERNIACK, 1981). En conclusion, renregistrement pneumotachographique de la ventilation au cours du sommeil perturbe l'organisation du sommeil mais sans en modifier la stabilit6 et ne parait done pas susceptible d'entrainer des modifications importantes de la ventilation au cours du sommeil, Ces perturbations ne justifient pas de renoncer A l'avantage important que construe l'enregistrement quantitatifde la ventilation au cours du sommeil. BIBLIOGRAPHIE ADAM(K,) Sleep is changed by blood sampling through an indwelling venous catheter. Sleep, 1982, 5: 154-158. BOROWIECKI (B.). P O L L A K (C.P.), W E I T Z M A N (E.D.), RAKOFF (S.) and ImPERATO(J.) Ftbro-optie study of pharyngeal airway during sleep in patients with hypcrsomnia obstru(:tive slecp-apnea syndrome. Lao,ngoscope (St. Louis). 1978, 88: 1310--1313.

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