Cheyne-Stokes-Atmung und kardiovaskuläres Risiko

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Zusammenfassung

Die Cheyne-Stokes-Atmung (CSR) gehört aufgrund ihrer hohen Prävalenz bei Patienten mit fortgeschrittener Herzinsuffizienz und ihrem negativen Vorhersagewert für die Morbidität und Mortalität der betroffenen Patienten aus pneumologisch-internistischer Sicht zu den wichtigsten schlafbezogenen Atmungsstörungen. Sie ist gekennzeichnet durch ein Crescendo-Decrescendo-Muster der Atmung, kombiniert mit zentralen Apnoephasen, bedingt durch eine Lungenstauung und Oszillationen im Atmungs-Regelkreis. Die CSR gilt als Marker des Schweregrades einer Herzinsuffizienz. Die Therapie der CSR erfolgt nach Optimierung der kardiologischen Therapie der Herzinsuffizienz und der ihr zu Grunde liegenden Ursachen idealerweise mit speziellen, nicht-invasiven Beatmungstherapie-Verfahren. Hierdurch wird eine signifikante Reduktion der nächtlichen CSR einhergehend mit einer Reduktion der Sympathikusaktivität und der Tagesmüdigkeit sowie eine Verbesserung der Herzauswurfleistung und der 6-Minuten-Gehstrecke erreicht. Eine aktuell durchgeführte, multizentrische und prospektiv-randomisierte Langzeit-Interventionsstudie, die Serve-HF-Studie, wird Klarheit über den Nutzen einer Therapie der CSR hinsichtlich des Überlebens der betroffenen Patienten bringen. In dieser Übersichtsarbeit werden Pathophysiologie, Epidemiologie und Interventionsmöglichkeiten der Cheyne-Stokes-Atmung fokussiert auf das kardiovaskuläre Risiko der betroffenen Patienten unter Berücksichtigung des aktuellen Forschungsstandes zusammengefasst.

Abstract

Due to its high prevalence in patients with heart failure and its negative predictive value concerning morbidity and mortality, Cheyne-Stokes respiration (CSR) is a sleep disorders of major interest. CSR correlates with the degree of heart failure and is characterised by a typical crescendo/decrescendo breathing pattern combined with phases of central sleep apnoea, caused by pulmonary oedema and oscillation of ventilatory control. Thus, CSR is a marker of the severity of heart failure. Treatment of CSR first involves optimisation of heart failure therapy by cardiologists and then application of non-invasive means of ventilatory support. Treatment of patients with severe heart failure with non-invasive positive pressure ventilatory support leads to a significant reduction of CSR, sympathetic activity, and daytime sleepiness and improves cardiac output and 6-minute walking distance. At present, a prospective randomised, controlled intervention-study (Serve-HF study) is being conducted in order to show if therapy of CSR can improve patient survival. This review describes the pathophysiology, epidemiology, and therapeutic options of CSR with a special focus on the elevated cardiovascular risk of patients with CSR.

Einleitung

Im Hinblick auf die Prävalenz und die gesundheitlichen Konsequenzen kristallisieren sich in der pneumologisch fokussierten Schlafmedizin drei relevante schlafbezogene Atmungsstörungen (SBAS) innerhalb der im Jahre 2005 von der American Academy of Sleep Medicine (AASM) publizierten Neuauflage der Internationalen Klassifikation von Schlafstörungen (ICSD-2) heraus [1]. Hierbei handelt es sich um das obstruktive Schlafapnoe-Syndrom (OSAS), die Cheyne-Stokes-Atmung (CSR) bei der Herzinsuffizienz und das Obesitas-Hypoventilations-Syndrom (OHS) [2]. Die genannten Krankheitsbilder werden in der Kategorie II der ICSD-2, schlafbezogene Störungen der Respiration, aufgeführt [1]. SBAS einhergehend mit einer (partiellen) Obstruktion der oberen Atmungswege, z. B. das OSAS, werden von SBAS ohne Obstruktion der oberen Atemwege abgegrenzt. Hierzu werden unterschiedliche zentrale Schlafapnoe-Syndrome, z. B. die CSR gezählt.

Pathophysiologie der Cheyne-Stokes-Atmung

Die von Cheyne (1777 – 1836) und Stokes (1804 – 1878) beschriebene CSR ist primär als Folge einer Linksherzinsuffizienz anzusehen, wird jedoch auch bei pulmonaler Hypertonie [3], Hirninfarkten und Nierenversagen beobachtet [1]. Die Ursachen zentraler Atmungsstörungen sind komplex und vielschichtig [4]. Im Wesentlichen wird davon ausgegangen, dass eine verlängerte Kreislaufzeit bei der Herzinsuffizienz in Kombination mit Veränderungen zentraler und peripherer Chemorezeptorenfunktion vorliegt. Bei herzinsuffizienten Patienten kommt es aufgrund der Lungenstauung via Lungendehnungsreflex zunächst zur Hyperventilation und damit zu einem Abatmen von CO₂. Bei Abfall des PaCO₂ unter die Apnoeschwelle resultiert eine zentrale Apnoephase mit konsekutivem Anstieg des PaCO₂ und Hypoxie [5]. Ein Ansteigen des PaCO₂ wiederum führt infolge der verlängerten Kreislaufzeit erst zu einer verspäteten Reaktion des Atemzentrums mit kompensatorischer Hyperventilation [6]. Die verlängerte Lungen-Chemorezeptor-Kreislaufzeit ist direkt proportional zur Länge des Apnoe-Hyperventilations-Zyklus (im Allgemeinen > 45 Sekunden) und erklärt den graduellen Auf- und Abbau des Atemantriebs [7]. Koprävalente obstruktive Apnoen können während der Nacht aufgrund der repetitiven Sauerstoffdesaturationen, der Sympathikotonuserhöhung und der intrathorakalen Druckschwankungen zu einer zusätzlichen Verschlechterung der kardialen Funktion führen und somit die Entstehung der CSR begünstigen [4] [8] [9] [10].

Im Gegensatz zur primären zentralen Schlafapnoe, bei der abrupte Apnoe- und kurze Hyperpnoephasen auftreten, weisen Patienten mit zentraler Schlafapnoe mit Cheyne-Stokes-Atmungsmuster ein charakteristisches Crescendo-Decrescendo-Muster ihrer Atmung mit verlängerten Hyperpnoephasen auf. Typischerweise tritt die CSR im non-REM(rapid-eye-movement)-Schlaf auf und kann zu exzessiver Tagesmüdigkeit, insomnischen Beschwerden oder nächtlichen Atemnotbeschwerden führen ([11], [Tab. 1]).

Tab. 1 Definition der Cheyne-Stokes-Atmung gemäß ICSD-2 [1].

Zentrale Schlafapnoe mit Cheyne-Stokes-Atmung (Diagnosekriterien nach [1])

Polysomnografie: ≥ 10 zentrale Apnoen/h mit Crescendo-Decrescendo-Muster der Atmung assoziiert mit gehäuften Weckreaktionen und gestörter Schlafstruktur Fakultativ: exzessive Tagesmüdigkeit, insomnische Beschwerden, nächtliches Erwachen mit Atemnot

Assoziation mit schwerer internistischer/neurologischer Erkrankung (Herzinsuffizienz, Niereninsuffizienz, Apoplex)

Erkrankung nicht besser beschrieben durch andere Schlafstörung oder Medikamenten-/Drogengebrauch

Als Risikofaktoren für das Auftreten einer CSR bei Herzinsuffizienz gelten das männliche Geschlecht, ein Alter > 60 Jahre, Vorhofflimmern und Hypokapnie (Tages-PaCO₂ ≤ 38 mm Hg) [12]. In einer aktuellen Untersuchung an einem kleinen Kollektiv wird eine Korrelation der CSR zur Diffusionskapazität und dem Hypoxämiegrad am Tage beschrieben [13]. Die CSR gilt als Marker des Schweregrades einer Herzinsuffizienz und ist ein negativer Prognoseparameter, da die CSR bei herzinsuffizienten Patienten zu einer Aktivierung des Sympathikotonus führt sowie das Auftreten von Vorhofflimmern und ventrikulären Ektopien begünstigt ([Abb. 1]) [2] [14] [15].

Abb. 1 Faktoren, die die Mortalität bei herzinsuffizienten Patienten mit CSR erhöhen [14].

Inwieweit die CSR eine proatherogene Stoffwechsellage bedingt, durch repetitive Sauerstoffentsättigungen mit konsekutiver Reoxigenierung einhergehend mit einer Aktivierung proinflammatorischer Marker sowie der Generierung von Sauerstoffradikalen ist, anders als beim OSAS, aktuell nicht eindeutig belegt [2] [16].

Epidemiologie der Cheyne-Stokes-Atmung

In Deutschland war im Jahr 2006 eine Herzinsuffizienz mit 317 000 Fällen der häufigste Aufnahmegrund für eine stationäre Behandlung [17]. Eine Herzinsuffizienz war nach Angaben des Statistischen Bundesamtes im selben Jahr die dritthäufigste Todesursache in Deutschland. Die 5-Jahres-Mortalität der chronischen Herzinsuffizienz liegt zwischen 40 und 60 Prozent [18]. In diesem Zusammenhang rücken SBAS bei Patienten mit einer Herzinsuffizienz zunehmend in das medizinische Interesse. Zwei aktuelle, in Deutschland durchgeführte Studien zeigten eine hohe Prävalenz (> 70 Prozent) von SBAS bei Patienten mit stabiler, nach aktuellen Therapierichtlinien medikamentös behandelter, schwerer chronischer Herzinsuffizienz, wobei obstruktive und zentrale Apnoen (CSR) mit annähernd gleicher Häufigkeit beobachtet wurden [19] [20].

In die eine Studie wurden 700 Patienten mit einer symptomatischen Herzinsuffizienz (NYHA-Klasse ≥ II, linksventrikuläre Ejektionsfraktion [LV-EF] ≤ 40 Prozent) des Herz- und Diabeteszentrums Nordrhein-Westfalen, Universitätsklinik der Ruhr-Universität Bochum, eingeschlossen. In der prospektiven Untersuchung wurde eine nächtliche kardiorespiratorische Polygrafie (nicht-laborgebundenes Monitoring des Schlafs), eine Echokardiografie, eine Spiroergometrie und ein 6-Minuten-Gehtest durchgeführt. SBAS wurden bei 76 Prozent (40 Prozent zentrale Apnoen/CSR; 36 Prozent obstruktive Apnoen [OSA]) der Patienten gesehen. Patienten mit CSR waren dabei einer höheren NYHA-Klasse zugehörig und wiesen eine signifikant niedrigere LV-EF und eine geringere kardiopulmonale Leistungsfähigkeit (Sauerstoffaufnahme, 6-Minuten-Gehstrecke) als Patienten mit überwiegend obstruktiven Apnoen bzw. ohne SBAS auf [19]. Die zweite aktuelle Studie zur Prävalenz von SBAS bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz wurde multizentrisch innerhalb der Arbeitsgruppe Kreislauf und Schlaf der Deutschen Gesellschaft für Schlafforschung und Schlafmedizin (DGSM) an 10 Standorten in Deutschland durchgeführt. Eingeschlossen wurden 203 Patienten mit einer chronischen Herzinsuffizienz der jeweils stabilen, medikamentös nach aktuellen Therapierichtlinien behandelten NYHA-Stadien II und III (LV-EF < 40 %). Durchgeführt wurde eine nächtliche Polygrafie, deren Auswertung zentral, verblindet ohne Kenntnis der Patientencharakteristika, visuell erfolgte. Von den durchschnittlich 65 Jahre alten Patienten wiesen 71 Prozent (n = 145) schlafbezogene Atmungsstörungen auf, definiert als Apnoe-Hypopnoe-Index (AHI) > 10 pro Stunde. OSA wurden bei 43 Prozent (n = 88), CSR bei 28 Prozent (n = 57) der Studienteilnehmer festgestellt. Patienten mit OSA waren signifikant übergewichtig und litten durchschnittlich mehr unter den Symptomen der Tagesmüdigkeit, wohingegen Patienten mit CSR signifikant häufiger ein Vorhofflimmern und einen signifikant niedrigeren PaCO₂-Wert am Tage aufwiesen [20]. CSR wird jedoch nicht nur während des Schlafes beobachtet, sondern kann auch während der Wachphase am Tage oder bei körperlicher Anstrengung (periodische Atmung) bei Patienten mit Herzinsuffizienz auftreten. CSR am Tage oder bei körperlicher Belastung korreliert mit dem Schweregrad der Herzinsuffizienz und bedeutet eine signifikant schlechtere Überlebenswahrscheinlichkeit im Vergleich zu isoliert nächtlich auftretender CSR [21] [22]. So weisen herzinsuffiziente Patienten mit CSR eine signifikant höhere Mortalität als herzinsuffiziente Patienten ohne CSR auf [23] [24].

Therapie der Cheyne-Stokes-Atmung

Vor dem Hintergrund einer epidemiologisch relevanten Prävalenz sowohl einer Herzinsuffizienz als auch der SBAS sowie insbesondere der CSR bei herzinsuffizienten Patienten und deren negativem prognostischen Vorhersagewert für das Überleben der Patienten ist die Etablierung von Therapierichtlinien erforderlich. Dabei kann eine abschließende Bewertung des Stellenwertes der Therapie von CSR aufgrund der noch ausstehenden Studien derzeit noch nicht erfolgen. Konsens herrscht jedoch weitgehend über das therapeutische Prozedere bei Patienten mit Herzinsuffizienz und CSR. Zunächst wird die maximale Ausschöpfung kardiologisch-internistischer und ggf. operativer therapeutischer Maßnahmen zur Optimierung der Herzinsuffizienz empfohlen. Hierzu gehören die medikamentöse Therapie der Herzinsuffizienz, die Revaskularisation, die Herzschrittmacher- bzw. kardiale Resynchronisationstherapie, herzklappenrekonstruktive Maßnahmen, die Anwendung sogenannter Assist-Devices (herzunterstützende Pumpverfahren) [25] [26] [27]. Führen diese Maßnahmen bereits zum Verschwinden der CSR, so sind lediglich Verlaufskontrollen empfohlen. Sollte die CSR trotz Optimierung der Herzinsuffizienztherapie persistieren, so finden neben einer Sauerstofftherapie unterschiedliche atmungsunterstützende Therapieverfahren (Überdrucktherapie) der CSR Anwendung: CPAP (Continuous Positive Airway Pressure/Positivdruck-(Be)Atmung), BiPAP^® (Bilevel Positive Airway Pressure) oder spezielle, auf die CSR abgestimmte Therapieverfahren wie zum Beispiel die adaptive Servoventilation oder die dynamische Bilevel-Therapie [25]. Dabei unterdrücken die speziellen, auf die Therapie der CSR abgerichteten Therapieverfahren, wie die adaptive Servoventilation, die CSR am effektivsten [28]. Bezüglich der intensivmedizinischen Therapie ([nicht-]invasive Beatmung etc.) der akuten respiratorischen Insuffizienz im Rahmen einer akuten Verschlechterung einer Herzinsuffizienz, so zum Beispiel bei der akuten kardialen Dekompensation, sowie der Indikation zu einer Herztransplantation wird auf weiterführende Literatur verwiesen [26] [27] [29]. Die [Abb. 2] zeigt einen entsprechenden Algorithmus zur Therapie der CSR bei Patienten mit einer Herzinsuffizienz.

Abb. 2 Algorithmus zur Therapie der CSR bei Patienten mit einer Herzinsuffizienz [25] [26] [27] [28] [29]. NIV: (nicht-)invasive Beatmung; zu den Verfahren der Überdrucktherapie: siehe Text.

Aus pathophysiologischer Sicht nimmt die kardiale Resynchronisationstherapie, bei der mittels spezieller Herzschrittmacher die kardiale Pumpfunktion durch Optimierung der elektromechanischen Kopplung verbessert wird [30], einen besonderen Stellenwert ein. Langzeitbeobachtungen zeigten positive Effekte einer kardialen Resynchronisationstherapie auf die Reduktion der CSR bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz. So konnte im Mittel 17 ± 7 Wochen nach Implantation eines biventrikulären Herzschrittmachersystems zur kardialen Resynchronisation bei 14 herzinsuffizienten Patienten mit CSR eine signifikante Absenkung des Apnoe-Hypopnoe-Index (AHI) und eine Verbesserung der nächtlichen Sauerstoffsättigung gezeigt werden [31]. Ebenso wurde spiroergometrisch eine Verbesserung der ventilatorischen Effizienz (VE/VCO₂-Slope) nach erfolgter kardialer Resynchronisation gezeigt, was im Sinne einer verkürzten Kreislaufzeit zwischen der Lunge und den peripheren Chemorezeptoren sowie einer verbesserten Sensitivität für CO₂ zu interpretieren ist. Weitere Studien bestätigen eine Reduktion der CSR bei chronischer Herzinsuffizienz nach längerfristiger kardialer Resynchronisationstherapie [32] [33]. Für die positiven Effekte der kardialen Resynchronisationstherapie auf die CSR und das Überleben der Patienten [34] scheint jedoch nicht die bloße Verbesserung der kardialen Förderleistung ausschlaggebend zu sein, da bei 11 Patienten mit SBAS/CSR unmittelbar nach erfolgter kardialer Resynchronisation keine signifikante Verbesserung hinsichtlich der nächtlichen Atmung bzw. der nächtlichen Atmungsstörung (SBAS/CSR) und der nächtlichen Sauerstoffsättigung nachgewiesen wurde [35]. Erst wenn das Herzschrittmacheraggregat über einen längeren Zeitraum (hier: 2 Monate) implantiert ist, lassen sich Akuteffekte einer kardialen Resynchronisationstherapie durch An- bzw. Ausschalten des Herzschrittmachers nachweisen [36]. Daher scheinen eher chronische Effekte auf die kardiopulmonale Interaktion (Remodelling, Veränderung von Zirkulationszeit und Chemosensitivität) für die Entstehung der CSR bedeutend zu sein.

Die häufige Koprävalenz obstruktiver und zentraler Apnoen bedingt relativ komplexe atmungsunterstützende Therapieverfahren der SBAS bei herzinsuffizienten Patienten [28], wobei deren Effekte auf die Morbidität und Mortalität von Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz noch Gegenstand aktueller Untersuchungen sind. Für Patienten mit CSR bei Herzinsuffizienz konnte in der CANPAP-Studie eine Lebensverlängerung durch eine CPAP-Therapie im Gesamtkollektiv nicht gezeigt werden, obwohl die CPAP-Therapie zu einer Verbesserung der nächtlichen Atmung und der Herzleistung führte [37]. Allerdings konnte in einer Subgruppenanalyse der CANPAP-Studie ein Überlebensvorteil derjenigen herzinsuffizienten Patienten gezeigt werden, deren CSR erfolgreich durch eine Überdrucktherapie (unter CPAP: AHI < 15/h) behandelt wurde [38]. Für die speziellen, auf die Therapie der CSR abgerichteten Zweidruck-Beatmungstherapieverfahren ist neben der signifikanten Reduktion der CSR [28] [39] [40] [41] eine Absenkung des Sympathikotonus und Reduktion der Tagesmüdigkeit [42] sowie eine Verbesserung der Herzauswurfleistung und der 6-Minuten-Gehstrecke [43] [44] gezeigt worden. Allerdings sind eine wachsende Anzahl verschiedener Zweidruck-Therapiegeräte mit unterschiedlichen Therapieverfahren auf dem Markt verfügbar. Die unterschiedliche Programmierung der Geräte und Unterschiede in den Therapiealgorithmen sowie die klinische Erfahrung zeigen hier, dass nicht alle Therapieverfahren gleichwertig sind, sodass Studienergebnisse, die mit einem Gerätetyp erzielt wurden, nicht notwendigerweise auf die Therapie mit anderen Therapiegeräten übertragbar sind. So zeigte zum Beispiel die Arbeit von Johnson und Johnson, dass durch eine nicht-adaptive Bilevel-Therapie die Phasen der Hyperventilation sogar verstärkt und damit die CSR verschlechtert werden kann. Daher sind prospektive Studien, die den therapeutischen Nutzen einer CSR-Therapie aufzeigen, unabdingbar. Aktuell wird eine multizentrische und prospektiv-randomisierte Langzeit-Interventionsstudie mit der adaptiven Servoventilation durchgeführt (Serve-HF-Studie). Deren Therapieergebnisse werden möglicherweise die erforderliche Klarheit über den Nutzen einer Therapie der CSR hinsichtlich des Überlebens der Erkrankten bringen [45].

Zusammenfassung

Die CSR gehört aufgrund ihrer hohen Prävalenz bei Patienten mit fortgeschrittener Herzinsuffizienz und ihrem negativen Vorhersagewert für die Morbidität und Mortalität der betroffenen Patienten aus pneumologisch-internistischer Sicht zu den wichtigsten schlafbezogenen Atmungsstörungen. Die CSR gilt daher als Marker des Schweregrades einer Herzinsuffizienz. Die Therapie der CSR erfolgt nach Optimierung der kardiologischen Therapie der Herzinsuffizienz und der ihr zu Grunde liegenden Ursachen idealerweise mit speziellen, nicht-invasiven Beatmungstherapie-Verfahren. Eine multizentrische und prospektiv-randomisierte Langzeit-Interventionsstudie, die aktuell durchgeführte Serve-HF-Studie, wird die Erkenntnisse über den Nutzen einer Therapie der CSR hinsichtlich des Überlebens der betroffenen Patienten vertiefen.

Interessenkonflikte

Keine angegeben.

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