Obstruktive Schlaf-Apnoe beim Menschen
Die obstruktive Schlaf-Apnoe (OSA) wird durch den repetitiven
Kollaps der oberen Atemwege im Schlaf verursacht. Hauptrisikofaktor ist die
Adipositas, die durch eine Vermehrung der lateralen Fettpolster zu einer
Pharynx-Einengung führt [1]. Bei
nicht-adipösen OSA-Patienten kann dies durch skelettale Faktoren wie
z. B. eine Retrognathie bedingt sein [2].
Weiterhin spielt bei dieser Subgruppe offenbar ein „fluid shift”
im Liegen von der unteren in die obere Körperhälfte eine Rolle
[3]. Begünstigt wird der pharyngeale Kollaps
schließlich durch einen Verlust der neuromuskulären Kompensation im
Schlaf, d. h. durch eine Tonusabnahme der den Pharynx dilatierenden
Muskeln, insbesondere des M. genioglossus [4].
Der Pharynx-Kollaps hat einen Abfall des Sauerstoffpartialdruckes
und einen Anstieg des Kohlendioxidpartialdruckes zur Folge. Durch diese
Blutgasveränderungen resultiert eine Sympathikusaktivierung, was wiederum
einen Anstieg von Blutdruck und Herzfrequenz bewirkt.
Weiterhin finden sich bei der OSA während der Atempausen
frustrane Atemanstrengungen, die zu einer Negativierung des intrathorakalen
Drucks führen. Die genannten Veränderungen münden
schließlich in eine zentralnervöse Weckreaktion (Arousal), welche
die Atempause durch Wiedereröffnung des Pharynx terminiert. Während
der sich anschließenden Hyperventilation erfahren die erwähnten
physiologischen Parameter gegenläufige Veränderungen, z. B.
Wiederanstieg der O2-Sättigung usw. Durch die wiederholte
Abfolge von Apnoen und Hyperventilationsphasen sind bei der OSA letztendlich
zyklische Schwankungen aller Messgrößen vorhanden, z. B.
intermittierende Hypoxie.
Tiermodelle
Es existieren verschiedene Tiermodelle der OSA, wobei im
Wesentlichen eine Unterteilung in 3 Gruppen erfolgen kann. Natürlich
vorkommende Modelle sind z. B. die englische Bulldoge und das
adipöse Minischwein, die aber beide nur begrenzt in der
tierexperimentellen Forschung zur OSA zum Einsatz kommen [5]
[6]. Am weitesten verbreitet ist
das Modell der chronisch-intermittierenden Hypoxie (CIH), in welchem die Tiere
(meistens Ratten oder Mäuse) in Versuchskammern gehalten werden, in denen
das Muster der OSA-assoziierten Hypoxie durch automatisiertes Ein- und
Auspumpen definierter Gasgemische simuliert wird [7].
Nachteil dieses Modells ist, dass es andere pathophysiologische
Veränderungen im Rahmen der OSA wie z. B. intrathorakale
Druckschwankungen nicht abbildet. Dies wird erst im Rahmen komplexer,
instrumentierter Modelle möglich, in denen der repetitive Kollaps der
oberen Atemwege nachvollzogen wird. Hierzu kann z. B. ein wechselweises
Schließen und Öffnen einer im Atemstrom befindlichen Klappe
eingesetzt werden [8]
[9].
Die genannten Tiermodelle haben zu einem besseren Verständnis
der Pathophysiologie der Folgeerkrankungen der OSA beigetragen. Dies betrifft
vor allem die Auswirkungen der OSA auf kardiovaskuläre und metabolische
Parameter, aber auch das zentrale Nervensystem. Bezüglich
tierexperimenteller Untersuchungen zu den kardiovaskulären Komplikationen
der OSA sei an dieser Stelle auf eine frühere Übersichtsarbeit
verwiesen [10]. Studien zu den metabolischen
Auswirkungen der OSA haben gezeigt, dass es bei Ratten und Mäusen unter
CIH zur Entwicklung von Insulinresistenz, Hyperlipidämie und Fettleber
kommt [11]. Ob die hierbei identifizierten
Pathomechanismen auch für Patienten mit OSA zutreffen, muss allerdings
noch geklärt werden. Es konnte auch gezeigt werden, dass die CIH bei
Versuchstieren zu neurokognitiver Dysfunktion und Müdigkeit
führt.
In bestimmten Hirnarealen von Mäusen wurde eine Hochregulation
des O2-Radikalen produzierenden Enzyms NADPH-Oxidase gefunden, so
dass die ZNS-Funktionsveränderungen bei der OSA ähnlich wie bereits
die kardiovaskulären Folgeerkrankungen in Verbindung mit einem
erhöhten oxidativen Stress gebracht wurden [12].
Im weiteren Sinne haben Tierexperimente auch das Verständnis
der Pathophysiologie der oberen Atemwege bei der OSA erweitert. So wurde das
Konzept aufgestellt, dass die oberen Atemwege als Starling-Resistor aufzufassen
sind, in dem es bei Unterschreitung des sogenannten kritischen Verschlussdrucks
(= Pcrit) zum pharyngealen Kollaps kommt. Hierzu wurden die
oberen Atemwege von Ratten u./o. Mäusen „isoliert”,
d. h. es wurde ein trachealer Bypass angelegt und Druck - bzw.
Flussmessungen ober - und unterhalb des kollapsiblen Pharynxsegmentes
durchgeführt [13].
Weiterhin wurde die Neurotransmitter-Modulation der pharyngealen
Muskulatur tierexperimentell aufgeklärt. Über einen in die kaudale
Medulla oblongata von Ratten implantierten Mikrodialyse-Katheter wurden
verschiedene chemische Substanzen appliziert und gleichzeitig die
Muskelaktivität im Pharynx gemessen. Diese Studien ergaben, dass vor allem
Serotonin den N. hypoglossus stimuliert und dann via Kontraktion des M.
genioglossus eine Dilatation des Pharynx bewirkt [14].
Versuche, diese Erkenntnisse therapeutisch zu nutzen, sind bisher allerdings
leider erfolglos gewesen [15].
