Fisiopatología de la apnea

del sueño

Jiménez, Antonio* 
Carlos-Villafranca, Félix de** 
Macías-Escalada, Emilio***
Díaz-Esnal, Belén***

*UTS. HUM de Valdecilla. Santander 

**Profesor Asociado de Ortodoncia, Universidad de Oviedo

***Colaborador de Honor, Universidad de Oviedo

 

Physiopathology of obstructive sleep apnea


Resumen: Existen múltiples factores mecánicos que condicionan la permeabilidad de la vía aérea superior (VAS). Todos ellos interaccionan para conseguir diferentes secciones luminales en los cuatro sectores faríngeos: nasofaringe, velofaringe, orofaringe e hipofaringe. También hay que tener en cuenta el juego de presiones que se transmiten a lo largo de todo el aparato respiratorio. Es un sistema complejo en el que se debe realizar una observación multifactorial para llegar a determinar la etiopatogenia de los fenómenos obstructivos de la VAS. 

Palabras clave: Vías aéreas superiores, Síndrome de apnea-hipopnea del sueño, Flujo respiratorio. 

Abstract: There are many mechanical factors that determine the permeability of the upper airway (UA). They all interact to achieve different luminal sections in the four pharyngeal sectors: nasopharynx, velopharynx, oropharynx and hypopharynx. We must also consider the various pressures which are transmitted along the whole respiratory system. It is a complex system in which multifactorial observation must be carried out in order to determine the etiopathogenesis of the obstructive phenomena of the UA. 

Key words: Upper airway, Sleep apnea-hypopnea syndrome, Breathing flow, Respiratory disturbance.

Correspondencia
Félix de Carlos Villafranca 
Clínica Universitaria de Odontología 
Universidad de Oviedo 
Catedrático Serrano s/n 
33006 (Oviedo) Asturias 

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        Fecha recepción: 21-3-2002        Fecha última revisión: 20-5-2002        Fecha aceptación: 19-6-2002 

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BIBLID [1138-123X (2002)7:4; julio-agosto 345-452] 

Jiménez A, Carlos-Villafranca F de, Macías-Escalada E, Díaz-Esna B. Fisiopatología de la apnea del sueño.
RCOE 2002;7(4):369-374. 

 

Introducción

Desde la década de los 60 se sabe que la causa de las anomalías encontradas en los enfermos con síndrome de apnea-hipopnea obstructiva del sueño (SAHOS) son las obstrucciones repetidas de la vía aérea superior (VAS) durante el sueño^1**. 

El mecanismo de producción de este fenómeno fue, en parte, explicado en la década de los 70, donde Remmers y cols^2** publicaron su ya célebre teoría del desequilibrio de fuerzas entre músculos dilatadores de la vía aérea superior (MDVAS) y músculos «colapsadores» (diafragma). Estos últimos generan presión negativa intratorácica y, por ello, también en la VAS. El colapso en la VAS aparecerá cuando la actividad de los MDVAS no sea la adecuada para compensar la del diafragma (en tiempo o en intensidad). 

Más cerca de nuestros días aparece la teoría del desequilibrio de presiones como complemento de la de fuerzas. A lo largo de la VAS existe un desequilibrio que hace que su calibre varíe de respiración a respiración en función de las necesidades homeostáticas de los gases sanguíneos. Se fundamenta en dos pilares; la actividad neuroquímica reguladora de la función muscular y la función de resistor de Starling (limitador del flujo [RES]) de la VAS. 

Los papeles respectivos que en la génesis del SAHOS juegan las alteraciones anatómicas y las funcionales no están todavía aclarados. Por un lado son frecuentes los hallazgos de obstrucciones en algún punto de la VAS; asímismo lo son aquellas anomalías craneales que se traducen en estrechez faríngea. Sin embargo estas anomalías son comunes en SAHOS y roncadores no SAHOS. Por otra parte, las alteraciones funcionales deben ser importantes por dos razones; 

1. Al finalizar una apnea obstructiva y durante las primeras respiraciones que siguen tras la alerta (arousal) que la finaliza, la resistencia de la VAS es muy baja, lo que no sería posible si la obstrucción fuese sólo de origen mecánico. 

2. Aumentando los impulsos ventilatorios, como se consigue aumentado la concentración de CO2 del aire inspirado, disminuyen o desaparecen tanto la respiración periódica como las apneas. 

Factores de riesgo

a. Edad y sexo: aparece más frecuentemente en varones por encima de la quinta década. Parece que ambos factores se relacionan con el SAHOS de forma aún no precisada. 

b. Obesidad: aunque no es exclusiva de los obesos, es más frecuente en ellos. Las causas de su influencia no se conocen claramente. Se especula con una disminución en la luz de la VAS (¿Por qué no son SAHOS todos los obesos de grado semejante?), o a alguna alteración desconocida que origine tanto la obesidad como el SAHOS (el denominado Síndrome X: obesidad, hipertrigliceridemia, hiperglucemia, hiperuricemia y SAHOS). 

c. Herencia: aunque sin identificar, quizá un gen o conjunto de genes responsables. No es infrecuente observar asociaciones familiares de SAHOS. 

d. Alteraciones anatómicas o funcionales predisponentes: 
* Retrognatismo mandibular. 
* Artritis reumatoide con afectación de la articulación témporo-mandibular (origina micrognatia y retrognatismo mandibular). 
* Macroglosia. 
* Cicatrices velo-palatinas secundarias a cirugía. 
* Masas o tejidos faríngeos (linfomas, tiroides ectópico, etc.). 
* Síndromes polimalformativos. 
* etc. 

Factores anatómicos 

El lugar donde se produce la obstrucción en la VAS está limitado, según algunos estudios, a un segmento determinado; en un 50% de SAHOS a la zona traspalatal (velofaringe) y en otro 50% a la hipofaringe. Por medio de los catéteres de presión se ha podido conocer además, que la extensión de la zona que se colapsa se limita a aproximadamente un centímetro de longitud. Con otros métodos se ha comprobado que, en algunos SAHOS, el cierre se extiende caudalmente desde la zona traspalatal a la entrada laríngea. 

Por otro lado, y como ya comentamos anteriormente, el tamaño de la VAS en los SAHOS no es diferente a la de los roncadores no SAHOS, cuando se comparan teniendo en cuenta su tamaño corporal. Pero su forma sí es distinta. Así se ha comprobado que el diámetro mayor faríngeo es transversal en sujetos normales y ántero-posterior en pacientes SAHOS. Esto probablemente tenga algunas consecuencias, dado que el vector de trabajo de los MDVAS también es ántero-posterior y en los SAHOS su trabajo será menos eficaz, colaborando quizá a la génesis de su fracaso. 

Colapsabilidad (compliance) de la VAS en el SAHOS 

Son conocidos desde hace más de 10 años los trabajos de Issa y Sullivan^3*,4, las diferencias en cuanto a las distintas presiones de oclusión de la VAS que se dan en sujetos normales, roncadores y SAHOS. Los individuos normales «resisten» sin colapsarse -30 cm de H₂O; sin embargo el cierre en los SAHOS puede aparecer con presiones entre 0 y -8 cm de H₂O. La colapsabilidad de la VAS, es una característica multifactorial que depende de: 

1. Propiedades intrínsecas de los tejidos faríngeos, siendo los más colapsables los traspalatales. El área transversal de la VAS, en los pacientes SAHOS durante la espiración, disminuye más que en los individuos normales. 

2. Resistencia al colapso por el tono muscular de los MDVAS, de forma que, tras la sección del nervio hipogloso, se requiere mucha menor presión de succión para producir la obstrucción. Sin embargo, se ha comprobado que en individuos normales, el tono muscular de los MDVAS cae a 0 durante el sueño REM, manteniéndose permeable, a diferencia de lo que sucede en los pacientes SAHOS en los que aún sin desaparecer, no evita el colapso. Trabajos recientes del grupo del hospital de Son Dureta, muestran cómo la resistencia (endurance) del geniogloso de pacientes con SAHOS está disminuida, siendo parcialmente reversible al tratamiento con aparatos de presión positiva (CPAP), abriendo así la posibilidad de plantear la hipótesis de la fatiga muscular de los MDVAS como factor etiopatogénico del SAHOS. 

3. El edema y la congestión vascular aumentan la colapsabilidad de la VAS por disminución de la luz. Este evento, en zonas de área transversal menor, como la traspalatal, puede ser de cierta importancia (quizá en la patogenia tengan un papel los ronquidos como fuente de microtraumatismos de repetición). 

Desequilibrio de presiones en las VAS. Causas y consecuencias

Como consecuencia del juego de fuerzas implicadas en la respiración y sus relaciones temporales, se genera un desequilibrio de presiones a lo largo de la VAS que determinan el estrechamiento dinámico del segmento colapsable y la limitación del flujo aéreo, que dan a la VAS su carácter de resistor de Starling (RES). 

La presión de succión aumenta el flujo hasta un cierto límite, pasado el cual el flujo ni aumenta ni disminuye. Así las relaciones entre flujo máximo y presiones lo determina la ecuación: 
Vmax=(Ps-Pcrit)/Rs 
Vmax=flujo máximo alcanzable. 
Ps=presión en la entrada del segmento superior de la VAS (desde la entrada hasta el inicio del segmento colapsable, en la velofaringe). 
Rs=resistencia en dicho segmento superior.
Pcrit=presión en el punto de la VAS donde se equilibran las presiones intra y extraluminales y comienza el estrechamiento dinámico, la pérdida de la energía inspiratoria sobrante y la limitación del flujo. Dicho de otra manera, el segmento colapsable de la VAS (entre paladar blando e hipofaringe). 

La Pcrit está determinada por la actividad de los MDVAS al establecer la presión extraluminal en el segmento colapsable, determinando así el flujo máximo posible. La VAS se cerrará cuando la Ps<Pcrit. En personas normales, la Pcrit siempre es negativa (subatmosférica), produciéndose el cierre si se aplica presión negativa con mascarilla durante el sueño (lo que determina que Ps sea < Pcrit). En cambio en los pacientes SAHOS, la Pcrit es positiva (supraatmosférica) siendo esta su alteración fundamental y determinando ahora la presencia de apneas de repetición durante el sueño. La/s causa/s de este aumento de la Pcrit no son del todo conocidas: 
* Estrechez faríngea y/o mayor colapsabilidad. 
* Obesidad. 
* Defectos craneomandibulares... 
El desequilibrio de presiones y el de fuerzas se complementan, siendo probablemente el primero, expresión del segundo. La resistencia total de la VAS, es función de la relación entre la presión de succión aplicada (P) y la Pcrit (R=P/Pcrit) (desequilibrio de presiones). Correspondiendo P/Pcrit a la relación entre las actividades del diafragma y MDVAS (desequilibrio de fuerzas). 
R<-->P/Pcrit<--> Diafragma/MDVAS 
Actualmente se considera que la posibilidad de colapso de la VAS por desequilibrio de fuerzas no es indiferente según cual sea el término afectado en la relación «Actividad Diafragma/Actividad MDVAS». La disminución o desaparición de la función de los MDVAS durante el sueño, aumenta la colapsabilidad de la VAS, además de desequilibrar la ecuación de forma matemáticamente semejante a como lo haría un incremento relativo de la actividad diafragmática (aumento de la P). 

La VAS como reguladora del flujo. Función normal y patología 

Las propiedades de resistor de Starling de la VAS le proporcionan capacidad para regular el flujo frente a situaciones como las que se plantean durante el sueño en donde falta el control cortical de la ventilación. También durante el sueño pueden aparecer las condiciones ideales para un desequilibrio ventilatorio, oscilaciones en la PaCO² y mayor facilidad para la existencia de apneas, tanto centrales como obstructivas (figura 1). 

 

Durante el sueño, en efecto, la eficacia del sistema para eliminar CO² está aumentada en el sentido que expresa la ecuación. 

EFICIENCIACO₂=PaCO₂²/KVCO₂ 

donde se expresa que la eliminación del CO₂ por el aparato respiratorio es una función directamente proporcional al cuadrado de la PaCO₂ e inversamente proporcional a la producción del mismo (KVCO₂). 

Como es bien sabido, durante el sueño el numerador es mayor y el denominador menor que durante la vigilia. Ello hace que durante las fases de transición vigilia-sueño donde las influencias corticales sobre la ventilación inducen hiperventilaciones ocasionales, se puedan dar hipocapnias que detengan la respiración (apneas centrales), seguidas de apneas obstructivas al iniciar el nervio frénico su actividad antes que los MDVAS. 

En la vigilia (y con algunos ajustes, en el sueño) la actividad fásica de los MDVAS precede a la del diafragma, ajustando su amplitud y duración a las condiciones homeostáticas cambiantes del CO₂ y O₂, respiración a respiración. Así la resistencia al flujo de la VAS, a través de la Pcrit, facilita o dificulta la ventilación y colabora a la homeostasis. Durante el sueño este mecanismo es el único disponible para equilibrar la tendencia normal en esta situación a las oscilaciones ventilatorias y a las apneas. Aunque las respuestas musculares a la hipercapnia están conservadas durante el sueño, hay sin embargo resultados diferentes según el nivel de CO₂ de partida inicial. A niveles bajos (tras la hiperventilación secundaria a un «arousal») la actividad del nervio frénico precede a la del hipogloso. Por lo tanto la P/Pcrit es grande; la resistencia al flujo de la VAS aumenta y el propio flujo se limita, evitándose así los efectos de una profunda hipocapnia. Si existe un CO₂ elevado, la relación P/Pcrit es pequeña, al responder los MDVAS de forma enérgica, estableciendo una Pcrit favorable para que no existan limitaciones al flujo. De esta forma, el CO₂ en exceso puede ser eliminado sin trabas, limitándose ahora los efectos de hipercapnias severas y prolongadas. Es esta dualidad de respuesta ante el CO₂ de MDVAS y del diafragma la que proporciona probablemente a la VAS su condición de RES. También así se explica la «hiporrespuesta» ventilatoria al CO₂ durante el sueño, con P_0.1 normales (quimiorreceptor funcionante), en relación a las observadas en vigilia. Cuando el RES no funciona correctamente aparecerían los diferentes trastornos respiratorios vinculados al sueño; respiración periódica, SAHOS y apneas centrales. 

Ciñéndonos al SAHOS, el defecto en la función limitadora del flujo (RES) en este caso, estaría producido por un «exceso» en la compensación del control ventilatorio inherente al sueño, debido a la excesiva Pcrit que genera la obstrucción completa de la VAS, haciendo depender la respiración de los «arousals» continuos, que son los responsables de la disrupción del sueño y colaboran en la génesis de la somnolencia diurna patológica. 

De la fisiopatología a la medicina basada en la evidencia 

Con independencia de las teorías expuestas sobre las causas del colapso de la VAS, las apneas desencadenan una serie de alteraciones fisiopatológicas que se resumen en el esquema adjunto (fig 2), vigente desde su publicación por Phillipson⁵ en los primeros estadíos de los años 80. Sigue habiendo debate en torno a la relación entre los cambios gasométricos desencadenados por las apneas, los «arousals» que los solucionan y algunas de las consecuencias no inmediatas (muerte súbita del lactante) al faltar soporte basado en la evidencia. Esta, sin embargo, ya vincula las apneas y algunas de sus consecuencias cardiovasculares sobre el SNC. Tanto desde el punto de vista experimental como epidemiológico, hay datos concluyentes sobre la relación apneas-hipertensión arterial sistémica^6*,7. Así mismo la relación del SAHOS con los accidentes de tráfico se ha visto apoyada por una serie de trabajos experimentales, alguno de los cuales se han realizado por investigadores españoles^8*,9. 

 

En un reciente trabajo la posición oficial de la Academia Americana de Medicina del Sueño (AASM) sobre si los costes para el diagnóstico y el tratamiento del SAHOS están justificados, o no, concluye con una clara afirmación. Siempre basándose en la evidente implicación de las apneas con importantes consecuencias, entre las que están demostradas las alteraciones cardiovasculares y los accidentes¹⁰. 

En la figura 2, no se incluye el vínculo de las apneas con los ictus, sin embargo hay abundante bibliografía «fisiopatológica» que los relaciona. Siendo éstos consecuencia de las alteraciones hemodinámicas de las arterias cerebrales y de la coagulación desencadenadas por las apneas^11**-13. Existen, además, estudios en donde se observa una elevada prevalencia de SAHOS en pacientes con ictus y también un aumento de los ictus en pacientes con SAHOS¹⁴. En trabajos epidemiológicos prospectivos aún no publicados del grupo de T. Young, se ha observado un riesgo relativo de ictus en sujetos con apneas de hasta 30 veces sobre los que no las padecen (T. Young, Symposium Internacional de Neumología, Sevilla, Noviembre 2001). Este dato era uno de los que faltaban para vincular con antecedentes basados en la evidencia y no sólo fisiopatológicos, apneas con ictus. Antes de esto ya sabíamos por estudios de cortes de población del más amplio estudio epidemiológico propectivo que se está llevando a cabo en el mundo sobre la relación SAHOS morbilidad cardiovascular; el proyecto "sueño-corazón-salud" (sleep heart healthy study) que hay un aumento significativo del riesgo del ictus en sujetos portadores de apnea en forma de dosis- respuesta (a más apneas, más riesgo)^15**.

Bibliografía recomendada 

Para profundizar en la lectura de este tema, el/los autor/es considera/an interesantes los artículos que aparecen señalados del siguiente modo: *de interés **de especial interés. 

1**. Gestaut H. Etude poligraphique des manifestations diurnes et nocturnes du syndrome de Pickwick. Rev Neurol 1965;112:568-79.          [ Links ]
Primera descripción clínica detallada del síndrome de apnea obstructive del sueño. 

2**. Remmers JE, Degroot WJ, Sauerland EK et al. Pathogenesis of upper airway occlusion during sleep. J Appl Physiol 1978;44:931-8.          [ Links ]
Estudio pormenorizado sobre la fisiopatología de la apnea obstructiva del sueño, se barajan las posibles causas de su etiología. 

3*. Sullivan CS, Issa FG, Berthon-Jones M, Saunders MA. Pathophysiology of Sleep Apnea. En Sleep and Breathing, NA Saunders y CE Sullivan. New York. Eds. Marcel Dekker, 1984:299-363.          [ Links ]
Recoge todas las aportaciones más relevantes sobre la patología del sueño en diferentes disciplinas: fisiología, neumología, otorrinolaingología, etc. 

4. Cistulli PA, Sullivan CE. Pathophysiology of Sleep Apnea. En Sleep and Breathing. NA Saunders y CE Sullivan. New York. Ed. 2nd Eds. Marcel Dekker,1994:405-48.          [ Links ]

5. Phillipson EA, Bowes G, Sullivan CE, Wolf GM. The influence of sleep fragmentation on arousal and ventilatory responses to respiratory stimuli. Sleep 1980;3:281-8.          [ Links ]

6*. Hla KM, Young TB, Bidwell T, et al. Apnea and Hypertension. A population-based Study. Ann Intern Med 1994;120:382-8.          [ Links ]
En este y en el siguiente trabajo se muestran datos epidemiológicos en muestras poblacionales de buen tamaño que vinculan apneas-hipopneas con HTA sistémica. 

7. Lavie P, Herer P, Hoffstein V. Obstructive sleep apnoea syndrome as a risk factor for hypertension:population study. BMJ 2000: 320.www.bmj.com          [ Links ]

8*. Terán J, Jiménez A, Cordero J. The association between sleep apnea and the risk of traffic accidents. Engl J Med 1999;340:847-51.          [ Links ]
Este trabajo de casos-control estudia la prevalencia de apneas en dos poblaciones; una de conductores accidentados y la otra de conductores sanos sin accidentes. Muestra claramente los efectos sobre los accidentes de las apneas sólas o asociadas a ingesta de alcohol. 

9. Masa JF, Rubio M, Findley L. Sleepy drivers have a high frecuency of automobile crashes associated with respiratory disorders during sleep. and Cooperative Group. Am J Respir Crit Care Med 2000;162:1407-12.          [ Links ]

10. Cost justification for diagnosis and treatment of obstructive sleep apnea. Position statement of the American Academy of Sleep Medicine. Sleep 2000;33 (8):1017-18.          [ Links ]

11**. Netzer M, Werner P, Jochums I, et al. Blood Flow of the middle cerebral artery with sleep-disordered breathing. Correlation with obstructive hypopneas. Stroke 1998;29:87-93.          [ Links ]
Este trabajo y los dos siguientes muestran resultados fisiopatológicos que vinculan apneas con alteraciones en la hemodinámica vascular cerebral y/o la coagulación, que permiten asociar SAHOS con riesgo de Ictus. 

12. Eisensehr I, Ehremberg BL, Noachtar S, et al. Platelet activation, epinephrine and blood pressure in obstructive sleep apnea syndrome. Neurology 1998; 51(1):188-95.          [ Links ]

13. Wessendorf TE, Thillmann AF, Wang YM, et al Fibrinogen levels and obstructive sleep apnea in ischemic stroke. Am J Respir Crit Care Med 2000;162(6):2039-42.          [ Links ]

14. Mohsenin V. Sleep related breathing disorders and risk of stroke. Stroke 2001;32:1271-8.          [ Links ]

15**. Shahar E,Whitney CW, Redline S, et al. Sleep-disordered breathing and cardiovascular diseases: cross-sectional results of the Sleep Heart Health Study. Am J Respir Crit Care Med 2001;163(1):19-25.          [ Links ]
Primeros resultados de la explotación de datos del mayor proyecto prospectivo que investiga la relación entre apneas y riesgo cardiovascular. Se muestra cómo el único de estos riesgos que parece guardar una relación dosis-respuesta es el ictus (más apneas-más riesgo).