Enzyklopädie der Schlafmedizin
Autoren
Thomas Penzel und Jörg Hermann Peter

Kardiorespiratorische Polysomnographie

Die Kardiorespiratorische Polysomnographie (KRPSG) ist das zentrale Messverfahren in der stationären Diagnostik im schlafmedizinischen Labor. Die Funktionen Schlaf, Atmung, Kreislauf und Bewegung werden kontinuierlich gemessen und aufgezeichnet. Damit und mit verschiedenen zusätzlichen Untersuchungen können die schlafmedizinischen Erkrankungen entsprechend der Internationalen Klassifikation der Schlafstörungen (ICSD) diagnostiziert beziehungsweise ausgeschlossen werden.

Synonyme

KRPSG

Englischer Begriff

cardiorespiratory polysomnography

Definition

Die Kardiorespiratorische Polysomnographie (KRPSG) ist das zentrale Messverfahren in der stationären Diagnostik im schlafmedizinischen Labor. Die Funktionen Schlaf, Atmung, Kreislauf und Bewegung werden kontinuierlich gemessen und aufgezeichnet. Damit und mit verschiedenen zusätzlichen Untersuchungen können die schlafmedizinischen Erkrankungen entsprechend der Internationalen Klassifikation der Schlafstörungen (ICSD) diagnostiziert beziehungsweise ausgeschlossen werden. Die Indikation für den Einsatz der Kardiorespiratorischen Polysomnographie ist im „Algorithmus Nicht erholsamer Schlaf“ dargelegt. Die Kardiorespiratorische Polysomnographie entwickelte sich im Laufe der 1980er-Jahre als eine Fortentwicklung der „Polysomnographie“ durch Erweiterung um Atmungs- und Kreislaufparameter (ATS 1989). Die überarbeitete Fassung der Leitlinie der AASM zum Indikationsbereich der Polysomnographie (Kushida et al. 2005) beinhaltet eine Aufstellung der Parameter, die für eine diagnostische Schlafuntersuchung essenziell sind. Sie schließen die bisher für die KRPSG typischen Parameter mit ein, sodass im Bereich der praktischen schlafmedizinischen Diagnostik der Begriff Polysomnographie (PSG) als vereinfachter Sprachgebrauch für KRPSG dienen kann. Das Hauptindikationsgebiet ist heute die Differentialdiagnostik der Schlafbezogenen Atmungsstörungen (SBAS; siehe „Schlafbezogene Atmungsstörungen“), der „Schlafbezogene Bewegungsstörungen“ und der „Narkolepsie“. (Siehe auch „Messung im Schlaflabor“; „ICSD-2“)
Die Kardiorespiratorische Polysomnographie umfasst mindestens 12 Parameter und kann bei diagnostischen Problemfällen optional erweitert werden. 2007 wurde von der AASM ein Manual zur Aufzeichnung und Auswertung der KRPSG verabschiedet, das regelmäßig aktualisiert wird und in der aktuellen Form weltweit anerkannt die Grundlage der KRPSG darstellt (Berry et al. 2016). Neben den biologischen Parametern am Patienten sind eine akustische Überwachung mittels Mikrophon und eine optische Überwachung mittels Video fester Bestandteil der Untersuchung. Eine Überwachung durch die ganznächtliche Anwesenheit geschulten Personals ist bei einer Kardiorespiratorischen Polysomnographie in einem Schlaflabor der klinischen Versorgung unerlässlich. Sie dient der Sicherheit der Patienten sowie der gleichbleibenden Qualität von Messdaten und deren Aufzeichnung auf Datenträger. Im Anschluss an die Aufzeichnung wird die Kardiorespiratorische Polysomnographie nach festgelegten Kriterien ausgewertet, und die Ergebnisse werden zu einem Befund zusammengefasst. In diesem Übersichtsbeitrag zur Kardiorespiratorischen Polysomnographie werden die Schritte für die Aufzeichnung, Auswertung und Befundung dargestellt.
Darüber hinaus sei hier auf Einzelbeiträge verwiesen, die für die einzelnen Schlafstadien die polysomnographischen Charakteristika und die synchronen Veränderungen der autonomen Parameter und der Motorik darstellen, wie sie auch beim Gesunden vorkommen:
  • „Einschlafen, charakteristische Veränderungen in der Kardiorespiratorischen Polysomnographie“
  • „Leichtschlaf, charakteristische Veränderungen in der Kardiorespiratorischen Polysomnographie“
  • „Tiefschlaf, charakteristische Veränderungen in der Kardiorespiratorischen Polysomnographie“
  • „REM-Schlaf“, charakteristische Veränderungen in der Kardiorespiratorischen Polysomnographie
  • „Aufwachen und Hirnaktivierung“
Zur pathophysiologischen Interaktion des Schlafs mit dem autonomen Nervensystem (siehe „Autonomes Nervensystem“) und der „Motorik“ siehe:
  • „Gestörter Schlaf, seine Muster in der Kardiorespiratorischen Polysomnographie“
Für diagnostische Problemfälle und wissenschaftliche Fragestellungen kann die Kardiorespiratorische Polysomnographie um optionale Parameter und um spezielle Messverfahren erweitert werden, die zum Teil invasiv und schwierig zu handhaben sind. Sie werden in den folgenden Beiträgen behandelt:
  • „Atmung, spezielle Messverfahren im Schlaf“
  • „Herz-Kreislauf-System, spezielle Messverfahren im Schlaf“
  • „Gastrointestinalsystem, spezielle Messverfahren im Schlaf“
  • „Nervensystem, spezielle Messverfahren im Schlaf“
  • „Periphere arterielle Tonometrie (PAT) und Pulsintensität“
  • „Elektrodermale Aktivität“ (EDA)

Grundlagen

Die Schlafmessung erfolgte ursprünglich allein auf der Basis von „Elektroenzephalogramm“ (EEG), „Elektrookulogramm“ (EOG) und „Elektromyogramm“ (EMG) im Rahmen der Polysomnographie. Eine zusätzliche einkanalige EKG-Ableitung diente in erster Linie zur Erkennung von Artefakten, im EEG verursacht durch elektrische Herzaktivität („Elektrokardiogramm“). Die Polysomnographie bildet die Grundlage der Kardiorespiratorischen Polysomnographie (KRPSG) und erlaubt die Messung des Schlafs und die Bewertung seiner Qualität anhand des Hypnogramms nach dem AASM-Manual zur Aufzeichnung und Auswertung des Schlafes (Berry et al. 2016). Über die Prinzipien und die Verfahren der Messung informiert die Übersicht „Polysomnographie und Hypnogramm“. Zum schematischen Aufbau einer Kardiorespiratorischen Polysomnographie siehe Abb. 1.
Erst in den 1980er-Jahren wurden die Schlafbezogenen Atmungsstörungen (SBAS) als Volkskrankheiten erfasst und sind heute mittels der nichtinvasiven Beatmungsverfahren gut therapierbar. Um die Schlafbezogenen Atmungsstörungen sicher zu differenzieren und um die Art und den Grad der mit ihnen einhergehenden Beeinträchtigung der Erholungsfunktion des Schlafs zu beurteilen, sind zusätzlich zur klassischen Polysomnographie die Messung von Atmungsbewegungen, Atemfluss und Blutgasen synchron zur Schlafmessung erforderlich („Atmungsmessung“).
Da die Schlafbezogenen Atmungsstörungen auch Veränderungen im kardiovaskulären System während des Schlafs bewirken, ist die synchrone Erfassung des Elektrokardiogramms und – sofern der Aufwand indiziert ist – auch die Erfassung des Blutdrucks zur Diagnostik erforderlich. Zusätzlich gehört zur Kardiorespiratorischen Polysomnographie seit Mitte der 1980er-Jahre auch die Messung des Elektromyogramms über den Unterschenkelextensoren (M. tibialis), um die ebenfalls häufigen periodischen Extremitätenbewegungen im Schlaf („periodic limb movements in sleep“, PLMS; siehe „Periodische Beinbewegungen“) zu erfassen (siehe „Bewegungsmessung“). Damit ist die Kardiorespiratorische Polysomnographie die angemessene Methode, um die Ursachen einer Hypersomnie, die durch eine schlafmedizinische Erkrankung bedingt ist, differentialdiagnostisch vollständig zu erfassen (Kushida et al. 2005).
Die Anforderungen an eine Kardiorespiratorische Polysomnographie umfassen räumliche, strukturelle und personelle Voraussetzungen. Ein Schlaflabor ist ein Funktionslabor, in dem jeder Patient einzeln untersucht und dabei visuell überwacht wird. Das Schlaflabor muss als Funktionseinheit in der Institution verankert sein und muss über fest zugeordnetes und speziell trainiertes Personal verfügen. Aus Gründen der Arbeitsökonomie empfiehlt sich die parallele Untersuchung mehrerer Patienten in einer Nacht. Da der zirkadiane Rhythmus sein Optimum für die Schlaf- und Erholungsprozesse des Menschen in der Nacht hat („Chronobiologie“), müssen die polysomnographischen Untersuchungen zur Nachtzeit durchgeführt werden. Da der größte Anteil an Tiefschlaf zwar zu Schlafbeginn erreicht wird, der größte Anteil an REM-Schlaf jedoch erst in den frühen Morgenstunden liegt, ist eine Ganznachtuntersuchung erforderlich, um die Verhältnisse bezüglich sämtlicher Schlafstadien angemessen zu erfassen. Versuche der Diagnostik mittels Untersuchung im sogenannten Tagschlaf haben sich als völlig unzulänglich erwiesen, da beim Schlaf tagsüber kein für Qualität und Umfang des Nachtschlafs repräsentatives Hypnogramm erstellt werden kann. Auch pathologische Veränderungen können somit nicht zuverlässig diagnostiziert werden.

Aufzeichnung

Die Kardiorespiratorische Polysomnographie umfasst die Aufzeichnung von mindestens 12 Biosignalen (Abb. 2) (Penzel et al. 1993; Berry et al. 2016). Die Polysomnographie dient dazu, mittels der Informationen aus Elektroenzephalogramm, Elektrookulogramm und Elektromyogramm den Schlaf im Verlauf seiner Stadien nach Rechtschaffen und Kales (1968) zu messen und das Hypnogramm in graphischer Übersicht zu erstellen. Eine EKG-Spur wird zur Beurteilung der Herzfrequenz und zur Kontrolle von eventuellen EKG-Artefakten im Elektroenzephalogramm abgeleitet. Auch die Unterbrechung des Schlafprozesses, motorische Aktivierungen, sprunghafte Anstiege der Herzfrequenz und die zentralnervösen Arousal werden protokolliert, um Schlafstörungen zu erkennen und den Grad der Störung des Schlafs zu beurteilen. Tab. 1 gibt einen Überblick über das Aufzeichnungsprogramm der Kardiorespiratorischen Polysomnographie. Genannt sind die zu untersuchenden Funktionen mit einer Auflistung der dazu notwendigen Biosignale und Messmethoden (Penzel und Peter 2003).
Tab. 1
Das Aufzeichnungsprogramm einer Kardiorespiratorischen Polysomnographie. Angegeben sind die zu untersuchenden Funktionen, die dafür notwendigen Biosignale und die dabei zur Anwendung kommenden Messmethoden
Funktion
Biosignal
Messmethode
Schlaf
EEG (3 bzw. 6 Ableitungen)
Elektrophysiologische Elektroden
 
EOG (2 Ableitungen)
Elektrophysiologische Elektroden
 
EMG (M. submentalis)
Elektrophysiologische Elektroden
Atmung
Oronasaler Luftfluss
Staudruckmessung (Thermistor oder Thermoelement)
 
Atmungsbewegungen von Thorax und Abdomen
Induktionsplethysmographie oder Impedanzplethysmographie oder Dehnungsmessung (Piezo)
 
Atemgeräusch und/oder Schnarchgeräusch
Mikrophon, Drucksensor oder Folien
 
Sauerstoffsättigung
Kardiovaskuläres System
EKG/Herzfrequenz
Elektrophysiologische Elektroden
Bewegung
EMG (M. tibialis)
Elektrophysiologische Elektroden
Mit fortschreitender Sensortechnologie konnte die Kardiorespiratorische Polysomnographie um spezielle Messverfahren erweitert werden (Berry et al. 2016). Sie können für gezielte Fragestellungen im diagnostischen Betrieb der schlafmedizinischen Zentren zusätzlich angeboten werden. Die optional zu registrierenden Biosignale und Messmethoden sind in der Tab. 2 aufgelistet und werden in entsprechenden Essays gesondert besprochen.
Tab. 2
Spezielle Messparameter, die optional zusätzlich zur Kardiorespiratorischen Polysomnographie erfasst werden können. Angegeben sind die zu untersuchenden Funktionen, die dafür notwendigen Biosignale und die dabei zur Anwendung kommenden Messmethoden
Funktion
Biosignal
Messmethode
Atmung
Beatmungsdruck
Differenzdrucksensor
 
Ösophagusdruck
Intraösophagealer Drucksensor (Piezo)
 
Kapnographie und/oder CO2-Partialdruck
Ultrarot-Absorptionsspektroskopie (URAS), Severinghaus-Transducer
Kardiovaskuläres System
Arterieller Blutdruck
Drucksensor (Statham, Piezo)
Fingerphotoplethysmoraphie
Berechnet aus Pulstransitzeit
Bewegung
Körperlage
Mechanisch
Gastrointestinales System
Ösophageale pH-Metrie
Mikroglaselektrode
Zirkadianes System
Körpertemperatur (rektal oder Ohr)
Thermistor oder Thermoelement

Schlaf und Bewegung

Das Aufzeichnungsprogramm der Kardiorespiratorischen Polysomnographie umfasst stets die elektrophysiologischen Signale zur Erfassung der Schlafstruktur (Berry et al. 2016), wie sie im Rahmen der Polysomnographie standardisiert festgelegt sind, damit das Hypnogramm erstellt werden kann. Dazu gehört das Elektroenzephalogramm mit mindestens 3 EEG-Ableitungen und weiteren 3 als Backup-Elektroden (F4-M1, C4-M1, O2-M1 und als Backup F3-M2, C3-M2 und O1-M2). Zusätzlich werden 2 Ableitungen des Elektrookulogramms (linker und rechter äußerer Augenwinkel) und eine Ableitung des submentalen Elektromyogramms aufgezeichnet. Mindestens eine, besser 2 EMG-Ableitungen über den Unterschenkelextensoren dienen der Erfassung periodischer Extremitätenbewegungen (siehe auch „Bewegungsmessung“).

Atmung und Blutgase

Für eine „Diagnostik der Schlafbezogenen Atmungsstörungen“ ist es erforderlich, den oronasalen Atemfluss, die Atmungsbewegungen thorakal und abdominal, die Atemgeräusche und die Sauerstoffsättigung kontinuierlich aufzuzeichnen (Berry et al. 2016). Mit Ausnahme der Pulsoxymetrie werden qualitative oder semiquantitative Messverfahren eingesetzt. Exakte Fluss- und Volumenwerte sind aufwendig zu kalibrieren, und ihre Ableitung erfolgt optional. Als Parameter für den Atemfluss wurden früher ausschließlich Thermistoren oder Thermoelemente eingesetzt. Heute wird zusätzlich die nasale Staudruckmessung empfohlen, bei der die an Mund und Nase entstehenden Luftdruckschwankungen über ein Schlauchsystem erfasst und gemessen werden. Dadurch ist es möglich, Atemflusslimitationen im Vorfeld Schlafbezogener Atmungsstörungen zu erkennen. Bei geeigneter Signalverarbeitung kann auch Schnarchen als hochfrequente Druckschwankung identifiziert werden. Die Atemgeräusche können zusätzlich durch über dem Kehlkopf angebrachte Mikrofone aufgezeichnet werden.
Bei Polysomnographien unter Beatmungstherapie ist die Registrierung des an der Nasenmaske abgegriffenen Beatmungsdrucks alternativ zum oronasalen Atemfluss zu wählen. Um zentrale Apnoen, also Apnoen ohne Atmungsbewegungen, sicher zu identifizieren, ist die Aufzeichnung intrathorakaler Druckschwankungen durch ösophageale Druckmessung notwendig (AASM Task Force 1999). Mit Piezo-Sensoren ausgestattete ösophageale Druckkatheter sind dünn und für den Patienten relativ wenig beeinträchtigend. Um „Schlafbezogene Hypoventilationssyndrome“, die in der primären Form zwar selten, in der sekundären Form jedoch weit verbreitet sind, rechtzeitig und zuverlässig zu erkennen, ist die Erfassung des transkutan gemessenen pCO2 hilfreich. Die Methode muss sehr sorgfältig angewendet werden, da die Sondenplatzierung auf der Haut und Temperatur der beheizten Sonde wichtige Einflussgrößen für die Genauigkeit der Werte sind. In jüngerer Zeit sind für die Anwendung im Schlaflabor taugliche Systeme zur pCO2-Messung auf den Markt gekommen. Goldstandard bleibt die Bestimmung des endexspiratorischen Kohlenstoffdioxids im geschlossenen System mittels Kapnographen. Die rechtzeitige Erkennung der Hyperkapnie im Schlaf ist für die Betroffenen von Schlafbezogener Hypoventilation und Hypoxämie prognostisch entscheidend, da möglichst vor Entstehung einer pulmonalarteriellen Hypertonie beziehungsweise eines Cor pulmonale eine nächtliche mechanische Ventilationsbehandlung eingeleitet werden sollte. Siehe auch „Atmungsmessung“; „Atmung, spezielle Messverfahren im Schlaf“; „Diagnostik der Schlafbezogenen Atmungsstörungen“; „Differentialdiagnostischer Leitfaden“; „Nichtinvasive Beatmung bei zentralen Schlafbezogenen Atmungsstörungen und bei der chronischen respiratorischen Insuffizienz“.

Herz- und Kreislauffunktion

Die EKG-Registrierung erlaubt die Beobachtung der Herzfrequenz und liefert gegebenenfalls Hinweise auf „Herzrhythmusstörungen“, die in manchen Schlafstadien gehäuft auftreten können. Zur Differenzierung einiger im Schlaf auftretender Herzrhythmusstörungen ist eine mehrkanalige EKG-Ableitung erforderlich. Die Aufzeichnung des arteriellen Blutdrucks ist zum Nachweis nächtlicher arterieller Hypertonie und für ihre gezielte Behandlung sinnvoll („Bluthochdruck“). Die gegenwärtig verfügbaren Messverfahren haben ihre Grenzen bezüglich ihrer Einsatzmöglichkeiten im Schlaflabor. Die diskontinuierlich messenden Blutdruckrekorder können die teilweise sehr schnellen Blutdruckänderungen nicht erfassen. Zudem stört häufig der Messvorgang mit dem Aufblasen der Armmanschette den Schlaf oder führt zu Weckreaktionen. Kontinuierliche invasive Messverfahren des Blutdrucks sind die methodische Referenz. Sie kommen aber aufgrund der Invasivität nur in seltenen Fällen mit spezieller Indikation zum Einsatz. Die nichtinvasiv, kontinuierlich registrierenden Blutdruckmessverfahren (Finapres und Portapres) benutzen die Fingerphotoplethysmographie; bei dieser Methode sind die Wahl und die exakte Platzierung der Fingermanschette von großem Einfluss und gelegentlich stört das Pulsieren der Servosteuerung den Schlafenden. („Herz-Kreislauf-System, spezielle Messverfahren im Schlaf“)

Weitere Funktionsuntersuchungen

Ein wichtiges Begleitsignal ist die Erfassung der Körperlage, da Obstruktive Schlafapnoe bei manchen Patienten lageabhängig auftritt, typischerweise in Rückenlage. Die derzeit verfügbaren Signalaufnehmer basieren auf mechanischen Konstruktionen mit elektrischen Schaltern oder beweglichen Federn und Kontakten. Diese Sensoren sind nicht sehr zuverlässig, da oft Kontakte korrodieren oder die Mechanik Schaden erleidet.
Bei Verdacht auf nächtliche Refluxepisoden kann die intraösophageale pH-Metrie eingesetzt werden. Nächtliche Refluxepisoden können zu zusätzlichen Weckreaktionen führen, die den Schlaf beeinträchtigen. Ein kausaler Zusammenhang mit den intrathorakalen Druckschwankungen bei Obstruktiver Schlafapnoe konnte jedoch nicht belegt werden („Gastroösophagealer Reflux“; „Gastrointestinalsystem, spezielle Messverfahren im Schlaf“). Bei bestimmten Formen der Erektilen Dysfunktion kann es hilfreich sein, die nächtliche Tumeszenz des Penis (NPT) zu erfassen.
Sofern Störungen des zirkadianen Rhythmus im Schlaflabor untersucht werden, empfiehlt es sich, die Körperkerntemperatur zu erfassen. Es kommen rektale oder in den Gehörgang eingebrachte Sensoren zum Einsatz, wie sie auch in der Intensivmedizin benutzt werden. Die Überwachung des Patienten durch Video ermöglicht es, Erkrankungen mit ungewöhnlichen Bewegungsmustern im Schlaf zu dokumentieren, so beispielsweise „Parasomnien“ oder bestimmte Formen der nächtlichen „Epilepsie“. Andere neurologisch bedingte Schlafstörungen erfordern zur Differentialdiagnostik die Ableitung weiterer ursachenorientierter EEG-Kanäle (siehe auch „Nervensystem, spezielle Messverfahren im Schlaf“).

Bewertung einer Kardiorespiratorischen Polysomnographie

Die visuelle Auswertung und Klassifizierung von Elektroenzephalogramm, Elektrookulogramm und Elektromyogramm erfolgt nach den Richtlinien von Rechtschaffen und Kales (1968) und stellt die Grundlage der Schlafauswertung dar. Es werden 4 NREM-Schlafstadien, der REM-Schlaf und „Wach“ unterschieden („Polysomnographie und Hypnogramm“). Die Schlafauswertung erfolgt in Epochen von 30 Sekunden (Abb. 3). Im Befund werden die erstellten Klassifikationen im zeitlichen Ablauf als Hypnogramm dargestellt, das die Schlafstruktur graphisch darstellt und die Bewertung wesentlich erleichtert. Die Auswertungsrichtlinien wurden primär für die Klassifizierung des physiologischen Schlafablaufs an gesunden Studenten entwickelt. Beim Vorliegen von schlafmedizinischen Erkrankungen haben sich Ergänzungen als notwendig erwiesen, um die gestörte Schlafstruktur mit diesem Schema beurteilen zu können. Ein besonders wichtiger Punkt sind hierbei die nächtlichen zentralnervösen Aktivierungen, die sogenannten Arousals (siehe „Arousal“). Ihre Auswertung wurde im ASDA-Report (1992) festgelegt und basiert allein auf einer Beschleunigung der EEG-Frequenzen. Ihr Auftreten wird den Schlafstadien zugeordnet. Vermehrt auftretende Arousal-Reaktionen sind Kennzeichen einer Schlaffragmentation und können den natürlichen Schlafablauf und damit die Erholungsfunktion des Schlafs beeinträchtigen. Siehe auch „Gestörter Schlaf, seine Muster in der Kardiorespiratorischen Polysomnographie“.
Für die Auswertung der Atmungskurven existieren Empfehlungen, die aber nicht in gleicher Qualität standardisiert sind wie die Analyse der Schlafstruktur (AASM Task Force 1999). Grundlage der Empfehlungen ist die Abnahme der Amplitude des Luftflusses. Sistiert der Luftfluss für mindestens 10 Sekunden, wird dies als Apnoe bezeichnet. Ist der Luftfluss für mindestens 10 Sekunden um mindestens 50 % reduziert, wird dies als Hypopnoe bezeichnet. Die Einteilung der detektierten Atmungsstörungen in Muster mit und ohne Obstruktion der oberen Luftwege erfolgt unter Zuhilfenahme der parallel thorakal und abdominal aufgezeichneten Atmungsbewegungen. Als Referenz für Atmungsbewegungen gilt der intraösophageale Druckverlauf. Die rasche Abnahme des intraösophagealen Drucks charakterisiert am besten die bei Obstruktiver Schlafapnoe infolge von inspiratorischer Flusslimitation auftretende vermehrte Atmungsanstrengung (Effort). Der vermehrte Effort ist der entscheidende pathophysiologische Trigger, der bei OSA zur Schlaffragmentierung durch Arousal, Verlust an Tiefschlaf und Reduktion an REM-Schlaf führt. Als deren Folge bildet sich da Leitsymptom „Hypersomnie“ heraus. In dem Zusammenhang war es folgerichtig, dass die ICSD-2 die sogenannten „respiratory effort-related arousals“ (RERAs) als gegenüber obstruktiven Apnoen oder Hypopnoen gleichgewichtetes Kriterium in der Diagnostik von Obstruktiver Schlafapnoe verwendet. In der Praxis kann anstelle des invasiven Goldstandards der Ösophagusdruckmessung auch auf die indirekten Hinweise aus den KRPSG-Signalen zurückgegriffen werden: Abnahme des Luftflusses und zunehmende Amplitude der Signale aus dem abdominellen Atmungsgurt bei relativer Abnahme des Signals im thorakalen Atmungsgurt. Definitionsgemäß ist ein auf die Signale des vermehrten Effort unmittelbar folgendes Arousal zur Bewertung der RERAs erforderlich, nicht jedoch der Nachweis von Blutgasveränderungen.
Die Bestimmung des vermehrten Effort mittels Drucksensor im Ösophagus bildet auch den Goldstandard für die Unterscheidung zwischen obstruktiven und zentralen SBAS. Auch hier wird ersatzweise mit den charakteristischen Veränderungen bezüglich Atemflussmessung und den Signalen aus den beiden Messgurten zur Erfassung der Atmung auf Ebene des Zwerchfells und des oberen Thorax gearbeitet.
Liegen verstärkte abdominelle Atmungsbewegungen während der Apnoe vor, spricht man von obstruktiven Apnoen, liegen keine vor, spricht man von zentralen Apnoen. Sofern nur für einen Teil der Zeit in der Apnoe keine Atmungsbewegungen zu finden sind, liegt eine „gemischte“ Apnoe vor. Die Einteilung der Apnoen in obstruktive, zentrale und zeitlich „gemischte“ Formen ist etabliert.
Abb. 4 stellt die Ergebnisse einer Kardiorespiratorischen Polysomnographie in Form eines polysomnographischen Kurzberichts von einem Patienten mit Obstruktiver Schlafapnoe dar.

Computergestützte Polysomnographie

Während die konventionelle Polysomnographie die kontinuierliche Aufzeichnung der Biosignale auf Papier und deren anschließende visuelle Bewertung beschreibt, werden unter dem Begriff der computergestützten Polysomnographie Methoden zur digitalen Signalaufzeichnung und -wiedergabe und Methoden zur computergestützten Auswertung der aufgezeichneten Signale zusammengefasst. Natürlich müssen die digitale polysomnographische Datenaufzeichnung und -wiedergabe mindestens eine Signalqualität aufweisen, die einer konventionellen Polysomnographie auf Papier entspricht (Penzel et al. 1998). Das stellt hohe Anforderungen an die Wiedergabe am Computermonitor. An einem papierlosen Auswerteplatz ist für eine Beurteilung am Bildschirm eine Auflösung von 1600 × 1200 Punkten erforderlich. Exemplarische Ausdrucke der Kurven müssen eine Auflösung von mindestens 300 dpi haben.
Ein Austausch von digitalen Polysomnographien zwischen Schlaflaboren erfolgt unter Nutzung der preisgünstigen Speichermedien CD-ROM und DVD unter Nutzung des in den meisten digitalen Polysomnographen implementierten Europäischen Datenformates (EDF) für Biosignale. Ein solcher Austausch wird zur Weitergabe von Polysomnographien zwischen Schlaflaboren sowie bei multizentrischen Studien mit zentraler Auswertung der Kardiorespiratorischen Polysomnographie praktiziert (siehe „Computer und Computernetzwerke in der Schlafmedizin“).

Schlafanalyse

Die meisten digitalen Polysomnographiesysteme bieten die automatische Auswertung des Schlafs, der Atmung, der Sauerstoffsättigung und des Elektrokardiogramms an, um den hohen Zeitaufwand bei der visuellen Auswertung der Kurven zu reduzieren (Penzel et al. 1998). Jedoch ist die automatische Auswertung noch nicht sicher genug, um allgemein anerkannt zu werden. Um aus dem Muster der verschiedenen Kurven das richtige Schlafstadium zu erkennen oder um die Atmung als Apnoe einer bestimmten Art zu klassifizieren, ist eine aufwendige Signalanalyse notwendig, die mehrere Signale synchron bewertet. Gute Programme erreichen bei einer Schlafstadienauswertung eine Übereinstimmung mit visuellen Auswertern von bis zu 80 %. Eine vergleichende visuelle EEG-Auswertung von verschiedenen Schlaflabors kann nur bei gut trainierten Teams deutlich höhere Übereinstimmungen erbringen. Im Vergleich zur abweichenden Beurteilung zwischen Experten weisen Schlafanalyseprogramme dann aber ganz spezifische Fehlklassifikationen auf, die einem Auswerter nicht unterlaufen würden. Dazu zählt die häufige Verwechslung der Stadien „Wach“ und „REM“. Beide ähneln sich vom EEG-Muster her, sind jedoch von der Physiologie her völlig unterschiedlich, was sich an der Art der Augenbewegungen (EOG) und der Höhe des Muskeltonus (EMG, abgeleitet vom M. mentalis) sowie aus dem Kontext der Kurven unterscheiden lässt (siehe auch „Einschlafen, charakteristische Veränderungen in der Kardiorespiratorischen Polysomnographie“; „REM-Schlaf, charakteristische Veränderungen in der Kardiorespiratorischen Polysomnographie“). Manche Schlafanalyseprogramme können nicht zwischen den NREM-Stadien 3 und 4 (Tiefschlaf) unterscheiden, da das Unterscheidungskriterium mehrdimensional ist: Für das Stadium 4 werden Deltawellen einer Amplitude von über 75 μV verlangt, die über mehr als 50 % der Auswerteepoche vorhanden sein müssen. Ein Auswerter kann bei der Bewertung die gesamte Aufzeichnung im Kopf haben und daher die Amplituden sinnvoll im Kontext bewerten.
Die Stärken computergestützter Schlafanalysen bestehen aber prinzipiell nicht in einer Imitation der visuellen Auswertung nach den AASM-Kriterien (Berry et al. 2016), sondern in der Möglichkeit, reproduzierbare quantitative Auswertungen des Schlaf-EEGs mit einer hohen zeitlichen Auflösung durchzuführen. Deshalb wird versucht, Parameter einzuführen, die eine kontinuierliche Änderung der Schlaftiefe und der Schlaffragmentation wiedergeben können. Ein solcher Parameter ist die Delta-Power des Elektroenzephalogramms. Ihr entspricht im NREM-Schlaf die Schlaftiefe. Weitere kontinuierlich bestimmbare Parameter zur kontinuierlichen Darstellung des Einschlafens sind die Alpha-Power des Elektroenzephalogramms, die nur in Abhängigkeit vom Grad der Öffnung der Augen zu interpretieren ist („Berger-Effekt“), und die langsamen rollenden Augenbewegungen. Das Auftreten von schnellen Augenbewegungen und die kontinuierlich bestimmte EMG-Amplitude werden für das Auftreten von REM-Schlaf herangezogen. Die Beschleunigung der EEG-Frequenzen und die Erhöhung des Muskeltonus können als sogenannte Arousal-Merkmale kontinuierlich bestimmt werden. Der Verlauf der Arousal-Merkmale kann gerade bei ganz kurzen Arousal-Reaktionen von einer hohen zeitlichen Auflösung profitieren. Neue Parameter zur quantitativen Beschreibung des Schlafs erfordern aber auch neue Validierungen an Skalen, die den Erholungswert des Schlafs wiedergeben. Denn nur wenn die neuen Parameter besser als bei den AASM-Kriterien mit Tagesschläfrigkeit und Schlafstörungen korrelieren, werden sie sich durchsetzen.

Analyse der Atmung

Auswertung und Unterscheidung der verschiedenen Atmungsstörungen durch automatische Auswertung erscheinen zuverlässig. Sie schließen die Informationen von Atemfluss und Atmungsbewegungen mit ein. Eine automatische Differenzierung von obstruktiven, zentralen und gemischten Apnoen ist dadurch möglich. Das Problem der automatischen Atmungsauswertung liegt in der mitunter sehr wechselhaften Signalqualität der semiquantitativen Messmethoden wie oronasaler Atemfluss oder Staudruck. Bewegungen, Seitenlage oder Bauchlage des Patienten im Schlaf können die Atmungssignale in Form und Amplitude vor allem bei Adipösen stark beeinträchtigen und dadurch verhindern, dass eine automatische Auswertung angemessene Ergebnisse liefert. Aufgrund der Änderungen der Signalamplitude wird die Güte der Differenzierung von Apnoen und Hypopnoen sehr zurückhaltend beurteilt. Zusätzlich zur Anzahl der Atmungsstörungen wird die Anzahl der Sauerstoffdesaturationen angegeben. Die Sauerstoffsättigung wird außerdem summarisch in Form von Häufigkeitsverteilungen zusammengefasst. Angegeben wird die Häufigkeit von Zeiträumen mit Sättigungswerten unter 90 %, unter 80 % etc. zur Bewertung der Schwere der nächtlichen Hypoxie. Dabei ist allerdings zu beachten, dass aufgrund der Charakteristik der Sauerstoffbindungskurve die Abfälle der Sauerstoffsättigung nur bei hoch normalen Werten in linearer Beziehung zum im Blut gelösten Sauerstoff (pO2) stehen. Bei Patienten mit erniedrigtem Ausgangswert für pO2 führen schon sehr geringe Abfälle der arteriellen Sauerstoffspannung zu deutlichen Abfällen der Sättigung (siehe auch „Atmung“). Gerade bei jungen Patienten führen Apnoen oder Hypopnoen von weniger als 30 Sekunden Dauer demgegenüber nicht unbedingt zu einem Abfall der Sauerstoffsättigung in der Pulsoxymetrie. Sie verursachen aber dennoch schlaffragmentierende Arousals und damit Hypersomnie. Gleiches gilt für die obstruktiven Ereignisse in Gestalt der RERAs, die mit einer Erhöhung des Effort einhergehen und zum Arousal führen, obwohl das Signal des Atemflusses nicht um mehr als 50 % abnimmt und die somit weder die Kriterien für Apnoe noch für Hypopnoe erfüllen.

Analyse der Herz- und Kreislaufsignale

Die Auswertung des Elektrokardiogramms (EKG) erfolgt mit standardisierten Algorithmen der Langzeit-EKG-Analyse. Da im Schlaflabor nur eine EKG-Ableitung aufgezeichnet wird, ist die zuverlässige Analyse der Art einer Herzrhythmusstörung nicht möglich, sie erfordert mindestens 2 Ableitungen zur sicheren Erkennung von p-Welle und Kammerkomplex. Es sind aber Aussagen über die Schwankungen des Herzrhythmus zu erhalten: Die Variation der Herzfrequenz zeigt schlafstadienspezifische Unterschiede und charakteristische Muster bei Schlafbezogenen Atmungsstörungen, die als zyklische Variation der Herzfrequenz (CVHR) bezeichnet werden. Eine systematische Auswertung der Herzfrequenz kann die Auswertungen der Atmung und des Schlaf-EEG hilfreich ergänzen.

Limitationen

Die Kardiorespiratorische Polysomnographie ist ein personalaufwendiges Verfahren. Daher gibt es zahlreiche Bestrebungen, den Aufwand zu verringern, indem reduzierte Systeme auf der Basis einiger weniger Signale eingesetzt werden. Keines dieser Systeme war bisher in der Lage, einen vollwertigen Ersatz der Kardiorespiratorischen Polysomnographie in den entsprechenden Validierungsstudien zu belegen.
Andererseits ist auch belegt, dass die Schlafauswertung nach AASM-Kriterien mitunter von Labor zu Labor verschiedene Ergebnisse mit Abweichungen von 30 % und mehr liefert. Dies liegt an dem Interpretationsspielraum, den die Regeln dem visuellen Auswerter lassen, und natürlich auch am unterschiedlichen Training der Auswerter. Die Beurteilung von Arousal-Reaktionen und die damit verbundene Fragmentation des Schlafs bieten hierfür die eindrücklichsten Beispiele. Besonders für den Anteil der Leichtschlafstadien und der Arousals ergaben sich starke Unterschiede zwischen den einzelnen Schlaflaboren. Als Ergebnis ist festzuhalten, dass eine standardisierte Auswertung und ein laborübergreifendes Training der schlafauswertenden Experten erforderlich sind, um eine Vergleichbarkeit der zusammenfassenden Befunde zu sichern (siehe auch „Qualitätsmanagement in der Diagnostik“; „Qualitätsmanagement in der Schlafmedizin“).
Literatur
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Berry RB, Brooks R, Gamaldo CE, Harding SM, Lloyd RM, Marcus CL, Vaughn BV, for the American Academy of Sleep Medicine (2016) The AASM manual for the scoring of sleep and asociated events: rules, terminology and technical specifications, version 2.3. American Academy of Sleep Medicine, Darien, S 1–88
Kushida CA, Littner MR, Morgenthaler T et al (2005) Practice parameters for the indications for polysomnography and related procedures: an update for 2005. Sleep 28:499–521CrossRef
Penzel T, Peter JH (2003) Diagnostik von Schlafstörungen und von schlafmedizinischen Erkrankungen – eine Übersicht. Biomed Tech 48:47–54
Penzel T, Hajak G, Hoffmann RM et al (1993) Empfehlungen zur Durchführung und Auswertung polygraphischer Ableitungen im diagnostischen Schlaflabor. Ztschr EEG – EMG 24:65–70
Penzel T, Brandenburg U, Fischer J et al (1998) Empfehlungen zur computergestützten Aufzeichnung und Auswertung von Polygraphien. Somnologie 2:42–48CrossRef