Sommeil et respiration. X. Drouot Service de Physiologie respiratoire & Service de Neurophysiologie (Pr Paquereau) Centre du Sommeil CHU de Poitiers

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1 Sommeil et respiration X. Drouot Service de Physiologie respiratoire & Service de Neurophysiologie (Pr Paquereau) Centre du Sommeil CHU de Poitiers

2 Les grandes fonctions physiologiques durant le sommeil Cerveau Cœur Respiration Rein, système immunitaire 2

3 Rappel: contrôle neurologique de la respiration

4 Rappel: contrôle neurologique de la respiration

5 Rappel: contrôle neurologique de la respiration D après P. Escourrou

6 Système ventilatoire Fonctionnement à l éveil Boucle fermée: commande effecteur capteurs Ventilation réalisée à un coût minimum pour une régulation précise de PO2 et PCO2 Gain du contrôle élevé et fixe Distribution homogène et synchronisée des influx moteurs vers la pompe ventilatoire et les muscles des VAS

7 D après P. Escourrou

8 Production d interleukines Humeur Division cellulaire Tension artérielle Performances cognitives...

9 Le sommeil normal Veille Sommeil léger Sommeil profond Sommeil REM

10 Organisation des cycles du sommeil 10

11 Fragmentation du sommeil 11

12 Toutes les physiologies sont modifiées en fonction de l état de vigilance R. Horner Lung Biology in Health and Disease 2000;146:

13 Sommeil et respiration 1. Centres respiratoires du Tronc cérébral 2. Contrôle de la ventilation 3. Respiration normale au cours du sommeil

14 centres respiratoires du tronc cérébral RESEAU RESPIRATOIRE PONTO-BULBAIRE EVEIL / SOMMEIL Oscillateur Générateur (Rythme amplitude) Chémorécepteurs inhibition par Hypocapnie Hyperoxie Oscillateur-générateur conditionnel Stimuli: O2,CO2 VENTILATION

15 Centres respiratoires (Rat, vue dorsale)

16 Afférences et efférences des groupes respiratoires bulbaires

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18 INFLUENCE DE L ÉTAT DE VEILLE SOMMEIL SUR LA COMMANDE CENTRALE Variation de l activité tonique et phasique du motoneurone et activité résultante

19 Modifications de la commande respiratoire centrale au cours du sommeil SOMMEIL LENT activité centres resp bulbaires afférences toniques venant de: Formation réticulée Contrôle comportemental Noyaux monoaminergiques (5HT, NA) Maintien de l activité phasique SOMMEIL PARADOXAL Grande variabilité de la respiration activité phasique centres resp bulbaires (SPphasique) activité tonique des motoneurones respiratoires Arrêt de l activité 5-HT

20 Sommeil et respiration 1. Centres respiratoires du Tronc cérébral 2. Contrôle de la ventilation 3. Respiration normale au cours du sommeil

21 sommeil Mécanorécepteurs Exercice phonation Emotions température Cardio vasculaire Oscillateur Générateur (Rythme amplitude) Chémorécepteurs Motoneurones De la pompe (moelle épinière) Motoneurones de résistance (nerfs crâniens) Muscle de la pompe (diaphragme, intercostaux, abdominaux) Muscles des voies aériennes (Larynx pharynx) Ventilation PO 2 PCO 2 ph

22 sommeil Mécanorécepteurs Exercice phonation Emotions température Cardio vasculaire Oscillateur Générateur (Rythme amplitude) Chémorecepteurs Motoneurones De la pompe (moelle épinière) Motoneurones de résistance (nerfs crâniens) Muscle de la pompe (diaphragme, intercostaux, abdominaux) Muscles des voies aériennes (Larynx pharynx) Ventilation PO 2 PCO 2 ph

23 Réponse à l hypoxie au cours du sommeil

24 Sensibilité à l'hypoxie pendant le sommeil

25 Sensibilité à l'hypercapnie pendant le sommeil

26 Effet de l hyperventilation pendant le sommeil Skatrub, JAP, 1983

27 Diminution de la réponse ventilatoire à l hypoxie et à l hypercapnie Mécanismes? Diminution de la sensibilité des centres respiratoires? Augmentation de la charge respiratoire?

28 PCO2 au cours du sommeil après normalisation des résistances respiratoires par VNPP

29 sommeil Mécanorécepteurs Exercice phonation Emotions température Cardio vasculaire Oscillateur Générateur (Rythme amplitude) Chémorécepteurs Motoneurones De la pompe (moelle épinière) Motoneurones de résistance (nerfs crâniens) Muscle de la pompe (diaphragme, intercostaux, abdominaux) Muscles des voies aériennes (Larynx pharynx) Ventilation PO 2 PCO 2 ph

30 sommeil Mécanorécepteurs Exercice phonation Emotions température Cardio vasculaire Oscillateur Générateur (Rythme amplitude) Chémorécepteurs Motoneurones De la pompe (moelle épinière) Motoneurones de résistance (nerfs crâniens) Muscle de la pompe (diaphragme, intercostaux, abdominaux)? Muscles des voies aériennes (Larynx pharynx) Ventilation PO 2 PCO 2 ph

31 Voies aériennes supérieures Pression à la bouche Pression alvéolaire

32 Calibre et forme des VAS

33 Voies Aériennes Supérieures

34

35 R=ΔP / débit Weese et al., J Applied Physiol 1988

36 Resistance Voies Aériennes Supérieures pendant le sommeil Augmentation segment sup (masque épiglotte) Pas de modification segment inf (larynx-poumon)

37 D après P. Escourrou

38 Resistance totale du système respiratoire pendant le sommeil Lopes et al., J Applied Physiol 1983

39 sommeil Mécanorécepteurs Exercice phonation Emotions température Cardio vasculaire Oscillateur Générateur (Rythme amplitude) Chémorécepteurs Motoneurones De la pompe (moelle épinière) Motoneurones de résistance (nerfs crâniens) Resistance VAS et pulmonaire totale Muscle de la pompe (diaphragme, intercostaux, abdominaux) Muscles des voies aériennes (Larynx pharynx) Ventilation PO 2 PCO 2 ph

40 sommeil Mécanorécepteurs Exercice phonation Emotions température Cardio vasculaire Oscillateur Générateur (Rythme amplitude) Chémorécepteurs Motoneurones De la pompe (moelle épinière) Motoneurones de résistance (nerfs crâniens) Muscle de la pompe (diaphragme, intercostaux, abdominaux) Resistance VAS et pulmonaire totale? Muscles des voies aériennes (Larynx pharynx) Ventilation PO 2 PCO 2 ph

41 Activité musculaire des muscles dilatateurs pendant le sommeil ex du genio-glosse Sauerland et al., Exp Neurol 1976

42 Activité musculaire des muscles dilatateurs pendant le sommeil ex du genio-hyoïde L activité tonique du geniohyoïde diminue au cours du sommeil L activité phasique ne change pas pendant le sommeil lent et SP tonique

43 L activité musculaire du diaphragme augmente au cours du sommeil

44 Activité des différents muscles respiratoires au cours du sommeil Tabachnick et al., J appl. Physiol 1981

45 Activité EMG phasique des muscles respiratoires en sommeil lent et en sommeil paradoxal

46 sommeil Mécanorécepteurs Exercice phonation Emotions température Cardio vasculaire Oscillateur Générateur (Rythme amplitude) Chémorécepteurs Motoneurones De la pompe (moelle épinière) Motoneurones de résistance (nerfs crâniens) Muscle de la pompe (diaphragme, intercostaux, abdominaux) Resistance VAS et pulmonaire totale Activité EMG en SL et en SP Muscles des voies aériennes (Larynx pharynx) Ventilation PO 2 PCO 2 ph

47 ? sommeil Mécanorécepteurs Exercice phonation Emotions température Cardio vasculaire Oscillateur Générateur (Rythme amplitude) Chémorécepteurs Motoneurones De la pompe (moelle épinière) Motoneurones de résistance (nerfs crâniens) Muscle de la pompe (diaphragme, intercostaux, abdominaux) Resistance VAS et pulmonaire totale Activité EMG en SL et en SP Muscles des voies aériennes (Larynx pharynx) Ventilation PO 2 PCO 2 ph

48 Reflexe pharyngé (genio-glosse) à une dépression (éveil) Horner et al., J. Physiol 1991

49 Reflexe pharyngé (genio-glosse) à une dépression (éveil- sommeil)

50 sommeil Mécanorécepteurs Exercice phonation Emotions température Cardio vasculaire Oscillateur Générateur (Rythme amplitude) Chémorécepteurs Motoneurones De la pompe (moelle épinière) Motoneurones de résistance (nerfs crâniens) Muscle de la pompe (diaphragme, intercostaux, abdominaux) Resistance VAS et pulmonaire totale Activité EMG en SL et en SP Muscles des voies aériennes (Larynx pharynx) Ventilation PO 2 PCO 2 ph

51 D après Escourrou

52 Sommeil et respiration 1. Centres respiratoires du Tronc cérébral 2. Contrôle de la ventilation 3. Respiration normale au cours du sommeil

53 Ventilation à l endormissement VE Litre/min VT Litre Colrain et al., J. Physiol 1987

54 Ventilation minute Volume courant Fréquence respiratoire

55 CRF au cours du sommeil

56 Métabolisme au cours du sommeil

57 Métabolisme au cours du sommeil

58 Variations de la PCO 2 dans les stades du sommeil

59 Variations de la ventilation au cours du sommeil

60 Ventilation à l endormissement Ventilation instable «périodique» EVEIL STADE 1 EVEIL STADE 1 40 PCO à 80% des sujets sains Surtout chez les sujets qui présente une une réponse ventilatoire à l hypercapnie élevée (= plus haut gain) (Chapman 1988)

61 Effet du niveau de gain sur la réponse d un système régulé en boucle

62 Effet du niveau de gain sur la réponse ventilatoire

63 Respiration périodique: Exemple de l insuffisance cardiaque

64 Respiration périodique: mécanismes Ou micro éveil Ou micro éveil

65 Ventilation minute Volume courant Fréquence respiratoire

66 Ventilation au cours du sommeil paradoxal

67 Pendant le sommeil: Le maintien de l homéostasie est compromis: Le sommeil diminue la stimulation des neurones respiratoires par les centres supérieurs (diminution activité phrénique et hypoglosse) Les réponses à l hyercapnie/hypoxie sont diminuées et un seuil apnéique très sensible au CO2 est démasqué La compensation ventilatoire à une charge mécanique est perdue et il y a diminution des mécanisme protecteurs de l ouverture des VAS collapsus hypercapnie possibles

68 En résumé: Modification de la ventilation avec le sommeil Diminution de 5 à 15% de la ventilation externe Hypoventilation alvéolaire - Augmentation de PCO 2 (2-6 mmhg) -Baisse de SaO 2 (1-2%) malgré baisse de VO 2 et VCO 2 (8-10%) Ventilation irrégulière en stade 1-2 (périodique) et en SP (phasique) Stade 3-4 (N3) ventilation très régulière : baisse de VT (10%), FR inchangée. Diminution calibre des VAS: augmentation des résistances, plus collabable en SP

69 En résumé: Modification de la ventilation avec le sommeil Eveil Sommeil Reflexes chimiques et mécaniques: réponses efficaces Activité du diaphragme et des muscle VAS: élevée Hématose : normoxémie et normocapnie maintenues Seuil apnéique: PCO 2 basse Protections (gains) diminués Activité tonique et phasique diminuée Hypoventilation prolongée Instabilité ventilatoire : seuil apnéique àpco 2 élevée Activité du diaphragme et des muscle VAS: élevée Hématose : normoxémie et normocapnie maintenues Seuil apnéique: PCO 2 basse

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