重度閉塞性睡眠時無呼吸患者における自発的脳活動に対する1晩の持続気道陽圧法の効果

神経内科学 呼吸器系 臨床心理学 医用画像学 医学
閉塞性睡眠時無呼吸 持続気道陽圧法 自発的脳活動 低周波数変動の分数振幅 地域の均質性

単夜連続陽圧呼吸（CPAP）が重度閉塞性睡眠時無呼吸症候群（OSA）患者の自発的脳活動に及ぼす影響

研究背景

閉塞性睡眠時無呼吸症候群（OSA）は、睡眠中に気道が部分的または完全に閉塞することを特徴とする一般的な慢性的な睡眠関連呼吸障害です。この病状は、繰り返し発生する間欠性低酸素、二酸化炭素の貯留、そして睡眠の断片化を引き起こします。報告によれば、成人男性の約20％、閉経後の女性の10％が重度のOSAを発症しています。さらに、38,000人のロシア市民を対象とした研究では、48.9％の参加者が無呼吸低呼吸指数（AHI）≥5、18.1％がAHI≥15、4.5％がAHI≥30を示しました。OSAは、心臓病、高血圧、胃食道逆流症などの深刻な健康合併症を引き起こす可能性があります。しかし、OSA患者の脳機能障害の具体的なメカニズムはまだ明確ではありません。

連続陽圧呼吸（CPAP）は、中～重度OSA患者の第一選択治療法です。わずか一晩のCPAP治療でも、間欠性低酸素を迅速に是正し、睡眠の断片化を大幅に減少させ、粗大な睡眠と急速眼球運動（REM）睡眠の割合を増加させることができます。さらに、一部の重度OSA患者では、一晩のCPAP治療後に昼間の眠気の症状が消失し、精神状態が顕著に改善されます。しかし、現在のところ、一晩のCPAP治療がOSA患者の脳機能に及ぼす影響に関する研究は比較的少ないです。したがって、我々は一晩のCPAP治療がOSA患者の脳機能を大幅に改善する可能性があると仮定しました。

研究出典

この研究は、西南大学付属華西病院の睡眠医学センターのYuanfeng Sun、Fei Lei、Lian Luo、Ke Zou、およびXiangdong Tangによって共同執筆され、2023年に『Scientific Reports』誌に発表されました。

研究内容

研究作業フロー

この研究の目的は、一晩のCPAP治療が重度OSA患者の自発的脳活動に及ぼす影響とその潜在的な神経病理学的メカニズムを調査することでした。研究には30名の重度OSA患者と19名の健康対照（HC）が含まれました。すべての参加者の自発的脳活動を評価するために、低周波スローボルト振幅の分数（fALFF）および地域ホモジェニティ（ReHo）の方法を採用しました。

具体的な研究フローは次のとおりです。

  1. 被験者の募集と基本情報の収集：

    • 診断が確認され、未治療の重度OSA男性患者30名と健康対照（HC）19名を募集。
    • 呼吸器疾患、神経精神疾患、神経障害、またはアルコールや薬物の乱用の履歴がある被験者を除外。
    • 西南大学付属華西病院で多導睡眠ポリグラフ（PSG）と静止状態機能的磁気共鳴画像（rs-fMRI）データの収集を実施。

  2. CPAP治療：

    • PSG評価の後、単夜（22:30–6:30）CPAP治療を実施し、装置が呼吸レベルを監視し、圧力を自動調整する。

  3. データの収集と処理：

    • PSGまたはCPAP治療の翌朝7:30-8:30に全ての参加者に対して構造的および機能的MR画像を取得。
    • rs-fMRIデータ収集のパラメータは、リピートタイム=2000ms、エコータイム=30ms、フリップ角=90°、厚さ=5.0mm、などを含む。

  4. データ分析：

    • DPABIソフトウェアを使用してReHoおよびfALFF値の計算を行い、それぞれケンドール一致係数および振幅を用いて計算。
    • 生成されたデータを統計分析し、治療前後および健康対照群との違いを比較。

研究結果

臨床特性

研究は、OSA患者と健康対照群の間で、年齢、教育レベル、入眠潜伏期、ベッドタイム、総睡眠時間、睡眠効率に有意な差がないことを示しました。しかし、OSA患者は、Epworth眠気尺度（ESS）スコア、AHI指数、およびN1睡眠時間が有意に高く、総睡眠時間の平均酸素飽和度（SaO2）、REMおよびNREM段階のT90%時間が低いことが分かりました。

単夜のCPAP治療後、OSA患者のREM睡眠時間、N3睡眠時間、およびSaO2は有意に増加し、AHIおよびREM、NREM段階と総睡眠時間のT90%は有意に減少しました。

ReHoおよびfALFF分析

健常対照群と比較して、すべての患者の両側尾状核のReHo値が有意に低く、一方、両側小脳第8領域のfALFF値が増加しました。単夜のCPAP治療後、両側尾状核のReHo値が上昇し、右側上前頭回のReHo値が低下しました。左側中前頭回眼領域（frontal_mid_orb_l）および右側下前頭回眼領域（frontal_inf_orb_r）のfALFF値が増加し、左側上前頭回内側（frontal_sup_medial_l）および右側下頭頂小葉（parietal_inf_r）のfALFF値が低下しました。

ピアソン相関分析

全脳ReHoおよびfALFF分析に基づいて6つの感興地域（ROIs）を同定しました。ReHoの平均値と多導睡眠データに有意な相関はありませんでした。しかし、右側下前頭回眼領域（frontal_inf_orb_r）のfALFF変化量とREM睡眠時間の変化には正の相関がありました（r = 0.437，p = 0.016）。

議論

この研究は、OSA患者に双側尾状核の地域ホモジェニティ （ReHo）値の減少が確認され、局所的な神経活動が時間とともにより混乱し、局所的な神経接続が弱くなることを示唆しています。尾状核は脳の学習と記憶システムの主要な部分であり、先行研究でも尾状核と海馬が未治療のOSA患者に構造的損傷および代謝変化を示すことが明らかになっています。この研究はまた、単夜のCPAP治療後に尾状核のReHo値が回復し、機能が回復することを示しました。

さらに、この研究は、OSA患者に両側小脳第8領域のfALFF信号の増加が確認され、酸素飽和度（SaO2）およびAHIと有意な負の相関があることを示しました。関連研究によれば、間欠性低酸素暴露は、小脳におけるニューロンに用量依存的な損傷を引き起こし、小脳の機能を損なうことが報告されています。CPAP治療後、fALFFおよびReHoの値は複数の脳領域で変化し、特に前頭葉領域はREM睡眠時間の変化に関連していました。

結論

単夜のCPAP治療前後において、OSA患者のfALFFおよびReHoの異常変化が観察され、これによりOSA患者の神経メカニズムを深入り理解することができます。この研究は、OSAの神経病理学的メカニズムをさらに研究するための重要な画像学的証拠を提供します。同時に、研究結果は、単夜のCPAP治療がOSA患者の脳機能、特に前頭葉領域を大幅に改善し、睡眠と認知機能の回復に関連していることを示唆しています。

研究の意義

この研究は、OSAによる具体的な脳機能の損傷を明らかにするとともに、CPAP治療が脳機能の回復に及ぼす積極的な影響を証明しました。先進的なfMRI技術と精確なfALFFおよびReHo分析方法を使用することで、研究は貴重な画像学的証拠を提供し、OSAの臨床治療およびその神経メカニズム研究に新たな視点を提供します。これは、OSA患者の生活の質の改善、新しい治療方法の開発、及び関連する基礎科学研究の促進において重要な意義があります。