Pobierz bezpłatnie artykuł w formie PDF

PRACA POGLĄDOWA
Polisomnografia
— reguły klasyfikacji stadiów snu
Polisomnography — the rules of sleep scoring
Tadeusz Pracki1, Daria Pracka1, Marzena Ziółkowska-Kochan2,
Małgorzata Tafil-Klawe1, Anna Szota3
1Katedra
Fizjologii Collegium Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu
i Zakład Neurofizjologii Collegium Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy, Uniwersytet Mikołaja Kopernika
w Toruniu
3Katedra i Klinika Psychiatrii, Collegium Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy, Uniwersytet Mikołaja Kopernika
w Toruniu
2Katedra
t Abstract
Polisomnography — sleep scoring
It’s been 40 years since “A manual of standardized terminology, techniques and scoring
system for sleep stages of human subjects” written by Allan Rechtshaffen and Anthony Kales
was published. For many years this manual has become undisputed classic in researches
on human’s sleep.
The most important events, which had an influence on formation of the manual mentioned
above, were described in this article. Both significant advantages and disadvantages such
as: inaccuracies and ambiguities which appear in the manual were discussed in this paper.
Also, modifications of classification of sleep stages and supplements proposed by other authors were included here.
Adres do korespondencji:
dr mgr inż. Tadeusz Pracki
Katedra Fizjologii Collegium Medicum
im. Ludwika Rydygiera
ul. Karłowicza 24, 85–809 Bydgoszcz
tel. kom.: 602 841 889
tel.: +48 52 585 37 20
faks: +48 52 585 37 23
e-mail: [email protected]
ISSN 1641–6007
Sen 2008, Tom 8, Nr 1, 57–60
Copyright © 2008 Via Medica
Additionally, new rules of classification of sleep course in human — “The AASM manual for
the scoring of sleep and associated events”, published in April 2007 by American Academy
of Sleep Medicine (AASM), were taken into account in the article. These new rules of classification are already adhered to computer analysis.
Sleep 2008, 8 (1), 57–60
Key words: sleep, polysomnography, PSG, EEG, sleep scoring, sleep rules, Rechtschaffen, Kales
Praca została częściowo sfinansowana przez Uniwersytet Mikołaja Kopernika
w Toruniu w ramach grantu nr 2 Rektora UMK
t Wstęp
Snem człowieka i jego przebiegiem filozofowie i medycy interesują się już od setek, a nawet tysięcy lat [1].
Jednak za pierwszą naukową pracę dotyczącą badań nad
snem człowieka uważa się obroniony na Uniwersytecie
w Lipsku w 1862 roku doktorat niemieckiego fizjologa
i lekarza Ernst Kohlschüttera zatytułowany „Pomiar głębokości snu” [2].
W roku 1913 Henri Piéron w swoim doktoracie „Fizjologiczne problemy ze snem” [3] jako pierwszy potrak-
tował sen w ujęciu fizjologicznym. Zwykle pracę tę uważa się za początek nowoczesnego podejścia do badań nad
snem.
Podstawy badań nad snem tworzył także niemiecki
neuropsychiatra Hans Berger uznany ojcem elektroencefalografii. Jako pierwszy zarejestrował i opisał między
innymi aktywność fal a i b [4].
Alfred Loomis, E. Newton Harvey i Garret Hobart
w 1937 roku zaobserwowali cykliczność przebiegów snu.
Opisali występowanie u człowieka snu głębokiego z fala-
www.sen.viamedica.pl
57
SEN
2008, Tom 8, Nr 1
mi d o niskiej częstotliwości i wysokiej amplitudzie. Byli
również pionierami podziału snu na stadia A, B, C, D i E,
zbliżonego do używanego współcześnie [5].
W 1937 roku Helen Blake i R.W. Gerard [6], a w 1939
roku wspólnie z Nathanielem Kleitmanem [7] udowodnili, że elektroencefalogram (EEG, electroencephalogram)
można wykorzystać do oceny stadiów snu. Zwracali uwagę, że zapis EEG może być wskaźnikiem oceny głębokości snu. Opisali też null stage [7] — przebadane później
przez Nathaniela Kleitmana i Eugene’a Aserinsky’ego
i w 1953 roku uznane za nowe stadium z szybkimi ruchami
gałek ocznych (REM, rapid eye movement) [8]. Badanie
tego stadium snu kontynuował William Dement, uczeń
Kleitmana. W 1957 roku zdefiniował on stadia i cykle snu
[9, 10]. Dziesięć lat później (1967 r.) Irwin Feinberg i wsp.
zaproponowali podział snu na cykle NREM-REM oraz stadia bardzo już podobne do stosowanych obecnie [11].
t Reguły wizualnej klasyfikacji
stadiów snu
Prawdziwym przełomem w badaniach nad snem człowieka było opracowanie przez międzynarodowy zespół
ekspertów amerykańskiego towarzystwa naukowego Association for the Psychophysiological Study of Sleep
(APSS) standardów klasyfikacji stadiów snu (scoring criteria). Efektem pracy zespołu było wydanie w 1968 roku
podręcznika A manual of standardized terminology, techniques and scoring system for sleep stages of human subjects [12]. Oprócz redaktorów wydania Allana Rechtschaffena i Anthony Kalesa (R&K) współautorami byli wyśmienici badacze snu: Ralph Berger, wymieniony już William
Dement, Allan Jacobson, Laverne Johnson, Michel Jouvet,
Lawrence Monroe, Ian Oswald, Howard Roffwarg, Bedrich
Roth i Richard Walter. Zawarte w podręczniku standardy
są przeznaczone do szczegółowej analizy wizualnej polisomnogramu zdrowych, dorosłych osób.
Podręcznik R&K był w pełni dostosowany do istniejącego w latach 60. XX wieku poziomu technicznego polisomnograficznej analizy i dokumentacji przebiegu snu.
Dlatego opracowanie i opublikowanie zawartych w nim
standardów klasyfikacji stadiów snu przyczyniło się do
znacznego rozwoju, odtąd już współczesnych, badań nad
snem człowieka. Dotychczas różni badacze stosowali własne kryteria, co jest przyczyną niejednolitych podziałów
snu na stadia.
t Reguły wizualnej klasyfikacji
stadiów snu — krytyczna ocena
Mimo wielkiego znaczenia reguł klasyfikacji stadiów
snu R&K [12], potwierdzonego na bardzo dużym materiale, były one często krytykowane [13, 14]. Wieloletnia praktyka badawcza wielu pracowni klinicznych na świecie
ukazała wiele utrudnień występujących w przypadku ich
konsekwentnego stosowania. Utrudnienia te są spowo-
58
dowane głównie znaczną ogólnikowością podanych kryteriów. Nie ułatwiają analizy snu następujące stosowane
sformułowania: „uwydatnienie” (prominence), występowanie „często, lecz nie zawsze” (frequently, but not always), „względnie podwyższony” (relatively elevated),
„względnie niskie” (relatively low) [12].
Przede wszystkim jednak w podręczniku R&K nie zdefiniowano wystarczająco dokładnie znamiennych parametrów polisomnogramu. Nie podano na przykład czasu
trwania czynności a w poszczególnych stadiach. Dla szybkich i wolnych ruchów gałek ocznych nie podano wartości amplitud i czasów ich trwania w zapisie elektrookulograficznym (EOG, electrooculography). Nie określono
amplitud wrzecion snu, zespołów K oraz fal a. Nie zdefiniowano bardzo ważnych pojęć — momentu zaśnięcia
i momentu przebudzenia [13, 14].
Niewystarczające wydaje się stosowanie jednego, centralnego odprowadzenia EEG (C3–A2 lub zamiennie
C4–A1) uzasadnione wyraźnym występowaniem tam wrzecion snu, fal d czy innych grafoelementów EEG [14]. Często powoduje to znaczne trudności z klasyfikacją czuwania, ponieważ czynność a występująca w tych odprowadzeniach jest niska. Dlatego często stosuje się dodatkowe
odprowadzenie potyliczne EEG (np. O1–A2), gdzie czynność a jest znacznie wyraźniejsza. Według tego podręcznika zresztą dopuszcza się wielokanałową rejestrację EEG.
Zaznaczono jedynie, że kryteria diagnostyczne dotyczą
odprowadzeń EEG C3–A2 (C4–A1) [12]. Takich niejasności i nieścisłości jest więcej. W założonej zapewne uniwersalności zastosowania standardów musiano uwzględnić naturalne rozrzuty parametrów polisomnogramu. Ale
nieścisłość i ogólnikowość kryteriów diagnostycznych
R&K spowodowała złe skutki — przyjmowanie przez badaczy różnych wartości parametrów polisomnogramu dla
poszczególnych stadiów. Wynikiem tego była ograniczona porównywalność analizy snu prowadzonej w różnych
pracowniach badawczych i klinikach na całym świecie.
Jak piszą sami autorzy podręcznika R&K, reguły w nim
przedstawione zawierają standardową terminologię i kryteria diagnostyczne, które stanowią konsensus między
grupami badaczy z wieloletnim doświadczeniem w klasyfikacji polisomnografów. Dotyczą one dorosłych pacjentów i nie zostały sztywno ustalone, ponieważ są osoby
lub nawet grupy osób, które mogą się „nie mieścić”
w podanych kryteriach. Podręcznik powinien być raczej
instrumentem do pracy niż nakazem [12].
t Modyfikacje reguł wizualnej
klasyfikacji stadiów
Wobec przedstawionych wyżej trudności, które rodzą
wątpliwości, wydawało się niemożliwym przewidywanie
wzrostu tempa, a zatem i wydajności, pracowni badań nad
snem jedynie na podstawie bardzo czasochłonnej analizy
wizualnej. Jest również ona kosztowna w sensie kadro-
www.sen.viamedica.pl
Tadeusz Pracki i wsp., Polisomnografia — reguły klasyfikacji stadiów snu
wym, ponieważ musi ją wykonywać zespół specjalistów
o bardzo wysokich kwalifikacjach. Dlatego jest zrozumiałe, że już od wielu lat próbuje się na świecie stosować
urządzenia elektroniczne, a obecnie systemy komputerowe dokonujące rejestracji, analizy, a także przechowywania zapisanych danych o przebiegu snu [15–19].
Rozwój automatycznych i komputerowych metod analizy polisomnografu pogłębiał problem niejednoznaczności kryteriów diagnostycznych sformułowanych w podręczniku R&K. Konieczne stało się opracowanie nowych
standardów klasyfikacji stadiów snu dostosowanych do
analizy komputerowej. Podejście informatyczne, stosowane w analizie komputerowej, wymaga zalgorytmizowania parametrów polisomnografu. Tego zadania podejmowało się wielu badaczy i zespołów. Znaczący wkład
w rozwój kompleksowej automatyzacji i komputeryzacji
badań nad snem ludzi wnieśli Jack R. Smith i wsp. [20–
–22], Joel Hasan [17], Laverne C. Johnson i wsp. [18, 19]
i inni [15, 23]. Zdefiniowali i zbadali znaczenie wielu istotnych parametrów polisomnograficznych. Znacznie poszerzyli wiedzę dotyczącą metod analizy przebiegu snu i jego
parametrów. Ich prace są wyśmienitym uzupełnieniem
podręcznika R&K. Również autorzy tej pracy podejmowali
skuteczny trud modyfikacji reguły klasyfikacji wizualnej
R&K dla potrzeb analizy komputerowej [24, 25].
t Nowe reguły klasyfikacji stadiów snu
W połowie kwietnia 2007 roku American Academy of
Sleep Medicine (AASM) opublikowała podręcznik The
AASM Manual for the Scoring of Sleep and Associated
Events: Rules, Terminology and Technical Specifications [26].
Przedstawiono w nim nowe standardy badań nad snem dostosowane do wymogów współczesnej, komputerowej i cyfrowej aparatury badawczej. Jak podkreślają sami autorzy,
podręcznik jest dużym konsensusem grup badaczy. Prezentowane w nim reguły są przeznaczone zarówno dla osób
dorosłych, jak i dla dzieci, z możliwością ich implementacji
do zastosowań klinicznych. Poniżej, w znacznym skrócie,
przedstawiono zaproponowane zmiany.
W podręczniku zastosowano nowy podział snu na stadia. Stadium REM nazwano „R”. Stadia S3 i S4 połączono
w jedno stadium — N3. Stanowi to wielką satysfakcję dla
autorów niniejszego artykułu, którzy już w 1993 roku proponowali połączenie tych stadiów w jedno [27]. Stadia
snu NREM S1, S2 oraz S3 w połączeniu z S4 nazwano
odpowiednio: N1, N2 i N3.
Określono sytuacje budzące wątpliwości przy analizie polisomnogramu składki. Jeśli w czasie trwania składki
występują 2 stadia, klasyfikuje się ją do stadium, które
zajmuje większą jej część.
SEN
Zaproponowano stosowanie odprowadzeń czołowych,
ponieważ w nich znacznie silniej występują fale wolne,
tak istotne dla klasyfikacji snu wolnofalowego. Dotychczas stosowane odprowadzenia C3–A2 (C4–A1) powodowały trudności pomiarowe fal wolnych. Do wykrywania
czynności a zaleca się odprowadzenia potyliczne, a dla
pozostałych fal — dodatkowo odprowadzenia centralne.
Można stosować odprowadzenia alternatywne. W rejestracji elektromiograficznej (EMG, electromyography) zalecono 3 odprowadzenia.
Zdefiniowano dokładnie fale EEG występujące we śnie
oraz w czuwaniu. Poszerzono zakresy częstotliwości niektórych fal, na przykład fal a (8–13 Hz), wrzecion snu
(11–16 Hz) oraz fal d (0,5–3 Hz).
Jednoznacznie zdefiniowano początek snu jako
pierwszą składkę różną od czuwania. Najczęściej będzie
to stadium N1 (dawniej S1). Ustalono, że zapis EEG jest
ważniejszy niż EOG i EMG.
Trudno nie zauważyć, że w nowym podręczniku [26]
uwzględniono większość krytycznych uwag dotyczących
podręcznika R&K [12] prezentowanych przez różnych
autorów [13, 14, 27].
Opisano także dodatkowe wymogi dotyczące klasyfikacji stadiów w różnego rodzaju zaburzeniach, takich jak:
bruksizm, zaburzenia stadium REM (R), zaburzenia oddychania podczas snu, bezdechy senne czy zespół Cheyne-Stokes’a.
Ponadto podano wymagania techniczne dotyczące
cyfrowej rejestracji przebiegu snu, parametrów wzmacniaczy oraz sposobu pomiaru rezystancji elektrod.
t Podsumowanie
Wydaje się, że reguły wizualnej klasyfikacji stadiów
snu człowieka zawarte w A manual of standardized terminology, techniques and scoring system for sleep stages
of human subjects [12] nieuchronnie przeszły do historii. Powodem tego są nowe reguły podane przez American Academy of Sleep Medicine (AASM) w publikacji The
AASM manual for the scoring of sleep and associated
events [26].
Chociaż AASM do ich stosowania zobowiązuje jedynie swoje pracownie badawcze, to wydaje się, że reguły
te zostaną wkrótce ogólnie zaakceptowane, ponieważ badacze, niemal od momentu opublikowania standardów
wizualnej klasyfikacji stadiów snu R&K, próbowali je dostosować dla analizy komputerowej. Teraz otrzymali nowe
reguły, które mogą się stać ogólnie przyjętym standardem
klasyfikacji stadiów snu, zarówno w analizie komputerowej, jak i wizualnej — standardem, na który badacze snu
czekali od dawna.
www.sen.viamedica.pl
59
SEN
2008, Tom 8, Nr 1
t Streszczenie
Polisomnografia — ocena stadiów
W tym roku mija 40 lat od wydania podręcznika wizualnej klasyfikacji stadiów snu — A manual of standardized terminology, techniques and scoring system for sleep stages of human subjects, wydanego pod redakcją Allana Rechtschaffena
i Anthony Kalesa. Przez wiele był on niepodważalną, klasyczną publikacją w badaniach nad snem człowieka. W niniejszej
pracy przedstawiono najważniejsze wydarzenia mające wpływ na powstanie tego podręcznika. Omówiono jego istotne zalety, ale także występujące w nim nieścisłości i niejednoznaczności. Zaprezentowano proponowane przez innych autorów
uzupełnienia i modyfikacje reguł klasyfikacji stadiów snu.
Przedstawiono także nowe, opublikowane w połowie kwietnia 2007 przez American Academy of Sleep Medicine (AASM),
reguły klasyfikacji przebiegu snu człowieka — The AASM manual for the scoring of sleep and associated events, już w pełni
dostosowane do analizy komputerowej.
Sen 2008, 8 (1), 57–60
Słowa kluczowe: sen, polisomnografia, EEG, klasyfikacja stadiów, Rechtschaffen, Kales
t Piśmiennictwo
1. Borbély A. Tajemnice snu. Wyd. 1. PWN, Warszawa 1990.
2. Kohlschütter E. Messungen der Festigkeit des Schlafes. Zeitschrift
rational Medizin 1862; 17: 209–253.
3. Piéron H. Le probleme physiologique du sommeil. Masson, Paris
1913.
4. Grass A.M. The electroencephalographic heritage until 1960. Grass
Instrument Company, Quincy 1984: 1–41.
5. Loomis A.L., Harvey E.N, Hobart G. Cerebral states during sleep
as studied by human brain potentials. J. Exp. Psychol. 1937; 21:
127–144.
6. Blake H., Gerard R.W. Brain potentials during sleep. Am. J. Physiol. 1937; 119: 692–703.
7. Blake H., Gerard R.W., Kleitman N. Factors influencing brain potentials during sleep. J. Neurophysiol. 1939; 2: 48–60.
8. Aserinsky E., Kleitman N. Regularly occurring periods of eye motility, and concomitant phenomena during sleep. Science 1953;
118: 273–274.
9. Dement W.C., Kleitman N. The relation of eye movements during
sleep to dream activity: an objective method for the study of dreaming. J. Exp. Psychol. 1957; 53: 89–97.
10. Dement W.C., Kleitman N. Cyclic variations in EEG during sleep
and their relation to eye movements, body motility and dreaming.
Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 1957; 9: 673–690.
11. Feinberg I., Koresko R., Heller N. EEG sleep patterns as a function
of normal and pathological aging in man. J. Psychiat. Res. 1967; 5:
107–144.
12. Rechtschaffen A., Kales A. (red). A manual of standardized terminology, techniques and scoring system for sleep stages of human
subjects. U.S. Government Printing Office, Washington 1968.
13. Kubicki S., Herrmann W.M., Holler L. Critical comments on the
rules by Rechtschaffen and Kales concerning the visual evaluation of EEG sleep records. W: Fischer H.G. (red.). EEG in drug
reserch. Stuttgart, New York 1982: 387–403.
14. Webb W.B. Recording methods and visual scoring criteria of sleep records: comments and recommendations. Percept. Mot. Skills
1986; 62: 664–666.
60
15. Stanus E.L., Lacroix B.P., Kerkhofs M., Mendlewicz L. Computeraided sleep staging in clinical environment. Neuropsychobiol.
1988; 20: 178–186.
16. Chang T.G., Smith J.R., Principe J.C. An expert system for multichannel sleep EEG/EOG signal analysis. ISA 1988; 88: 19–25.
17. Hasan J. Differentiation of normal and disturbed sleep by automatic analysis. Acta Physiol. Scand. Suppl. 1983; 526: 1–103.
18. Johnson L.C. Computers in sleep research. W: Chase M.H. (red.).
Perspectives in the brain Sciences. Brain Information Service U.C.
1, Los Angeles 1972: 277–321.
19. Johnson L.C. The EEG during sleep as viewed by a computer.
EEG Informatics. W: Remond A. (red.). A didactic reviev of methods and applications of EEG data procesing. Elsevier/North-Holland Biomedical Press, Amsterdam 1977: 385–406.
20. Smith J.R., Karacan I., Yang M. Automated analysis of the human
sleep EEG. Waking and Sleeping 1978; 2: 75–82.
21. Smith J.R., Karacan I., Yang M. Automated measurement of alpha, beta, sigma, and theta burst characteristics. Sleep 1979; 1:
435–443.
22. Smith J.R., Funke W.F., Yeo W.C., Ambuehel R.A. Detection of
human sleep EEG waveforms. Electroenceph. Clin. Neurophysiol.
1975; 38: 435–437.
23. Martin W.B., Johnson L.C., Viglione S.S., Naitoh P., Joseph R.D.,
Moses J.D. Pattern recognition of EEG-EOG as a technique for all-night sleep stage scoring. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 1972;
32: 417–427.
24. Pracki T., Zając J., Kowalski W. i wsp. SOMNOSCAN — system
ekspertowy analizy snu. Probl. Techn. Med. 1990; 21: 38–50.
25. Pracki T., Pracka D., Narębski J. Modification of diagnostics criteria of
human Sleep for computerized analysis of polysomnogram. Abstrakty, XIX Congress Polish Physiological Society, Toruń 1993: 32–37.
26. Iber C., Ancoli-Israel S., Chesson A.L., Quan S. The AASM manual for the scoring of sleep and associated events: rules, terminology and technical specifications. AASM, Westchester 2007.
27. Pracki T., Pracka D., Narębski J. Human sleep — a proposal to
link stage S3 and S4. Abstrakty, XIX Congress Polish Physiological Society, Toruń 1993: 436.
www.sen.viamedica.pl