Schwefelwasserstoffreize verkürzen im Schlaf- wie im Wachzustand die Ausatmung

Zusammenfassung

Hintergrund Im aufmerksamen Wachzustand verlängern angenehme Gerüche häufig die Einatmung, während unangenehme Gerüche häufig die Ausatmung verkürzen. Es soll überprüft werden, ob dieses induzierte Atemmuster auch im Schlaf erhalten bleibt.

Methodik 23 gesunde normosmische Erwachsene wurden für 1 Nacht polysomnografisch untersucht und dabei entweder mit H₂S, Phenylethylalkohol (PEA) oder CO₂ über ein Fluss-Olfaktometer randomisiert impulsartig gereizt. Anhand der standardmäßig erfassten Polysomnografie-Kurven erfolgte die Bestimmung der Schlafstadien (REM, NREM, pWach), der Dauer der Inspiration (DIN) und der Dauer der Exspiration (DEX). DIN und DEX wurden von 6 prästimulatorischen Atemzügen und vom Reizatemzug (RAZ) bestimmt. Daraus wurde der Reaktionsindex (RI) berechnet, der angibt, ob eine bedeutsame Änderung von DIN und/oder DEX vorliegt. Die verschiedenen RI wurden um die spontanen RI korrigiert und entsprechend der Reizart und den Schlafstadien analysiert.

Ergebnis Reaktionsindizes mit Verkürzungen von DEX waren bei einer H₂S-Reizung größer als spontane RI und RI bei einer PEA-Reizung. Bei einer CO₂-Reizung waren RI mit Verkürzungen von DIN und DEX größer als bei olfaktorischer Reizung. Alle RI waren in ihrer Ausprägung zwischen den Schlafstadien gleich. Im REM war der Unterschied der olfaktorischen RI mit verkürzten DEX zwischen einer H₂S- und PEA-Reizung am größten.

Schlussfolgerung Bei Reizung mit einem unangenehmen Geruch im Schlaf bleibt das respiratorische Reaktionsmuster aus dem Wachzustand erhalten. RI mit verkürzten DEX können als unvollkommene Arousals angesehen werden.

Abstract

Background In the attentive waking state, pleasant odours often prolong inhalation while unpleasant odours often shorten the exhalation. It should be checked whether this induced breathing pattern is maintained even during sleep.

Methodology 23 healthy normosmic adults were examined by polysomnography for one night and randomized pulsed either with H₂S, phenylethyl alcohol (PEA) or CO₂ via a flow olfactometer. The determination of the sleep stages was based on the standard polysomnography curves. From the breathing curves (respiratory nasal pressure breathing, thoracic or abdominal belt breathing) a low-artefact curve was selected and seven breaths were measured from their breathing signal around the trigger impulse. The duration of inspiration (DIN) and the duration of the expiration (DEX) were determined from the six prestimulatory breaths and from breath with the stimulus onset and thus defined a reaction index (RI) indicating whether there is a significant change in shortening or prolonging DIN and/or DEX. These different RI were corrected by the spontaneous baseline RI and analysed according to the type of stimulus and the sleep stages.

Results Reaction indices with reductions of DEX were larger than spontaneous RI and RI for PEA and H₂S stimulation. In the case of CO₂ irritation, RI with reductions of DIN and DEX were larger than with olfactory stimulation. All RI were equal in their amount between sleep stages. In REM, the difference between olfactory RI with shortened DEX between H₂S and PEA stimulation was greatest.

Conclusion When stimulated with an unpleasant smell in sleep, the respiratory reaction pattern from the awake state is preserved. RI with shortened DEX can be considered as an imperfect arousal.

Schlüsselwörter

Riechen - Schlaf - Atmung - olfaktorische Reizung - trigeminale Reizung - H₂S - CO₂ - Phenylethylalkohol (PEA)

Key words

olfaction - sleep - breathing - chemosensory stimulation

Publication History

Received: 31 December 2019

Accepted: 13 April 2020

Article published online:
29 April 2020

• Literatur

• 1 Carskadon MA, Herz RS. Minimal olfactory perception during sleep: why odor alarms will not work for humans. Sleep 2004; 27: 402-405
• 2 Grupp K, Maurer JT, Hörmann K. et al Chemosensory induced arousals during sleep in premenopausal women. Neuroscience letters 2008; 444: 22-26 . doi:10.1016/j.neulet.2008.08.018
• 3 Stuck BA, Grupp K, Frey S. et al. Chemosensorisch induzierte Arousals im Schlaf–eine erweiterte Studie. Somnologie-Schlafforschung und Schlafmedizin 2008; 12: 212-218
• 4 Stuck BA, Stieber K, Frey S. et al. Arousal responses to olfactory or trigeminal stimulation during sleep. Sleep 2007; 30: 506-510
• 5 Badia P, Wesensten N, Lammers W. et al. Responsiveness to olfactory stimuli presented in sleep. Physiology & behavior 1990; 48: 87-90
• 6 Stuck BA, Weitz H, Hörmann K. et al. Chemosensory event-related potentials during sleep—a pilot study. Neuroscience letters 2006; 406: 222-226
• 7 Arzi A, Shedlesky L, Ben-Shaul M. et al Humans can learn new information during sleep. Nature neuroscience 2012; 15: 1460-1465 . doi:10.1038/nn.3193
• 8 Arzi A, Holtzman Y, Samnon P. et al Olfactory aversive conditioning during sleep reduces cigarette-smoking behavior. The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience 2014; 34: 15382-15393 . doi:10.1523/JNEUROSCI.2291-14.2014
• 9 Rasch B, Büchel C, Gais S. et al Odor cues during slow-wave sleep prompt declarative memory consolidation. Science 2007; 315: 1426-1429 . doi:10.1126/science.1138581
• 10 Schredl M, Hoffmann L, Sommer JU. et al Olfactory stimulation during sleep can reactivate odor-associated images. Chem Percept 2014; 7: 140-146 . doi:10.1007/s12078-014-9173-4
• 11 Arzi A, Sela L, Green A. et al The influence of odorants on respiratory patterns in sleep. Chem Senses 2010; 35: 31-40 . doi:10.1093/chemse/bjp079
• 12 Gudziol H, Wajnert B, Forster G. Wie verändern angenehme und unangenehme Gerüche die Atmung?. Laryngo- rhino- otologie 2006; 85: 567-572
• 13 Hummel T, Kobal G, Gudziol H. et al Normative data for the “Sniffin’ Sticks” including tests of odor identification, odor discrimination, and olfactory thresholds: an upgrade based on a group of more than 3,000 subjects. Eur Arch Otorhinolaryngol 2007; 264: 237-243 . doi:10.1007/s00405-006-0173-0
• 14 Johns MW. A new method for measuring daytime sleepiness: The Epworth sleepiness scale. Sleep 1991; 14: 540-545 . doi:10.1093/sleep/14.6.540
• 15 Iber C, Iber C. The AASM manual for the scoring of sleep and associated events: rules, terminology and technical specifications. Westchester, IL: American Academy of Sleep Medicine; 2007
• 16 Quaas T. Chemosensorische Beeinflussung der Atmung während des Schlafes bei jungen Normosmikern. Jena: Friedrich-Schiller-Universität; 2020: 108
• 17 Iber C, Ancoli-Israel S, Chesson A. et al. The AASM manual for the scoring of sleep and associated events: rules, terminology and technical specifications. Westchester, IL: American Academy of Sleep Medicine; 2007
• 18 Kobal G. Elektrophysiologische Untersuchungen des menschlichen Geruchsinnes. Stuttgart: Thieme-Verlag; 1981
• 19 Cohen J. A power primer. Psychological bulletin 1992; 112: 155
• 20 Gottfried JA. Central mechanisms of odour object perception. Nat Rev Neurosci 2010; 11: 628-641
• 21 Stuck BA. Chemosensorische Reizverarbeitung im Schlaf. Hno 2010; 58: 564-568 . doi:10.1007/s00106-009-2071-4
• 22 Perl O, Arzi A, Hairston IS. et al. Olfaction and sleep. In: Buettner A. Hrsg Handbook of Odor. Dordrecht Heidelberg London New York: Springer; 2017: 861-880
• 23 Gudziol H, Stark D, Lehnich H. et al Hyposmiker haben weniger evozierte respiratorische Orientierungsreaktionen als Normosmiker. Laryngorhinootologie 2010; 89: 477-482 . doi:10.1055/s-0030-1253372
• 24 Rosenbusch J. Der Einfluss langer Schwefelwasserstoffreize auf die Atmung von Normalpersonen [dissertation]. Jena: Friedrich Schiller Universität; 2007: 114
• 25 Walker JC, Kendal-Reed M, Hall SB. et al. Human responses to propionic acid. II. Quantification of breathing responses and their relationship to perception. Chem Senses 2001; 26: 351-358
• 26 Arzi A, Rozenkrantz L, Holtzman Y. et al Sniffing patterns uncover implicit memory for undetected odors. Current biology: CB 2014; 24: R263-264 . doi:10.1016/j.cub.2014.02.004
• 27 Johnson BN, Mainland JD, Sobel N. Rapid olfactory processing implicates subcortical control of an olfactomotor system. Journal of neurophysiology 2003; 90: 1084-1094
• 28 Frank RA, Gesteland RC, Bailie J. et al. Characterization of the sniff magnitude test. Archives of otolaryngology--head & neck surgery 2006; 132: 532-536
• 29 Frank RA, Dulay MF, Niergarth KA. et al. A comparison of the sniff magnitude test and the University of Pennsylvania Smell Identification Test in children and nonnative English speakers. Physiology & behavior 2004; 81: 475-480
• 30 Frank RA, Dulay MF, Gesteland RC. Assessment of the sniff magnitude test as a clinical test of olfactory function. Physiology & behavior 2003; 78: 195-204 . doi:http://dx.doi.org/10.1016/S0031-9384(02)00965-4
• 31 Reden J, Draf C, Frank RA. et al. Comparison of clinical tests of olfactory function. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology 2015;
• 32 Barnes DC, Chapuis J, Chaudhury D. et al. Odor fear conditioning modifies piriform cortex local field potentials both during conditioning and during post-conditioning sleep. PloS one 2011; 6: e18130
• 33 Heiser C, Baja J, Lenz F. et al Effects of an artificial smoke on arousals during human sleep. Chem Percept 2012; 5: 274-279 . doi:10.1007/s12078-012-9131-y