Einleitung
Die unbehandelte obstruktive Schlafapnoe führt zu einem erhöhten systemischen oxidativen
Stress [1 ]
[2 ]
[3 ]
[4 ]
[5 ]
[6 ], dem in der Pathogenese kardiovaskulärer Folgeschäden eine wesentliche Rolle beigemessen
wird. Neben dem Schweregrad der Schlafapnoe wurde für den Sauerstoffdesaturationsindex
(ODI) die engste Korrelation mit oxidativem Stress gesehen [7 ]
[8 ]
In diesem Zusammenhang ist die nicht-invasive quantitative Bestimmung von Entzündungsmarkern
und Stoffwechselmetaboliten im Atemkondensat (EBC) für die Beurteilung von systemischen
Auswirkungen einer schweren Schlafapnoe von Interesse.
Neben 8-Isoprostan wird H2 O2 als ein wesentlicher Entzündungsmarker angesehen, der in den Atemwegen von neutrophilen
und eosinophilen Granulozyten, aber auch von Makrophagen und Epithelzellen freigesetzt
wird [9 ]
[10 ]. Bei jungen gesunden Nichtrauchern liegen die H2 O2 -Konzentrationen zwischen 0,0 und 0,9 µmol/l [9 ]. Demgegenüber sind nach Untersuchungen von Nowak et al. [11 ] die Werte von älteren gesunden Probanden sowie von Rauchern und Ex-Rauchern erhöht
[11 ].
Erhöhte H2 O2 -Werte im Atemkondensat können ein Hinweis auf vermehrten oxidativen Stress in den
Atemwegen sein. So wiesen Zhang et al. [12 ] für die unbehandelte obstruktive Schlafapnoe erhöhte Werte im Atemkondensat nach.
Daten zum Effekt einer CPAP-Therapie auf die H2 O2 -Werte liegen bislang nicht vor.
Wir überprüften bei Patienten mit schwerer Schlafapnoe und einem AHI ≥ 30 /h, ob unter
einer CPAP-Therapie mit Normalisierung des AHI Veränderungen der H2 O2 -Abgabe im Atemkondensat auftreten.
Methoden
Über einen Zeitraum von 4 Monaten wurde 2007 bei Patienten mit erstdiagnostizierter
obstruktiver Schlafapnoe (AHI ≥ 30 /h) im Anschluss an die Nativnacht, die 1. CPAP-Titrationsnacht
und nach 6-wöchiger CPAP-Therapie eine Atemkondensatsammlung zur H2 O2 -Messung durchgeführt. Eingeschlossen in die Auswertung wurden nur infektfreie Patienten,
die nach der 6-wöchigen CPAP-Therapie einen Rückgang des AHI auf ≤ 10 /h aufwiesen.
Alle Patienten wurden polysomnografisch mit dem Alice 3.5® System (Respironics, Murrysville, PA) untersucht. Folgende Parameter wurden aufgezeichnet:
EEG C4A1 und C3A2, submentale und prätibiale Elektromyografie, Electrooculografie,
EKG, Atembewegungen (thorakale und abdominelle Induktionsplethysmografie), Atemfluss
mit Druckflow-Monitor (Heinen und Löwenstein, Bad Ems, Germany) und mit einem oralen/nasalen
Thermistor (Respironics, Murrysville, PA), Schnarchereignisse (Alice® laryngeales Mikrophon und Backelektret Mikrophon Typ ME 2 /V 413, Peiker Inc.), Sauerstoffsättigung
mittels Fingerpulsoxymetrie (Fa. Novametrix® ). Der Luftfluss während der PSG unter CPAP and ASV wurde mit einem Druckflowmonitor
erfasst.
Die PSG’s wurden manuell ausgewertet. Schlafstadien- und Arousal-Analyse erfolgten
nach Rechtschaffen und Kales [12 ] und den Empfehlungen der American Sleep Disorders Association [13 ].
Eine zentrale Apnoe wurde definiert als ein Fehlen von Atemfluss für 10 s, assoziiert
mit dem Fehlen von Thorax- und Abdomenbewegungen, eine zentrale Hypopnoe als eine
Reduktion ≥ 50 % des Zugvolumens für ≥ 10 Sekunden ohne nachweisbare Atemflusslimitation.
Eine obstruktive Apnoe wurde definiert als ein Fehlen von Atemfluss für 10 s, trotz
nachweisbarer Atemanstrengung, eine obstruktive Hypopnoe als eine Reduktion des Atemflusses
≥ 50 % für 10 s, oder eine unter 50 % liegende Amplitudenreduktion mit entweder einer
Sauerstoffdesaturation von > 3 % oder einem Arousal. Der Apnoe/Hypopnoe Index (AHI)
war definiert als die gesamte Zahl der Apnoen und Hypopnoen, bezogen auf die gesamte
Schlafzeit und angegeben als Zahl der Ereignisse pro Stunde.
Die Einstellung auf die CPAP-Therapie erfolgte nach einem für das Schlaflabor standardisierten
Protokoll mit Titrationsnacht und anschließender 2. Nacht mit einer Festdruckeinstellung
[14 ]
[15 ].
Die Gewinnung von Atemkondensat wurde mittels Ecoscreen I (Fa. Viasys® ) durchgeführt. Die Ein- und Ausatmung erfolgte über eine Maske mit Atemventilen,
mit getrennter Ein- und Ausatmung. Zur Vermeidung einer Beimengung von Speichel atmeten
die Patienten gleichmäßig und ruhig. Die Sammlung der Ausatemluft erfolgte in einem
Kunststoffsammelgefäß, nachdem die Ausatemluft über einen Schlauch zu einem 10 cm
langen, mit Teflon beschichteten doppelwandigen und durch ein umgebendes Kühlsystem
bis auf – 20 °C abgekühltes Sammelrohr geleitet worden war. Das Atemkondensat wurde
entweder auf Eis gelagert und innerhalb 2 Stunden oder nach Tiefgefrieren (– 60 °C)
innerhalb einer Woche auf den H2 O2 -Gehalt untersucht.
Die H2 O2 -Messung erfolgte mit dem ECo-Check (Fa. FILT, Berlin), dessen Messverfahren auf einer
amperometrischen Messung mittels eines Enzymsensors nach einer Peroxidasereaktion
(H2 O2 → 2H + + O2 + 2e- ) beruht. Der Sensor ist hochspezifisch für H2 O2 mit einer um den Faktor 2 – 3 empfindlicheren Bestimmung als mittels Chemoluminiszenz
oder Fluoreszenzfotometrie. Der Messbereich liegt für H2 O2 im Bereich von 30 – 3000 nmol/l.
Zur Analyse wurden jeweils 300 µl EBC entnommen und mit 300 µl Pufferlösung verdünnt.
Die Proben und die Standardlösungen wurden luftblasenfrei mit einer 1-ml-Spritze in
die vorgesehenen Kammern eingebracht. Vor und nach jeder Messung erfolgte eine Spülung
des Systems mit einer Pufferlösung.
Statistische Analyse
Die Werte wurden als Mittelwerte ± Standardabweichung berechnet. Für das gesamte Untersuchungskollektiv
wurden die prä- und posttherapeutischen Werte von AHI, Arousal-Index, Schlafstadien,
ESS und H2 O2 auf Normalverteilung geprüft und mittels paarigem Student-t-Test verglichen. Signfikanz
wurde bei einem p < 0,05 festgesetzt.
Ergebnisse
23 Patienten (21 Männer und 2 Frauen) konnten konsekutiv in die Untersuchung eingeschlossen
werden. 2 Patienten wiesen nach 6 Wochen noch AHI-Werte > 10/h (16,7 bzw. 13,3/h)
auf, sodass sie von der Auswertung bezüglich des CPAP-Effektes auf den H2 O2 -Wert ausgeschlossen wurden, wenngleich sie ebenfalls einen deutlichen Rückgang des
H2 O2 -Wertes (1021 auf 392 und 576 auf 270 nmol/l) zeigten.
Das Alter der Patienten betrug im Mittel 51,3 ± 12,6 Jahre. Der BMI lag bei 34,6 ± 7,9 kg/m2 . Die Häufigkeit relevanter Erkrankungen und der Raucherstatus sind den [Tab. 1 ] und [Tab. 2 ] zu entnehmen.
Tab. 1
Komorbiditäten.
Gesamt: n (%)
KHK: n (%)
RR: n (%)
D. mellitus: n (%)
Keine: n (%)
21(100)
2 (9,5)
13 (61,9)
4 (19,0)
6 (28,6)
Tab. 2
Raucherstatus.
Gesamt: n (%)
Raucher: n (%)
Ex-Raucher: n (%)
Nie-Raucher: n (%)
21 (100)
6 (28,6)
8 (38,1)
7 (33,3)
Die relevanten schlafmedizinischen Daten der Patienten vor der Therapie, nach der
1. Therapienacht und nach 6 Wochen CPAP-Therapie sind in der [Tab. 3 ] aufgeführt. Die Patienten wiesen im Verlauf eine regelmäßige Nutzung der Geräte
von durchschnittlich 5,9 h/Nacht auf.
Tab. 3
ESS und Schlafdaten vor und unter Therapie.
ESS
AHI (n/h)
ARI (n/h)
ODI (n/h)
SaO2 (min)
Nativ
12,5 ± 4,7
67 ± 23
48 ± 21
54 ± 34
72,5 ± 17,9
1. CPAP
9 ± 18
16 ± 14
5 ± 12
89,6 ± 9,4
6 Wochen
6,5 ± 4,9
3 ± 3
12 ± 8
3 ± 4
93,3 ± 3,7
Die H2 O2 Werte wurden durch die CPAP-Therapie in der 1. Titrationsnacht, trotz signifikanter
Reduktion der AHI-Werte nicht gesenkt. Es zeigte sich ein gegenüber dem Ausgangswert
nahezu unveränderter H2 O2 -Wert. Demgegenüber bestand nach 6 Wochen eine signifikante Reduktion des H2 O2 -Wertes. ([Tab. 4 ] und [Abb.1 ])
Tab. 4
H2 O2 -Werte vor und unter Therapie.
H2 O2 – nativ (nmol/ml)
H2 O2 – Titration (nmol/ml)
H2 O2 – 6 Wochen (nmol/ml)
p
450 ± 163
480 ± 165
294 ± 110
< 0,001[# ]
# H2 O2 -nativ vs. H2 O2 -6 Wochen.
Abb. 1 H2 O2 -Werte: nativ, nach 1. CPAP-Nacht und nach 6 Wochen CPAP.
Ein Vergleich der Ausgangs-H2 O2 -Werte zwischen den Rauchern, Nicht-Rauchern und Ex-Rauchern zeigte keinen signifikanten
Unterschied. Demgegenüber konnte hinsichtlich der Absenkung des H2 O2 -Wertes in Abhängigkeit vom Raucherstatus ein signifikanter, wenn auch unter Berücksichtigung
der niedrigen Fallzahl in den Subgruppen vorsichtig zu interpretierender Unterschied
zwischen den Subgruppen gesehen werden ([Abb. 2 ]).
Abb. 2 H2 O2 -Reduktion (Mittelwerte) nach 6 Wochen CPAP-Therapie in Abhängigkeit vom Raucher-Status.
So profitierten insbesondere die Ex-Raucher von einer CPAP-Therapie mit signifikantem,
die Nie-Raucher mit einem deutlichen Absinken des H2 O2 -Wertes, während die Raucher im Mittel keine Veränderung erfuhren, allerdings mit
deutlichen individuellen Schwankungen.
Diskussion
Eine effektive 6-wöchige n-CPAP-Therapie mit Normalisierung des AHI führt bei einem
Patientenkollektiv mit schwerer obstruktiver schlafbezogener Atemstörung zu einer
signifikanten Reduktion der H2 O2 -Konzentration im Exhalat. Demgegenüber hat eine n-CPAP-Therapie nach einer Nacht,
trotz vergleichbarem Therapieeffekt auf den AHI, noch keine Auswirkung auf die H2 O2 -Konzentration. Weiterhin deuten die Ergebnisse darauf hin, dass es für Untersuchungen
zum oxidativen Stress bzw. einer Atemwegsinflammation bei obstruktiver Schlafapnoe
einer detaillierten Subgruppenbetrachtung, insbesondere unter Einschluss des Raucherstatus,
bedarf.
Im Exhalat von OSAS Patienten können sowohl inflammatorische Marker als auch Marker
für oxidativen Stress bestimmt werden.
Für den pH-Wert konnte gezeigt werden, dass er bei OSAS-Patienten vor Therapie niedriger
ist, mit dem AHI korreliert und unter der Therapie des OSAS ansteigt [1 ]
[16 ]
[17 ]. Demgegenüber ist LTB4 bei OSAS-Patienten erhöht und erfährt eine signifikante Reduktion
nach einer 3-monatigen CPAP-Therapie [18 ]. Weitere Parameter wie IL6 und TNFα [19 ] zeigten ebenfalls eine gute Korrelation zwischen EBC- und Serum-Konzentrationen.
Diese gleichsinnigen Veränderungen der Marker im Atemkondensat und Serum deuten darauf
hin, dass sich die Inflammation nicht nur auf die Atemwege beschränkt. Vielmehr ist
bei einer Erhöhung der Marker im Serum von einer zusätzlichen systemischen Inflammation
auszugehen, die unter einer effektiven n-CPAP-Therapie des OSAS reduziert wird.
Ähnliche Veränderungen sind für 8-Isoprostan als Marker für oxidativen Stress berichtet
worden [2 ]. So konnte eine positive Korrelation zwischen dem AHI, als Ausdruck des Schwergrads
der Schlafapnoe, und 8-Isoprostan im Exhalat sowie im Serum [1 ]
[3 ] aufgezeigt werden. Eine effektive CPAP-Therapie mit AHI Normalisierung hat einen
signifikanten Rückgang des 8-Isoprostangehalts im Exhalat zur Folge [3 ].
Vergleichbar dem 8-Isoprostan, ist H2 O2 ein Marker für eine Inflammation im Bronchialsystem und stellt zudem einen Marker
für systemischen oxidativen Stress dar. Zu H2 O2 als Marker für oxidativen Stress in den Atemwegen bei obstruktiver Schlafapnoe sind
bislang nur zwei Studien publiziert, in denen erhöhte Werte gemessen wurden [12 ]
[17 ]. Petrosyan et al. [17 ] konnten bei Patienten mit OSAS im Vergleich zu Gesunden neben erhöhten Werten für
8-Isoprostan und LTB4 auch erhöhte H2 O2 -Werte feststellen. Zhang et al. [12 ] fanden morgens nach einer Nacht mit obstruktiven Ereignissen höhere H2 O2 -Werte als am Abend zuvor. Ähnliche tageszeitliche Schwankungen konnten wir bei morgendlicher
und abendlicher Messungen von volatilen organischen Substanzen in der Ausatemluft
mittels Ionenmobilitätsspektrometrie aufzeigen [20 ]. Diese zirkadianen Veränderungen deuten darauf hin, dass nächtliche obstruktive
Ereignisse eine Inflammation induzieren und diese bei fortbestehenden Obstruktionen
im Nachtverlauf verstärken, sodass sie durch eine vermehrte Exhalation von volatilen
organischen Substanzen bzw. Markern für Inflammation und/oder oxidativen Stress gekennzeichnet
ist.
Die in der aktuellen Untersuchung in dieser Art bei obstruktiver Schlafapnoe erstmalig
nachgewiesene signifikante Senkung von H2 O2 im Exhalat deutet auf einen positiven Einfluss der n-CPAP-Therapie auf inflammatorische
Prozesse und oxidativen Stress in den Atemwegen, die durch die obstruktive Schlafapnoe
induziert werden. Da keine zusätzliche Bestimmung von H2 O2 bzw. eines anderen Markers für oxidativen Stress im Blut erfolgte, bleibt offen,
in welchem Kompartiment die Reduktion von Inflammation bzw. oxidativem Stress erfolgt
und ob die vor Einleitung der CPAP-Therapie bestehende Erhöhung der H2 O2 -Werte auch die mit anderen Markern nachgewiesene Erhöhung des endothelialen Stresses
widerspiegelt. So wird die Korrelation von H2 O2 im Blut und im Exhalat kontrovers diskutiert. Grabska-Kobyleck et al. [21 ] konnten bei unbehandelten OSAS-Patienten im Gegensatz zu einem erhöhten H2 O2 -Spiegel im Exhalat kein erhöhtes H2 O2 im Blut nachweisen. Deshalb schlussfolgern sie, dass im Blut zirkulierende polymorphkernige
Neutrophile (PMN) und Monozyten keine erhöhten Mengen von reaktiven Sauerstoffspeziens
(ROS) produzieren und somit nicht zum systemischen oxidativen Stress bei OSAS-Patienten
beitragen. Murri et al. [22 ] konnten hingegen unter CPAP-Therapie neben einem Anstieg von protektiven Markern
gegen oxidativen Stress und Progenitorzellen auch ein Absinken erhöhter Spiegel von
H2 O2 im Serum nachweisen. Wenn die Absenkung des H2 O2 -Wertes im Exhalat zunächst nur eine lokale Reduktion der Inflammation bzw. des oxidativen
Stresses widerspiegelt, dürfte in Analogie zu diesen Daten aus einer Reduktion der
H2 O2 -Konzentration im Exhalat auf einen positiven systemischen Effekt geschlossen werden.
Dieser Analogieschluss wird unterstützt durch weitere Untersuchungsergebnisse [3 ]
[8 ], die auch für weitere Marker, wie 8-Isoprostan, IL 6 und IL 10 eine Korrelation
zwischen EBC-Gehalt und Serumspiegel bestätigen.
Sofern die Senkung des erhöhten H2 O2 einem Rückgang inflammatorischer Prozesse in den Atemwegen entspricht, würde dies
einen Erklärungsansatz dafür bieten, dass eine CPAP-Therapie bei Patienten mit OSAS
und COPD zu einer deutlichen Prognoseverbesserung [23 ]
[24 ] führt, indem eine günstige Beeinflussung der bei COPD durch das OSAS aggravierten
Inflammation in den Atemwegen und damit deren systemischen Auswirkungen erfolgt.
Lungenfunktionelle Daten sind bei den Patienten der aktuellen Untersuchung nicht erhoben
worden, sodass keine Aussage zu einer möglicherweise vorliegenden COPD bei den Rauchern
und Ex-Rauchern gemacht werden kann. Ein vorliegender Atemwegsinfekt konnte bei den
Patienten als Ursache einer möglichen Erhöhung des H2 O2 -Wertes ausgeschlossen werden.
Die unterschiedlichen Befunde in den Subgruppen bedürfen einer differenzierten Betrachtung.
Zweifelsohne ist die geringe Fallzahl in den Subgruppen zu berücksichtigen. Die Absenkung
der H2 O2 -Werte in der Ex-Rauchergruppe erscheint eindeutig, der fehlende Rückgang bei den
Rauchern ebenfalls. Für die Nie-Raucher zeichnet sich zumindest ein positiver Trend
ab, aber mit deutlicher Streuung. Da für Raucher und Ex-Raucher wie für COPD-Patienten
erhöhte H2 O2 -Werte beschrieben sind [11 ]
[30 ], ist zumindest denkbar, dass bei Rauchern ein fortgesetzter Nikotinkonsum den CPAP-Effekt
auf lokale/systemische inflammatorische Prozesse bzw. oxidativen Stress partiell aufhebt.
Eine weitergehende Interpretation der erhobenen Daten ist spekulativ. Zumindest ist
aufgrund der erhobenen Subgruppendaten die generelle Aussage, dass systemischer oxidativer
Stress und letztlich auch eine lokale Inflammation bei OSAS grundsätzlich durch eine
CPAP-Therapie reduziert wird, eingeschränkt. Dies betrifft zunächst nur H2 O2 als validen Marker sowie seine Bestimmung im Exhalat. Da in den bisherigen Studien
keine entsprechende Subgruppenanalyse hinsichtlich des Raucherstatus und/oder dem
Vorliegen einer COPD erfolgt ist, existieren hierzu keine vergleichbaren Daten.
Da die obstruktive schlafbezogene Atemstörung einen Risikofaktor für und bei kardialen
Erkankungen darstellt und eine effektive CPAP-Therapie eine Prognoseverbesserung begleitender
kardialer Erkrankungen [25 ]
[26 ]
[27 ]
[28 ]
[29 ] bewirkt, stellt sich in diesem Zusammenhang die Frage, ob und inwieweit Biomarker
eine Möglichkeit darstellen, die Relevanz einer vorliegenden SAS zu erfassen und den
Effekt der CPAP-Therapie zu monitoren [19 ]. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass ein aus den Atemwegen gewonnener Marker
zwar einen Rückgang eines inflammatorischen Prozesses anzeigen mag, daraus aber nicht
zwingend zurückgeschlossen werden kann, in welchem Maße diese lokalen Veränderungen
im Einzelfall auch mit systemischen Effekten i. S. einer Morbiditäts- und Mortalitätsreduktion
einhergehen, auch wenn für genannte Marker entsprechende Korrelationen im Gesamtkollektiv
der untersuchten Patienten darauf hindeuten. Hier bedarf es der Bestimmung spezifischer
Marker, die derartige Rückschlüsse ermöglichen. Nach Untersuchungen von Foresi et
al. [31 ] könnte FENO ein derartiger Marker sein. Alveoläres FENO liefert mögliche Hinweise und Erklärungen zu kausalen Zusammenhängen in der Pathogenese
kardiovaskulärer Erkrankungen als Folge schlafbezogener Atemstörungen, ist bei OSAS
reduziert, insbesondere bei Patienten mit OSAS und Hypertonus, und erfährt durch eine
CPAP-Therapie einen signifikanten Anstieg.
Die erhobenen Daten zu H2 O2 als Marker im Exhalat von OSAS-Patienten mit zum Teil deutlichen individuellen Streuungen
zeigen insofern deutlich, dass weitere Untersuchungen in dieser Patientengruppe speziell
mit der Frage, welche systemischen und lokalen Effekte auf die Atemwege eine CPAP-Therapie
hat, eine klare Festlegung der Studienbedingungen erfordern. Dies betrifft zum einen
den Biomarker. Für diesen muss sichergestellt sein, für welches Kompartiment er Aussagen
zulässt, d. h. lokale Inflammation/lokaler oxidativer Stress in den Atemwegen oder
systemischer oxidativer Stress. Zum anderen bedarf es einer klaren Unterscheidung
von Subgruppen im Hinblick auf Begleiterkrankungen, speziell der COPD, aber auch kardialer
Erkrankungen und Diabetes mellitus, sowie auf den Raucherstatus und dies mit ausreichend
hoher Fallzahl. Dies wird unterstützt durch aktuelle Daten einer indischen Studie
[32 ], die neben einer Abhängigkeit der H2 O2 -Werte vom Raucherstatus sowie vom Vorliegen und der entzündlichen Aktivität einer
Atemwegs- und Lungenerkrankung (COPD, Asthma, interstitielle Lungenerkrankung, Pneumonie)
auch einen Rückgang erhöhter Werte unter Therapie aufzeigt.
Zusammenfassend führt eine effektive Therapie der obstruktiven Schlafapnoe mit Normalisierung
des AHI im Gesamtkollektiv zu einem signifikanten Rückgang von H2 O2 im Atemkondensat. Dies deutet darauf hin, dass signifikante Veränderungen von Markern
für Inflammation und oxidativen Stress unter effektiver CPAP-Therapie des OSAS im
Vergleich zur reinen AHI-Normalisierung auftreten und als ein Indikator für einen
prognostisch günstigen Effekt der CPAP-Therapie gewertet werden können. Unterschiedliche
Effekte in Abhängigkeit allein schon vom Raucherstatus zeigen jedoch auch, dass weitere
Untersuchungen, nicht nur im Hinblick auf geeignete und wenn möglich bettseitig sowie
zeitnah bestimmbare Marker, die zudem die Erfassung des individuellen Risikos ermöglichen,
sondern auch bezüglich von Subgruppen, wie Raucherstatus und Lungenerkrankungen, erforderlich
sind.
