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3  Polysomnographie als standardisierte Untersuchungsmethode

3.1 Historische Entwicklung der polysomnographischen Diagnostik bei Kindern

Die erfolgreiche Aufzucht und Betreuung von Frühgeborenen verlaufen parallel mit der Entwicklung leistungsfähiger Überwachungstechnik. Problematisch bleiben bei technisiertem Monitoring in der Pädiatrie häufige Fehlalarme, die einen erhofften Fortschritt, wie früheres Erkennen lebensbedrohlicher Situationen oder gar Einsparung medizinischen Personals, letztendlich wieder relativieren. Ein Ausweg aus der unbefriedigenden Situation bot sich bereits vor ca. 20 Jahren mit der Einführung simultaner Überwachung mehrerer Vitalparameter, wie beispielsweise Atembewegung (Impedanzrheographie - Syn.: Thoraximpedanz), Herztätigkeit (EKG) und nichtinvasive Sauerstoffmeßverfahren (transkutaner Sauerstoffpartialdruck – tcpO2, Pulsoximetrie – SaO2) an. Die sich rasch durchsetzende Praxis der gleichzeitigen Überwachung vieler Biosignale in der Neonatologie kann de facto als Geburtsstunde der späteren Polysomnographie gewertet werden. Bis zur Anwendung eines praktikablen, modernen und kompletten Polysomnographiesystems für Kinder, einer simultanen Aufzeichnung mindestens folgender Lebensparameter während des physiologischen Schlafes, wie EKG, EEG, Atemflow, Atemeffort, Pulsoximetrie und EMG, mußten in der Entwicklung zahlreiche Vorstufen durchlaufen werden.

Paky und Pollak (1994) beschreiben Oxy – Kardio – Respirographiesysteme und Pneumographiekonfigurationen die als Vorläufer der heutigen Polysomnographiesysteme gelten können (Tabelle 1). Sie stellten in der Überwachung bedrohter Säuglinge einen entscheidenden Fortschritt dar, boten jedoch gleichzeitig eine Reihe von Unzulänglichkeiten:

Tabelle 1: Verschiedene Typen von Pneumographien

 

 

Instrumentarium / Parameter

Typ

registriertes Phänomen

kard. respir

Monitoring

Therm.

Pulsoximeter

 

 

HF

Atmung

Kapno.

tc. Oximetrie

PG 2

cA

pA

 

HF

Ath

   

PG 3

cA

pA

 

HF

Ath

 

ptcO2

 

PG 4

cA

pA

oA

HF

Ath

Anf

StcO2

 

PG 5

cA

pA

oA

HF

Ath

Anf

StcO2

PWA

PSG

cA

pA

oA

HF

Ath

Anf

StcO2

PWA

 

pUAO

   

Aabd

Aof

ptcO2

 
 

Diaphragma-

bewegung

       
 

Arousal

       

Legende: PG 2 – 5 = 2 – 5 – Kanal – Polygraphie, PSG = Polysomnographie incl. EEG, EOG, EMG
kard. respir. Monitoring = kardio – respiratorisches Monitoring, Therm. = Thermistor, Kapno. = exspiratorische CO2 – Messung, tc = transkutan
cA = zentrale Apnoe, pA = periodische Atmung, oA = obstruktive Apnoe, pUAO = partial upper airway obstruction
Ath = Atmung (Thoraximpedanz), Aabd = Atmung abdominell, Anf = Atmung (nasal Flow), Aof = Atmung (oraler Flow), StcO2 = Sauerstoffsättigung, PtcO2 = Sauerstoffpartialdruck, pwa = pulse wave amplitude


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3.2  Standardisierung der Polysomnographie

Die Arbeitsgruppe Pädiatrie der Deutschen Gesellschaft für Schlafforschung und Schlafmedizin (DGSM) hat 1997/98 Standardisierungsempfehlungen zur Durchführung einer Polysomnographie bei Säuglingen und älteren Kindern erarbeitet. Folgende Einzelempfehlungen werden in weiteren Abschnitten, unter besonderer Berücksichtigung zutreffender Kautelen für das Säuglingsalter, detailliert erläutert (Wiater 1997, Niewerth 1999):

  1. Der Schlafraum, in dem sich ein Kind zur Polysomnographie befindet, sollte getrennt sein von dem Raum, in dem die Überwachung und Aufzeichnung der abgeleiteten Parameter erfolgt. Bei Frühgeborenen, Neugeborenen und Säuglingen kann unter adäquaten Umgebungsbedingungen auf eine räumliche Trennung verzichtet werden.
  2. Polysomnographische Untersuchungen sollten während des gesamten Nachtschlafes erfolgen, einschließlich der Aufzeichnung der Fütterungszeiten. Bei Säuglingen bis zum Alter von 3 Monaten können auch Tagableitungen im Schlaf aussagekräftig sein, wenn zumindest zwei komplette REM- und NREM-Phasen aufgezeichnet werden. In Zweifelsfällen ist die Durchführung einer Nachtableitung erforderlich.
  3. Wegen eines möglichen first – nigth – Effektes ist im Rahmen der Erst – Diagnostik bei Kindern ab 3 Jahren ggf. eine Untersuchung in der nachfolgenden Nacht indiziert.
  4. Die EEG – Ableitung gilt als obligate Untersuchung im Rahmen der Polysomnographie. Es sollen die Ableitungen C3 / A2 und C4 / A1 erfolgen. Optional können occipitale und frontale Ableitungen ergänzt werden.
  5. Das EOG gilt als obligater Parameter im Rahmen der Polysomnographie. Nur bei Säuglingen kann, je nach zugrundegelegter Schlafstadienklassifizierung, auf die EOG – Ableitung im Einzelfall verzichtet werden. Die EOG – Ableitung erfolgt mit 2 Elektroden lateral der seitlichen Augenwinkel gegen eine Referenzelektrode (z.B. A1).
  6. Das submentale EMG gilt als obligater Parameter. Je nach zugrundegelegter Schlafstadienklassifizierung kann im Einzelfall auf die Ableitung verzichtet werden. Zwei Elektroden werden gegenüberliegend unter dem Kinn plaziert.
  7. Das EKG gilt als obligate Untersuchung im Rahmen der Polysomnographie. Eine einkanalige Ableitung ist ausreichend.
  8. Die Registrierung des oronasalen Luftstromes ist obligat im Rahmen der Polysomnographie.
  9. Die Aufzeichnung der Atemexkursion ist obligat im Rahmen der Polysomnographie. Die getrennte Aufzeichnung von Brust- und Bauchatmungsexkursion muß möglich sein. Es sollten Meßverfahren zum Einsatz kommen, die eine (semi-)quantitative Beurteilung des Atemzeitvolumens zulassen (z.B. Induktionsplethysmographie). Dies ist insbesondere wichtig im Hinblick auf die fakultativ durchzuführenden Funktionstests (z.B. CO2-Antwort-Test).
  10. Die Registrierung der Sauerstoffsättigung (SaO2, Pulsoximetrie) ist obligat im Rahmen der Polysomnographie. Das Pulssignal muß aufgezeichnet werden, um Artefakte erkennen zu können. Die Angabe der SaO2 sollte im beat – to – beat – Modus erfolgen.
  11. Die pCO2 – Bestimmung gilt als obligate Untersuchung im Schlaflabor. Zur Anwendung kommen TcpCO2- und ETCO2 – Meßgeräte.
  12. TcpO2 gilt als fakultativer Parameter im Rahmen der Polysomnographie.
  13. Die Dokumentation der Körperlage und Bewegung des Patienten ist obligat im Rahmen der Polysomnographie.
  14. Der Einsatz eines Schnarchgeräuschmikrofons gilt als fakultativ im Rahmen der Polysomnographie.
    Weitere Parameter wie Temperatur, Ösophagus-pH-Metrie, Ösophagusdruck, nichtinvasiver Blutdruck, Evaporimeter, Hautdurchblutung, sympathische Hautaktivität, Zwerchfellmyographie gelten als fakultativ abzuleitende Parameter.


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Nicht in jedem Untersuchungsfall ist die komplette Konfiguration der polysomnographischen Möglichkeit sinnvoll und notwendig. Im Rahmen präventiver Polysomnographien an Säuglingen zur Vorbeugung des Plötzlichen Säuglingstodes sind jedoch Mindestforderungen zu erfüllen. Eine Reduktion der Ableitparameter auf ein finanziell leicht erschwingliches Maß birgt die Gefahr von Fehlinterpretation, Auffälligkeiten mit Tragweite können übersehen werden. Nachfolgende inhaltliche Anforderungen an die durchzuführende Polysomnographie im Rahmen der SID – Prävention könnten als Mindestvariante gelten.

3.3 Indikationsliste für Polysomnographie bei Kindern

Die Arbeitsgemeinschaft Pädiatrie der Deutschen Gesellschaft für Schlafforschung und Schlafmedizin hat als Empfehlung für eine Polysomnographie im Kindesalter folgende Indikationsliste erarbeitet. Der Prävention des Plötzlichen Säuglingstodes wird dabei eine gesonderte Rolle zugeordnet (Wiater 1997).

  1. Erkrankungen der Atemwege
    hyperplastische Tonsillen, adenoide Vegetationen
    chronische, therapieresistente Infektionen der oberen oder unteren Atemwege
    Atembehinderungen während des Schlafes
    obstruktive Atemwegserkrankungen
    Aspirationssyndrom
    Fehlbildungen (z.B. Zwerchfelldefekte)
  2. Erkrankungen des Herz- Kreislaufsystems
    kongenitale Herzfehler
    tachykarde oder bradykarde Herzrhythmusstörungen
    Kardiomyopathien
  3. Nervensystem und Psyche
    schlafbezogene Epilepsien
    Dyssomnien, Parasomnien
    neuromuskuläre, neurovegetative Störungen
    Enuresis nocturna
    posttraumatische Störungen
    allgemeine Verhaltensstörungen unklarer Genese
  4. Gastroenterologische- und Stoffwechselerkrankungen
    Gastroösophageale Refluxkrankheit
    Fehlbildungen des Magen – Darm – Traktes
    connatale Stoffwechselstörungen mit gestörtem Schlaf – Wach – Rhythmus
    endokrinologische Erkrankungen; Nebenwirkungen von Medikamenten (z.B. kombinierte PSG mit STH – Nachtprofil bei V.a. Kleinwuchs) (Baum 1996, 1997)
  5. SID – Prophylaxe
    ehemalige Frühgeborene ab rechnerisch etwa 44. SSW
    Risikoneugeborene (Anwendung verschiedener Risikofragebögen)
  6. Kiefer – Mund – Gesichtschirurgische Erkrankungen
    connatale Fehlbildungen (z.B. Pierre – Robin – Sequenzen, Z.n. operativer Korrektur von Spaltbildungen u.a.)
    Traumafolgen mit Wachstumshemmungen oder Verschiebungen der Skelettmuskulatur
    Dysgnathien
    Z.n. Osteomyelitis
  7. Myopathien
  8. genetische Erkrankungen mit schlafbezogenen Störungen


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3.4  Räumliche Voraussetzungen

Eine komplette polysomnographische Diagnostik geht über eine 24 – Stunden – Überwachung auf Frühgeborenen- oder Intensivstationen hinaus. Mit der Schaffung einer dem häuslichen Milieu angepaßten Umgebung soll es gelingen, während des physiologischen Schlafes, d.h. also während eines nicht medikamentös – induzierten Schlafes, mehrere Vitalparameter simultan aufzuzeichnen. Der Untersuchungsraum sollte deshalb folgende

Mindestbedingungen erfüllen (Penzel 1993, Penzel et al 1998, Thoman et al 1995, Trowitzsch 1998):

Gelagert wird der zu untersuchende Säugling sinnvollerweise in einem Säuglingsbett, welches entsprechend kindgerecht ausgestattet sein sollte (z.B. mit „Himmel“, Spieluhr als Einschlafhilfe, Seitenwandpolsterung u.ä.). In besonders „komplizierten“ Fällen wurden Polysomnographien bereits auch erfolgreich in einem „Babywipper“ abgeleitet.

3.5 Gerätetechnische Voraussetzungen

Mit der Bereitstellung von Computersystemen, die Rückgriffsmöglichkeiten besitzen, werden kontinuierliche Papierpolygraphien schrittweise abgelöst (Peter 1995). Zur Speicherung und Archivierung bieten sich Personalcomputer mit ausreichender Festplattenkapazität (pro Ableitung und Kind mindestens 15 Megabyte) und mit optischen, magnetooptischen oder digitalen Speichermedien an.

Vor dem Start einer Aufzeichnung muß eine Eichung der einzelnen Signale möglich sein. Die individuelle Konfigurationsmöglichkeit einer Akquisition ist genauso zu fordern, wie eine individuelle Wahl von Alarmgrenzen bei der automatischen Registrierung von Atmungsstörungen (Biernacka 1993).

Bei der Wahl des zu verwendenden Bildschirmes sollte nicht gespart werden: Super – VGA, Farbdarstellung, flimmerfrei, Mindestgröße 17“ sind Minimalforderungen. Bei der Aufstellung ist auf Augenhöhe zu achten.

Bei einer automatischen Schlafstadienanalyse im Kindesalter erfolgt bei Säuglingen die Auswertung in der Regel nach Kriterien von Anders, Emde und Parmelee, bei größeren Kindern nach den Kriterien von Rechtschaffen und Kales (Anders et al 1971, Rechtschaffen, Kales 1968). Bei Geräten die vorrangig zur Untersuchung an Kindern eingesetzt werden sollen, sind beide Auswertungsmodi zu fordern.

Der Signalaufnehmer im Schlafraum muß mehrere parallele Schnittstellen besitzen, um evtl. zusätzlichen Untersuchungsgeräten (z.B. Kapnometer, Pulsoximeter, pH – Metriemeßgerät u.a.) Eingang in den Zentralrechner, d.h. in die aktuelle Akquisition, zu verschaffen.


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Die Software des Aufzeichnungscomputers sollte sowohl eine automatische wie auch eine manuelle Validierung sämtlicher Parameter wie Respirationsereignisse, kardiale Ereignisse oder Schlafdaten selbst, ermöglichen. Ein zusammenfassendes Ergebnis liegt in Form eines Papierausdruckes vor, das Angebot eines Textverarbeitungsprogrammes durch die Software wirkt besonders zeitsparend.

Bei der Neueinrichtung eines Schlaflabores ist die Berücksichtigung einer Netzvariante mit Zugang zum Internet zu empfehlen. Ein Einplatz – System birgt den Nachteil, daß entweder nur untersucht oder nur ausgewertet werden kann, dies bedeutet Zeitverlust.

Die Option des Internet ermöglicht die Auswertung der aktuellen Polysomnographie zu jeder Tageszeit an jedem beliebigen Arbeitsplatz des Arztes, der computerisiert ist (auch zu Hause!). Gleichzeitig werden für eine kooperative Zusammenarbeit mit anderen Schlaflaboren die Voraussetzungen erfüllt.

Abbildung 1: Beispiel der räumlichen Anordnung einer Netzversion eines 2 – Platz – Schlaflabores mit Blockschaltbild der Geräteanordnung für pädiatrische Polysomnographien

3.6 Obligate Untersuchungsparameter

Die Arbeitsgemeinschaft Pädiatrie der Deutschen Gesellschaft für Schlafforschung und Schlafmedizin (DGSM) hat im Rahmen einer Standardisierung und in Auswertung der Erfahrungen zahlreicher pädiatrischer Schlaflabore Deutschlands, 1997 Kriterien hinsichtlich [Seite 15↓]obligater und fakultativer Parameter im Rahmen der Polysomnographie bei Kindern formuliert (Wiater 1997). Folgende im Einzelnen zu erläuternde Parameter sind obligatorisch abzuleiten:

3.6.1 Elektroenzephalogramm (EEG)

Nervenzellen kommunizieren untereinander durch elektrische und neurochemische Signale. Das Elektroenzephalogramm (EEG) erfaßt die kortikale elektrische Aktivität, die durch Summation postsynaptischer Potentiale entsteht. Die Fortleitung elektrischer Impulse entlang der Axone und Dendriten von Nervenzellen wird über Aktionspotentiale realisiert. Dazu werden in den synaptischen Spalt Transmitter ausgeschüttet. Diese wiederum lösen inhibitorische und excitatorische postsynaptische Potentiale aus (IPSP und EPSP), deren Dauer um den Faktor 10 bis 100 über der von Aktionspotentialen liegt.

Abbildung 2: Die Synchronizität an der Hirnoberfläche ableitbarer Potentialschwankungen wird besonders im Thalamus generiert, der seinerseits wieder Einflüssen tieferliegender Hirnstrukturen, vornehmlich der Formatio reticularis, unterliegt (Pollmächer 1997)

Diese postsynaptischen Potentiale stellen die Basis des an der Hirnoberfläche bzw. an der Kopfhaut meßbaren Elektroenzephalogramms (EEG), dar. Da bereits geringste Änderungen des zentralnervösen Aktivitätsniveaus zu meßbaren EEG – Veränderungen führen, kann mit Hilfe des Elektroenzephalogrammes über Schlaf- oder Wachzustand der Untersuchungsperson geurteilt werden. Neben Veränderungen der dominierenden Aktivität im EEG zeigen sich in Abhängigkeit von der Vigilanzlage bestimmte transiente EEG – Muster.

Die für die Ableitung von Schlaf – EEG´s wichtigsten Muster sind:


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Das EEG ist neben der Messung des EOG und des submentalen EMG die entscheidende Grundlage zur Klassifizierung der Vigilanzlage, d.h. der Schlafstadien (Höller 1997).

Für die Schlafstadienanalyse bei Säuglingen fordert die AG Pädiatrie der DGSM die Ableitungen C3 / A2 und C4 / A1. Optional können occipitale und frontale Ableitungen ergänzt werden.

Abbildung 3: Positionierung der obligaten EEG – Elektroden bei Kindern im Rahmen polysomnographischer Untersuchungen

Zu beachten ist, daß die partiellen EEG – Ableitungen der PSG die komplette enzephalographische Diagnostik beim Verdacht auf zentralnervöse Erkrankungen, wie beispielsweise Encephalitis, Epilepsie oder Intoxikation, nicht ersetzen können.

In der Schlaflabordiagnostik des Kindesalters gibt es hinsichtlich der Schlafbewertung noch kein einheitliches Vorgehen. Zur Schlafstadienanalyse im Säuglingsalter wird bei automatischen Auswertesystemen die derzeit auf dem Markt sind, hauptsächlich auf die Einteilung nach Anders und Parmelee zurückgegriffen: aktiver (active) und ruhiger (quiet) Schlaf (Parmelee 1968, Anders et al 1995). Uneinheitlich sind auch noch die Meinungen, welche Parameter für die o.g. Unterteilung zu fordern sind.


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Tabelle 2: Einteilung der Schlafstadien nach Anders, Emde und Parmelee

active sleep

quiet sleep

Augen geschlossen, rasche, unkoordinierte Augenbewegungen

Augen geschlossen, keine raschen Augenbewegungen

Ungleichmäßige, rasche Atmung

gleichmäßige, ruhige Atmung

größere Herzfrequenzvariabilität

nur niedrige Herzfrequenzvariabilität

EEG: Theta- oder Theta-Delta-Rhythmen, keine Spindeln, niedrige Amplitude

EEG: hohe Amplitude, Spindeln, Theta-und Delta- oder nur Deltaaktivität

aktive, phasische Bewegungen

geringe Motorik, bei Säuglingen evtl. rhythmisches Nuckeln

Die Stadieneinteilung nach Anders et. al. wurde in letzter Zeit üblicherweise noch durch das Stadium „indeterminate“ (nicht eindeutig dem active- oder quiet- sleep Stadium zu zuordnen = Übergangsstadium) erweitert (Anders et al 1995).

Es kann davon ausgegangen werden, daß gerade die nicht seltenen Übergangsstadien für eine genaue Beurteilung des Schlafverhaltens von entscheidender Bedeutung sein können. Um einerseits dieser Tatsache Rechnung zu tragen, andererseits die Altersdynamik des kindlichen EEG nicht zum Hemmnis einer Polysomnographie – Beurteilung zu machen, schlagen Scholle et. al. ein neues Schlafstadienkonzept vor: REM – Schlaf, Leichtschlaf. Tiefschlaf (Scholle 1996).

Tabelle 3: Konzept der Schlafstadienbewertung nach Scholle et. al.

Stadium

Charakteristik

REM

motorische Aktivität, Atmung unregelmäßig, Herzfrequenzfluktuation

Leichtschlaf

 

Tiefschlaf

Atmung und Herzfrequenz regelmäßig

Erfolgt neben EEG und Elektromyogramm auch eine Registrierung des Elektrookulogramms, wird in den meisten Gerätekonfigurationen bei Säuglingen derzeit eine automatische Zuordnung in die Stadien active-, quiet- und indeterminate – sleep vorgenommen. Eine manuelle Validierung, d.h. visuelle Kontrolle des automatisch ermittelten Schlafprofils durch den Untersucher ist jedoch in jedem Falle erforderlich, da auch beste Softwaresysteme in der automatischen Schlafstadienanalyse stark fehlerbehaftet sind.

3.6.2 Elektrookulogramm (EOG)

Augen induzieren als elektrische Dipole durch Bewegungen in benachbarten Elektroden Spannungen. Die Messung und Aufzeichnung dieser Spannungen bezeichnet man als Elektrookulogramm. In Abhängigkeit des Bewegungsmusters in unterschiedlichen Vigilanzstadien unterscheiden Rechtschaffen und Kales (1968) zwei verschiedene Schlafstadien:

Die Elektrookulographie stellt die technisch einfachste Methode zur polygraphischen Registrierung von Augenbewegungen dar und wird durch das Kleben von orbitanahen Hautoberflächen – Elektroden realisiert. Die registrierten Spannungen liegen im Bereich von ca. 300 µV.

3.6.3 Submentales Elektromyogramm (EMG)

Neben EEG und EOG stellt das Elektromyogramm ein drittes und wichtiges Standbein der Schlafstadienanalyse dar. Besonders in der Erwachsenenpolygraphie erlangt das EMG [Seite 18↓]Bedeutung bei der Erkennung von Schlafstörungen, die mit pathologischer Muskelaktivität einhergehen, z.B. „Restless - legs – Syndrom“.

Damit eine Muskelkontraktion auftritt, bedarf es der Auslösung eines Muskelaktionspotentials. Dieses wird aktiviert, wenn neuronale Aktionspotentiale des Motoneurons an der motorischen Endplatte, genügend Azetylcholin freisetzen, um die postsynaptische Membran zu depolarisieren und eine Endplattenpotential auslösen. In Anwesenheit verschiedener Katalysatoren kommt es zur Muskelkontraktion.

Die elektromyelographische Aufzeichnung stellt die extrazelluläre Ableitung von Muskelaktionspotentialen, die per Volumenleitung passiv fortgeleitet werden, dar (Meyrahn 1997).

Zur Ableitung werden wie beim EOG Oberflächenelektroden verwendet, die beiderseits am Kinn plaziert werden. Die Registrierung erfolgt bipolar, es werden also die beiden Elektroden am Kinn gegeneinander abgeleitet.

Die Verstärkung der EMG – Ableitung soll möglichst hoch sein, da der Muskeltonus im Schlaf auf niedrigem Niveau sein kann (2 – 5 µV).

3.6.4 Elektrokardiogramm (EKG)

Mit Hilfe von 3 Hautoberflächenklebeelektroden werden die Aktionsströme des Herzens gemessen und in Form eines Elektrokardiogramms registriert. Zwei Elektroden sollten auf der Medioclavicularlinie unterhalb der Claviculae und die dritte etwa im Bereich der Herzspitze geklebt werden (Trowitzsch et al. 1996). Die Amplitudenhöhe ist zu eichen.

Im Rahmen der Polysomnographie bei Kindern dient das EKG besonders der Registrierung von Herzrhythmusstörungen, vor allem im Zusammenhang mit schlafbezogenen Atmungsstörungen. Darüber hinaus sind ähnlich wie beim Erwachsenen Erregungsausbreitungs- und Rückbildungsstörungen, Hypertrophien, Medikamentenwirkungen und -nebenwirkungen u.a. auffindbar.

Durch die Arbeiten von Schwartz und Mitarbeiter (1988, 1991, 1998) wurde ein Zusammenhangzwischen lebensbedrohlichen Zuständen bei Kindern und einem sog. Long-QT-Syndrom nachgewiesen. Bei Säuglingen die später am plötzlichen Säuglingstod verstarben, wird das Auftreten von Sinustachykardien geschildert. Trowitzsch et. al. (1989) beschreiben Kinder mit auffälligen Atmungsstörungen, die außerdem verstärkt mit Herzrhythmusstörungen auffielen.

Zahlreiche Polysomnographien an Säuglingen, bzw. der gehäufte Einsatz von Heimmonitoren zur kontinuierlichen Überwachung, haben bei der Auswertung der Herzfrequenzen im Schlaf gezeigt, daß die in älteren Lehrbüchern noch übliche Angabe hinsichtlich des Normbereiches physiologischer Herzfrequenzen bei Kindern im ersten Lebensjahr korrigiert werden müssen. Danach sind beispielsweise Frequenzen im quiet – sleep im ersten Halbjahr bis 60 Schläge pro Minute nicht prinzipiell als Bradykardie zu werten (Peirano 1988, Pincus 1993, Patzak 1997, 1999). Schlußfolgernd aus o.g. Tatsachen muß das Elektrokardiogramm als obligater Untersuchungsparameter in einer Säuglingspolysomnographie enthalten sein.

Mit einer kontinuierlichen beat – to – beat Analyse der Herzfrequenz, mit Hilfe der Polysomnographie, kann die Variabilität der jeweiligen Herztätigkeit beurteilt werden. Sehr starke Herzfrequenzabfälle aber auch –anstiege können bedeutsam sein. In Aufzeichnungen von Heimmonitor – überwachten Säuglingen sind allmähliche Herzfrequenzabfälle über einen längeren Zeitraum (z.B. 30 Minuten) vor einem irreversiblen Atemstillstand beobachtet worden (Southall 1986 und 1990, Schechtmann 1988 und 1990, Schlüter 1996).


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3.6.5  Oronasaler Luftstrom

Der oronasale Luftstrom wird im Rahmen polysomnographischer Untersuchungen in der Regel mit Hilfe qualitativer Meßmethoden registriert und aufgezeichnet. Die bei Erwachsenen gebräuchlichste Methode ist dabei der Einsatz von Thermistoren, die einen Temperaturunterschied zwischen Aus- und Einatemluftstrom messen und in ein digitales Signal wandeln; es entsteht in der Aufzeichnung eine sinusförmige Verlaufskurve. Die beschriebene Methode ist im Kindesalter, besonders bei Säuglingen mit einer Reihe von Nachteilen behaftet (Pfleger et al 1997):

Eine indirekte Methode zur Bestimmung des Atemflusses ist die Kapnometrie. Hier wird das Atemgas kontinuierlich auf seinen Gehalt an CO2 überprüft (Arsowa et al 1993).

Voraussetzung für die CO2-Gasanalyse ist die kontinuierliche Sammlung des Atemgases in einer Meßkammer. Zwei alternative Meßverfahren stehen zur Verfügung: endexspiratorische CO2-Bestimmung im Haupt- und Nebenstrom. Bei der Hauptstromtechnik befindet sich die Meßkammer entweder am Ende des endotrachealen Tubus oder bei spontanatmenden Patienten an einer Gesichtsmaske. Bei der Nebenstromtechnik wird ein Teil der Ausatemluft (ca. 150 ml/min) durch einen dünnen, CO2-undurchlässigen Schlauch kontinuierlich abgesaugt. Der Schlauch wird den Säuglingen in Form einer dünnen Nasenbrille angelegt.

Abbildung 4: Meßprinzip Kapnographie zur indirekten Registrierung des Atemflows

Das Meßprinzip des Kapnographen beruht auf der Ultrarotlichtabsorption von CO2 in der Ausatemluft. Infrarotes Licht des Sensors durchdringt das Fenster des Atemwegsadapters, an dem der Kapnostat (Festkörpersensor) befestigt ist. Der Monitor setzt die Menge der im Detektor gemessenen Absorptionsenergie ins Verhältnis zur Menge von CO2 in der Nebenstromzelle (Atemwegsadapter). Resultat ist eine Kapnogrammanzeige und numerische Werte für CO2. Der am Kapnogramm angezeigte petCO2-Wert ist das Ergebnis einer geräteinternen Auswertung von vier aufeinanderfolgenden Atemzügen. Die Respiration wird durch die Messung der Zeitintervalle zwischen den Spitzen der CO2-Wellenform berechnet. Die [Seite 20↓]Umkehrung dieser Messung wird als Respirationsfrequenz angezeigt (Brandenburg 1997, Schäfer 1989, 1991 und 1997).

Tabelle 4: Verschiedene Methoden zur Atemflußbestimmung im Rahmen der Polysomnographie

thermosensitive Verfahren (qualitativ)

drucksensitive Verfahren (qualitativ)

Aufzeichnung der Trachealgeräusche (qualitativ)

Pneumotachographie (quantitativ)

Kapnographie (semiquantitativ)

3.6.6 Aufzeichnung der Atemexkursion

Eine zentrale Stellung in der Polysomnographie, vor allem bei der Diagnostik schlafbezogener Atmungsstörungen, nimmt die Registrierung der Atembewegungen ein. Nur eine möglichst artefaktfreie Aufzeichnung der Brust- bzw. Bauchbewegungen während In- und Exspiration erlaubt die Differenzierung zwischen zentraler, obstruktiver oder gemischter Apnoe. Mehrere Faktoren beeinflussen bei Kindern, und hier besonders bei Säuglingen, die Aufzeichnungsgenauigkeit negativ und können somit den Gesamtwert der Polysomnographie in Frage stellen:

Die genannten Fehlerquellen beeinflussen die Auswahl der Meßmethode von Atembewegungen bei Kindern. Folgende Meßprinzipien stehen zur Auswahl:

Tabelle 5: Verfahrenstechniken zur Registrierung von Atembewegungen im Rahmen der Polysomnographie

Piezoelemente

Dehnungsmeßstreifen

pneumatische Elemente

Impedanzrheographie

Induktionsplethysmographie

Messung von Kapazitätsänderungen

Die z.Z. am häufigsten verwendete Methode zur Registrierung von Atembewegungen, besonders bei Erwachsenen, ist der Einsatz von Piezoelementen. Die Methodik ist kostengünstig, einfach, bei kleinen Kindern, vor allem bei Säuglingen aber ungeeignet. Dies liegt in der Tatsache begründet, daß die meisten Systeme nur mit einem Aufnehmer punktuell an Bauch und Thorax messen (Zug- bzw. Druckspannung wird durch den piezoelektrischen Effekt in elektrische Spannung gewandelt). Lageänderungen und rasche Bewegungen führen dadurch zu entweder nicht ausreichenden oder zu großen mechanischen Spannungen an den Gurten. Eine falsche Signalamplitude ist das Resultat.


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Die Überwachungsmethode der Wahl in der neonatologischen Intensivmedizin stellt die Impedanzrheographie (Syn.: Thoraximpedanz, Impedanzpneumographie) dar, die im breiten Maßstab Eingang in die pädiatrische Polysomnographie gefunden hat.

Die Impedanzrheographie beruht auf der fortlaufenden Impedanzmessung des Thorax mit Hilfe zweier, in Axillarlinie an der linken und rechten lateralen Thoraxwand angebrachter, Elektroden. Über diese Elektroden wird ein Wechselstrom durch das Gewebe geleitet und damit die Impedanz des Brustkorbes gemessen.

Die Impedanz allgemein ist der Wechselstromwiderstand, der sich aus drei Grundelementen kombinieren läßt: dem OHMschen, kapazitiven und induktiven Widerstand. Der Wechselstromwiderstand ist frequenzabhängig. Bei der Impedanzrheographie werden Frequenzen im mittleren bis hohen Niederfrequenzbereich angewandt.

Abbildung 5: Impedanzrheographie (Thoraximpedanz) beim Säugling

Die respiratorische Impedanz ist ein komplexer Widerstand, der als symbolische Rechnergröße zur Darstellung und Berechnung des atemmechanischen Widerstandes und seiner Komponenten vor allem bei atemmechanischen Untersuchungen mit der Oszillationsmethode benutzt wird. Die respiratorische Impedanz ist entsprechend dem verallgemeinerten OHMschen Gesetz der komplexe Quotient aus den atemmechanischen Primärgrößen Druck P und Strömungsgeschwindigkeit V. Sie kann (für sinusförmige Größen) nach der Beziehung entweder durch ihren Betrag Z (Quotient aus den Scheitelwerten von V und P) und die Phase j (Phasenwinkel zwischen P und V) oder durch ihre beiden Komponenten Realteil R (Resistance) und Imaginärteil X bewertet werden. Durch entsprechende Brückenschaltungen kann der Scheinwiderstand des Brustkorbes gemessen werden. Der Widerstand steigt bei der Inspiration und fällt bei der Exspiration.

Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Signalsicherheit scheint die Induktionsplethysmographie darzustellen (Brouillette 1987, Cohen 1994, Carry et al 1997)<<der>>1.

Die Plethysmographie ist Oberbegriff für verschiedene Meßverfahren, bei denen die Volumenänderung des ganzen Körpers (Ganzkörperplethysmographie) oder eines Teils (Venenverschlußplethysmographie) in einer Plethysmographiekabine oder in einer Meßmanschette mit Hilfe verschiedener Volumen- oder Druckwandler erfaßt wird. Der Induktionsplethysmograph ist ein Meßgerät zur indirekten Kontrolle der bei der Lungenventilation bewegten Volumina durch die Messung der atemmechanischen Bewegungen des Thorax und Abdomens.


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Abbildung 6: Schema der Induktionsplethysmographie

Die Induktionsplethysmographie beruht auf den physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Induktivität und Magnetostatik. Jeder elektrische Strom ist mit einem Magnetfeld verknüpft. Im Inneren einer langgestreckten stromdurchflossenen Spule existiert ein homogenes Magnetfeld. Wird an die Spule eine Spannung U angelegt, so fließt durch diese der von ihrem Magnetfeld begleitende Strom I. Bei einer Stromänderung ändert sich auch das Magnetfeld. Dieses induziert eine Spannung Uind in der Spule. Der Induktionsfluß ist der angelegten Stromstärke proportional. Es gilt das Induktionsgesetz:

L ist der Selbstinduktionskoeffizient oder die Induktivität der Spule.

Abbildung 7: Blockschaltbild der Induktionsplethysmographie

Die Induktivität hängt von der Form der Spulenanordnung und von der Permeabilität des Materials im Inneren der Spule ab. Legt man an den Stromkreis als Teils eines Oszillators eine Wechselspannung an, so führt eine Änderung der Induktivität zu einer Verschiebung der Frequenz der Wechselspannung.

Der Wandler der Induktionsplethysmographie ist ein einfacher isolierter Draht, der in Zick-Zack-Form auf ein Band aus elastischem Gewebe genäht ist. Jeweils ein Band wird so als Spule mit einer Windung um den Thorax und das Abdomen gelegt. Die Enden der Spulen werden mit einem kleinen Oszillatormodul verbunden. Das Grundgerät (z.B. Respitrace, Ambulatory Monitoring, Inc., White Plains, N.Y.) sendet einen Wechselstrom von ca. 300–500 kHz durch die Drähte. Atmungsbedingte Bewegungen führen zu Umfangsänderungen von Thorax und [Seite 24↓]Abdomen. Dies führt an den angelegten Bändern über die Umformung der Geometrie der Spule zu einer Änderung der Induktivität und Verschiebung der Frequenz des angeschlossenen Oszillators. Über entsprechende Kopplerund Demodulatoren wird die Frequenzänderung als Analogsignal zur weiteren Signalverarbeitung an den Polygraphen zur Verfügung gestellt. Die atemanalogen Signale werden getrennt für Thorax und Abdomen wahlweise mit einem Gleichspannungsteil (DC) oder ohne diesen (AC) geliefert. Der Spannungsbereich liegt bei +/– 1 Volt.

Entscheidend für die Genauigkeit der Induktionsplethysmographie ist die korrekte Fixierung der Atmungsbänder, um bei Bewegungen ein Verrutschen oder gar einen Kontakt der Bänder zu vermeiden. Gleichzeitig muß auf die richtige Längeneinstellung geachtet werden. Wichtig ist sowohl entsprechender Raum für die notwendige Dehnung der Bänder wie auch für die ungestörte Atmung der Patienten (Dolfin 1982).

Abbildung 8: Spannungsänderung bei der Induktionsplethysmographie

Feld Azeigt den Wandler im Ruhestadium mit flachem, analogen elektrischen Output.

3.6.7 Pulsoximetrie

Die Pulsoximetrie ist ein Meßverfahren zur nichtinvasiven Überwachung der arteriellen Sauerstoffsättigung. Kontinuierliche Puls- und Sauerstoffsättigungswerte werden durch Ohr-, Finger- oder Softsensoren (Neonatologie) ermittelt und übertragen. Das Oximeter ermittelt die arterielle Sauerstoffsättigung und die Pulsrate eines Patienten durch Messung der Absorption des durchstrahlten Gewebes bei diskreten Lichtwellenlängen (Poets et al 1997). Die SaO2 – Berechnung des Pulsoximeters basiert auf der Annahme, daß Hämoglobin als Oxyhämoglobin (HbO2) und als reduziertes Hämoglobin (RHb) vorhanden ist (Lafontaine et al 1996).

Unter normalen physiologischen Bedingungen wird das im arteriellen Blut vorhandene Hämoglobin in den pulmonalen Kapillaren zu ca. 97% gesättigt. Hauptsächlich verursacht durch anatomische Shunts werden die restlichen 3% normalerweise nicht oxygeniert. In welchem Maße Hämoglobin Sauerstoff transportiert, kann allgemein durch einen der folgenden zwei Parameter ausgedrückt werden:


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a. Fraktion des oxygenierten Hämoglobins

Die Fraktion von oxygeniertem Hämoglobin, auch als fraktionelle Sättigung bezeichnet, ist die Fraktion des oxygeniertem Hämoglobins in Relation zum insgesamt vorhandenen Hämoglobin (tHb), einschließlich der Dyshämoglobine.

b. Sauerstoff – Sättigung

Die Sauerstoff – Sättigung, auch als funktionelle Sättigung bezeichnet, ist der prozentuale Anteil von oxygeniertem Hämoglobin in Relation zu der Hämoglobin – Menge, die fähig ist, Sauerstoff zu transportieren, d.h.: Gesamthämoglobin abzüglich der Dyshämoglobinämine. Die Beziehung zwischen O2Hb und sO2 kann ausgedrückt werden als:

Demzufolge ist O2Hb gleich sO2, wenn keine Dyshämoglobine vorliegen (sO2 ist in diesem Fall als Fraktion berechnet und nicht als Prozentsatz).

Oxyhämoglobin und Deoxyhämoglobin absorbieren Licht als bekannte Funktionen von Wellenlängen. Es ist möglich, den relativen Prozentsatz eines jeden Bestandteils, und damit die arterielle Sauerstoffsättigung, zu bestimmen.

Zwei Wellenlängen des Lichtes, rot und infrarot, werden verwendet, um das HbO2 und Hb nachzuweisen.

Um zuverlässige arterielle SaO2 – Werte zu erhalten und um Absorptionen herauszufiltern, die durch den venösen Anteil des Blutes und durch andere Einflüsse (Gewebe, Streulicht) [Seite 26↓]hervorgerufen werden, verwendet man bei den Messungen nur Signale des pulsierenden arteriellen Blutes.

Zwei Leuchtdioden senden das Licht durch das Gewebe und der Photodetektor des Sensors wandelt und modelliert das empfangene Licht in ein elektrisches Signal um. Ergebnis ist eine digitale Zahlenangabe der Sauerstoffsättigung (in %) und der Pulsrate (Schläge / min) am Monitor des Pulsoximeters.

Abbildung 9: Meßprinzip der Pulsoximetrie

3.6.8 Transkutane Kombinationsmessung des pO2 und pCO2

Durch die transkutane Bestimmung der Hautwerte für Sauerstoff und Kohlendioxid ist eine nichtinvasive, kontinuierliche Messung der Blutgase und damit Beurteilung des kardio-pulmonalen Systems möglich. Die Messung kann mit Einzel- oder Kombielektroden erfolgen (heute meist kombinierte Messung), die auf die Haut aufgeklebt werden. Sie verfügen über Heizelemente, die durch eine lokale Hyperthermie (42–45°C) zu einer Hyperämisierung der Haut führen, und damit diese für die Gasdiffusion durchlässiger wird. Bevorzugte Positionen für die Elektroden sind dünne, gut durchblutete Hautpartien z.B. am Oberschenkel. Die Membranschicht muß zur Vermeidung von lokalen Verbrennungen in bestimmten Zeitabständen, meist nach 4 Stunden, gewechselt werden (Clark 1992, Poets 1997).

Für die Messung des transkutanen Sauerstoffpartialdruckes (PtcO2) werden auf die Haut eine Platin-Kathode und eine Silber-Bezugs-Anode, die sich in einer Elektrolytlösung befinden und von der Hautoberfläche durch eine O2-durchlässige Membran getrennt sind, geklebt. Die durch die Haut und Membran diffundierenden O2-Moleküle erzeugen über eine Reduktion der Kathode einen Strom, der proportional zum O2-Partialdruck ist.

Die Messung des transkutanen Kohlendioxidpartialdruckes (PtcCO2) erfolgt über pH-empfindliche Elektroden, welche sich zusammen mit einer Referenzelektrode in einer NaHCO3-Lösung befinden. Sie sind von der Hautschicht durch eine CO2- durchlässige, aber Ionen- undurchlässige Membran getrennt. Das einströmenden CO2führt zu einer pH-Änderung:


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Die gemessenen pH-Änderungen sind dem CO2-Partialdruck direkt proportional und werden vom Monitor als CO2-Wert angezeigt.

Abbildung 10: Schematischer Aufbau der Kombielektrode zur transkutanen pO2und pCO2 – Messung (Quelle: Fa. Radiometer, Kopenhagen)

3.6.9 Dokumentation von Körperlage und Bewegung

Zur Aufzeichnung der Körperlage während des Schlafes werden im Rahmen der Polysomnographie sogenannte Aktimeter (Aufzeichnungsgeräte: Aktographen) benutz. Basierend auf dem Prinzip des Trägheitskompasses werden sie an einer „strategischen“ Stelle des Körpers angebracht und signalisieren an das Speichergerät die aktuelle Lage des Probanden (Brandenburg 1997). Aktimeter zur Bewegungsregistrierung bei Säuglingen werden meist an den Extremitäten befestigt (beispielsweise Innenhandfläche), sie induzieren bei Aktionen des Kindes eine Spannung die als Kurvenausschlag mit bestimmter Amplitude am Computer aufgezeichnet wird. Während aktive Bewegungen im Schlaf bei der Schlafstadieneinteilung berücksichtigt werden, spielt die Körperlage gerade bei der Vorbeugung des Plötzlichen Säuglingstodes eine Rolle: zur Vermeidung desselben wird empfohlen, die Kinder vorwiegend in Rückenlage schlafen zu lassen.

Sinnvoll erscheint der Einsatz von Bewegungsmeldern auch im Zusammenhang mit der Differenzierung von Artefakten der Pulsoximetrie, die sehr häufig bei kleinen Kindern infolge heftiger Bewegungen entstehen können.

Aktimeter sind, die polysomnographische Diagnostik ergänzende und unterstützende Geräte.

3.7 Fakultative Untersuchungsparameter

Während die o.g. Parameter im Rahmen einer kompletten Polysomnographie als obligat zu fordern sind, können in Abhängigkeit spezieller Indikationen Zusatzparameter praktisch relevant oder sogar notwendig sein.

3.7.1 Transkutane Messung des pO2

Auf Inhalte und Besonderheiten der transkutanen Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes (pO2) wurde bereits in Kapitel 3.6.8. ausführlich eingegangen.


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3.7.2 Schnarchgeräusch – Mikrofon

Schnarchgeräusche oder andere pathologische Atemgeräusche (z.B. inspiratorischer Stridor) werden im Rahmen der Polysomnographie mittels eines Mikrofons registriert, das in der Halsregion, unterhalb des Schildknorpels, plaziert wird. Das Schnarchmikrofon dient besonders der Erkennung obstruktiver, schlafbezogener Atmungsstörungen, zumal postuliert werden kann, daß Schnarchen bei Säuglingen und Kleinkindern immer als pathologisch einzustufen ist. In der Regel erfolgt die Anwendung eines Schnarchmikrofons jedoch individuell und indiziert bei entsprechendem Verdacht auf nächtliche Obstruktionen (Brandenburg 1997).

Die bei der Polysomnographie verwendeten Mikrofone sind in einem Kunststoffgehäuse untergebracht mit einer einseitigen Öffnung. Die Applikation erfolgt mit Kleberingen und einem Einweghalsband. Nach Anbringen des Mikrofons erfolgt ein Funktionstest um eine optimale Geräuschregistrierung zu erreichen.

3.7.3 Ösophagus – pH – Metrie

Häufigkeitsangaben zur gastroösophagealen Refluxkrankheit (GÖR) bieten große Schwankungsbreiten und sind stark altersabhängig: die Inzidenz wird für Säuglinge mit Angaben von 1 : 300 bis 1 : 1000 beziffert.

Abbildung 11: Rohdatenausschnitt einer kombinierten Schlafuntersuchung (PSG mit pH-Metrie): nächtliches, schlafbezogenes Auftreten mehrerer zentraler Apnoen während einer protrahierten, sauren Refluxphase bei einem Säugling

Spätestens seit den Arbeiten von Vandenplas (1991, 1992 und 1993) ist bekannt, daß eine gastroösophageale Refluxkrankheit und ein obstruktives Schlafapnoesyndrom (OSAS) parallel auftreten können und daß eine gegenseitige Beeinflussung i.S. einer verstärkten Ausprägung der Symptomatik möglich ist. Logisch erscheint deshalb die Forderung, jeweils bei Vorliegen einer der genannten Störungen die andere in differenzialdiagnostische Untersuchungen einzubeziehen, um sie somit ebenfalls zu erfassen oder aber exakt auszuschließen. Behrens (1997), Vandenplas (1991) und andere Arbeitsgruppen berichten von Säuglingen mit ätiologisch unklaren Apnoe- und Zyanoseanfällen, bei denen sich aber in bis zu 30% der Fälle ein gastroösophagealer Reflux fand. Obwohl kausale Zusammenhänge bisher nicht eindeutig zu klären waren (die im frühen Säuglingsalter bekannte Cardiainsuffizienz kann reflektorisch [Seite 29↓]Atmungsstörungen verursachen oder aber Unreife bedingte, zentrale Apnoen könnten zur Verminderung des unteren Ösophagusdrucks führen und somit Refluxe provozieren) sollte im Rahmen der Prävention des Plötzlichen Kindstodes ein GÖR immer in differenzialdiagnostische Überlegungen einbezogen werden (Orenstein 1992, Sondheimer 1992, Olafsdottir 1995,Tirosh 1996, Baumann et al 1996, Nützenadel 1998, Erler 1999).

3.8 Diagnostische Parameter der Polysomnographie

Schwierigkeiten bereitet eine praktisch nutzbare Auswertung bzw. Beurteilung der kaum überschaubaren Vielfalt an Ergebnissen, die im Rahmen der Polysomnographie gewonnen werden. Im Folgenden werden Parameter definiert bzw. empfohlen, die als Untersuchungsresultat die Grundlage für evtl. zu ziehende Konsequenzen oder sogar Therapieentscheidungen gelten können.

3.8.1 Apnoen: zentral, obstruktiv, gemischt

zentrale Apnoe: als zentrale Apnoe wird diejenige Atempause bezeichnet, bei der es zum Sistieren sowohl des oronasalen Luftstromes (Flow) wie auch der Atembewegungen an Brust und Bauch, über einen definierten Zeitraum, kommt (Paditz 1999). Als Beispiel kann hier die typische Apnoe beim unreifen Frühgeborenen angeführt werden, die als Ausdruck einer allgemeinen Unreife oder sogar Läsion des zentralen Atemzentrums zu verstehen ist. Die Variabilität und Toleranzbreite der physiologischen Atmungsparameter bei Säuglingen, bedingt durch relativ rasches Wachstum im ersten Lebensjahr, läßt es als sinnvoll erscheinen, in den ersten 12 Lebensmonaten alle Apnoen größer/gleich 3 Sekunden zu erfassen.

Im Erwachsenenalter scheint sich, nach Definition von Guilleminault (1978), die Registrierung von Atempausen größer 10 Sekunden durchzusetzen.

Abbildung 12: Schematische Darstellung einer zentralen Apnoe

obstruktive Apnoe: als obstruktive Apnoe wird diejenige Atempause bezeichnet, bei der es bei weiterbestehenden Atembemühungen, d.h. Atembewegungen an Brust oder Bauch, zum Sistieren des oronasalen Luftstromes, über einen definierten Zeitraum, kommt. Bedingt wird die Obstruktion durch reflektorischen oder mechanischen Verschluß der oberen Atemwege. Als typisches Beispiel gilt die Verschlußatempause beim adipösen, in der Regel männlichen, Schnarcher. Im Zusammenhang mit der Erforschung des plötzlichen Säuglingstodes mehren sich die Angaben, die für ein gehäuftes Vorliegen obstruktiver Apnoen beim SID – gefährdeten Säugling sprechen.


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Abbildung 13: Schematische Darstellung einer obstruktiven Apnoe

gemischte Apnoe: als gemischte Apnoe wird diejenige Atempause bezeichnet, bei der einer zentralen Apnoe in unmittelbarem Anschluß eine obstruktive Apnoe, über einen definierten Zeitraum, folgt. Im Säuglingsalter werden gemischte Atempausen scheinbar seltener registriert. Schwierigkeiten bereiten bei der Aufzeichnung der Atembewegungen im Kindesalter sogenannte „Pseudoobstruktionen“, van Someren und Stothers (1983) sprechen von Thoraximpedanz-Artefakten, die eine Verschlußatempause oder gemischte Apnoe vorgeben. In Wirklichkeit handelt es sich jedoch um eine streckende Körperbewegung mit willkürlichem „Luftanhalten“, die prognostisch völlig anders als echte obstruktive oder gemischte Apnoen zu werten sind (Guilleminault 1989, Schlüter 1997). In der Regel können „Pseudoobstruktionen“ durch Anwendung der Thoraximpedanz von echten Verschlußatempausen gut differenziert werden (Dransfield et al 1983).

Abbildung 14: SchematischeDarstellung einer gemischten Apnoe

3.8.2 Apnoeindex

Unter Apnoeindex (AI) ist die Summe aller Apnoen pro Stunde registrierten Schlafes zu verstehen. Der Apnoeindex nimmt in der Schlafdiagnostik Erwachsener einen zentralen Stellenwert ein. Mit steigendem Index konnte statistisch ein Zusammenhang beispielsweise zu Hypertonus, Herzrhythmusstörungen und ischämischer Herzkrankheit nachgewiesen werden. Wegen der nicht einheitlichen Festlegung, welche Apnoedauer zur Registrierung bei Kindern unterschiedlichen Alters zugrunde gelegt wird und beeinflußt durch die Tatsache, daß gerade die Häufigkeit und Dauer einer schlafbezogenen Atmungspause besonders im Säuglingsalter eine entwicklungsabhängige, variable Größe darstellt, hat der Apnoeindex in der Schlafdiagnostik bei Kindern nicht den Stellenwert wie bei Erwachsenen erlangt. Mit steigenden Untersuchungszahlen wird es jedoch möglich, altersbezogene Normbereiche zu erarbeiten. Im Zusammenhang mit weiteren Atmungsparametern (z.B. Anzahl von Hypopnoen, mittlerer Atemausfall, Dauer der längsten Apnoe, Zusammenhang zwischen Apnoe, Desaturation und Bradykardie u.a.) erlangt auch der Apnoeindex bei Kindern Bedeutung.


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3.8.3  Hypopnoe

Unter Hypopnoe ist diejenige qualitative Größe zu verstehen, die eine Verminderung der äußeren Atmung beschreibt. Hypopnoen sind besonders charakteristisch für den REM – Schlaf bzw. active sleep von Patienten mit schlafbezogenen Atmungsstörungen, wie beispielsweise Schlafapnoesyndrom oder Hypoventilationssyndrom. Der durch verschiedene Mechanismen reduzierte Atmungsantrieb bedingt eine Verminderung des Atemzugvolumens. Abhängig von der Meßmethode wird eine Hypopnoe als Reduktion des Atemzugvolumens unter 30% des Ausgangswertes, als 50%ige Reduktion des Thermistorsignales oder als Verminderung der exspiratorischen CO2 – Konzentration unter 30% des initialen Wertes definiert. Um im eigentlichen Sinne von einer Hypopnoe zu sprechen, wird zusätzlich eine Reduktion der Sauerstoffsättigung um mindestens 5% als Folge durch die Hypopnoe, gefordert (Clarenbach 1998). Für die exakte Bestimmung einer Hypopnoe sollte deshalb im Rahmen der Polysomnographie die Messung der endexspiratorischen CO2 – Konzentration und der Sauerstoffsättigung gefordert werden.

Abbildung 15: Schema der graphischen Darstellung einer Hypopnoe

3.8.4 Periodische Atmung

Über die Bedeutung periodischer Atmung bei Kindern herrscht bis heute keine einheitliche Meinung. Bei der Definition des Atmungstypes scheinen sich jedoch weitgehend übereinstimmende Meinungen zu etablieren. Fenner (1973) und Guilleminault (1989) beschreiben periodische Atmung als eine Folge von Atempausen mit einer Dauer von mindestens 3 Sekunden, unterbrochen von regulärer Atmung mit einer maximalen Dauer bis zu 20 Sekunden. Hoppenbrouwers (1977) definiert periodische Atmung als mindestens 2 Atempausen innerhalb von 20 Sekunden, wobei jede Apnoe mindestens 3, maximal aber nur 6 Sekunden andauern darf.

Glotzbach (1989) und Kelly (1985) verstehen unter periodischer Atmung mindestens 3 Episoden von Atempausen (Dauer > 3 Sekunden) unterbrochen von normalen Atmungsabschnitten von mindestens 20 Sekunden Dauer. Periodische Atmung tritt bei 85% aller gesunden Frühgeborenen zwischen der 32. und 36. Gestationswoche auf. Deshalb ist sie nicht a priori als pathologisch, eher aber als Entwicklungsphänomen, zu sehen (Niewerth et al 1998, Hederer 1998). Bei der Auswertung der Polysomnographien innerhalb vorliegender Studie wurde der Algorithmus nach Hoch (1996) und Bergmann (1996) zugrunde gelegt:

  1. mehr als 3 Atempausen > 3 Sekunden Dauer, unterbrochen von Atmungsperioden mit einer Dauer von mindestens 20 Sekunden
  2. Sauerstoffsättigungsabfälle (Desaturationen) > 15%
  3. Bradykardien altersabhängig unter 70 oder 80 bpm.

Als auffällig sollte die Kombination des Punktes a) mit b) oder a) mit c) (oder mit b und c) angesehen werden.


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Abbildung 16: 5 Minuten-Ausschnitt aus einer Polysomnographie bei einem gesunden, 10-Wochen alten Säugling mit anhaltender periodischer Atmung und Desaturationen (rote Markierung)

3.8.5 Respiratory disturbance index

Als respiratory disturbance index (RDI) bezeichnet man die Anzahl aller respiratorischen Ereignisse pro Stunde der aktuellen Ableitung:

Während der RDI im Erwachsenenalter zunehmend angewendet wird, kann seine Bedeutung für die Diagnostik schlafbezogener Atmungsstörungen im Kindesalter bisher nur schwer beurteilt werden. Folgt man den Überlegungen von Steinschneider (1982) so könnte vermutet werden, daß auch Atmungsstörungen während des nächtlichen Fütterns in bezug auf SID für Säuglinge von Bedeutung sind. Im Rahmen prophylaktischer Polysomnographien an Säuglingen zur Prävention des plötzlichen Säuglingstodes scheint die Bestimmung des RDI möglicherweise sinnvoll zu sein.

3.8.6 Mittlerer Atemausfall

Als mittlerer Atemausfall (MA) wird die absolute Atmungsunterbrechung in Sekunden pro Minute Schlaf bezeichnet. Bei Säuglingen ist der mittlere Atemausfall differenziert im aktiven bzw. ruhigen Schlaf zu bestimmen.


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Die Entwicklung des Atmungssystems ist besonders im Säuglingsalter durch ständige Veränderungen geprägt. Welche Dauer und Art einer Atempause als noch normal oder bereits als auffällig zu betrachten sind, kann bis heute nicht eindeutig beantwortet werden. Während sehr kurze Apnoen im frühen Säuglingsalter, bedingt durch Oszillationen des respiratorischen Kontrollsystems, als physiologisch eingestuft werden können, liegt der Verdacht nahe, sehr lange Atempausen könnten eine Normabweichung bedeuten. Diese treten jedoch extrem selten auf und stellen deshalb oft auch nur einen Zufallsbefund dar. Kurze Apnoen ohne Desaturationen im Rahmen periodischer Atmung können der Erholung der stark beanspruchten Atemmuskulatur dienen (bei Kindern mit physiologisch hohen Atemfrequenzen). Kurze Apnoen die mit einem Abfall der Sauerstoffsättigung während des Schlafes einhergehen, können zu unterschiedlichsten Defiziten in der Entwicklung des Kindes führen und möglicherweise in der Kausalkette des SID Bedeutung besitzen (Haddad et al 1981, Martin et al 1986, Haidmayer 1982 und 1984, Hodgman 1990, vCzettritz 1996, McMurray 1997).

Der Parameter mittlerer Atemausfall, von Haidmayer (1982) inauguriert, könnte eine Lösung betreffend der Frage, welche Atempause ist überhaupt zu registrieren, darstellen. Sowohl Länge wie auch Dauer der Apnoen werden bei der Beurteilung des Atemmusters berücksichtigt. Unterstellt man der Art stattgefundener Atempausen eine Entwicklungsbedeutung, so erleichtert die Bestimmung des MA eine therapeutische Entscheidung (Scholle 1990).

3.8.7 mittlere Sauerstoffsättigung, Desaturationen

Die mittlere Sauerstoffsättigung stellt einen Durchschnittswert der pulsoximetrisch ermittelten arteriellen Sauerstoffsättigung (SaO2) in Abhängigkeit vom Schlafstadium dar. Desaturationen sind Abfälle der Sauerstoffsättigung über ein bestimmtes, definiertes Maß hinaus. Die Bedeutung der mittleren Sauerstoffsättigung und von Desaturationen kann nur im Zusammenhang mit anderen Parametern der Polysomnographie eingeschätzt werden: Sauerstoffabfälle bei Apnoen, gastroösophagealen Refluxen, Herzrhythmusstörungen u.a.

3.8.8 Schlafstadien, Schlafprofil

Die verschiedenen Schlafabschnitte die z.Z. im Säuglingsalter nach Anders, Emde und Parmelee (1971) zu benennen sind, werden als Schlafstadien bezeichnet: active, quiet, indeterminate sleep. Die Abfolge der einzelnen Schlafstadien nennt man Schlafprofil (Syn.: Schlafstadienverteilung; Schlafarchitektur). Auch das Schlafprofil unterliegt wie die Schlafdauer selbst, im ersten Lebensjahr einer dynamischen Entwicklung. Die Schlafstadienzuordnung bzw. –benennung basiert auf EEG-, EOG- und EMG-Signalen. Körperbewegungen, Herz- und Atmungsvariabilität beeinflussen gleichfalls das Schlafstadium und sind schlafstadienabhängig (Haddad 1987, Trowitzsch et al 1996).


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Diagramm 1: Darstellung des Verhältnisses REM - zu NREM – Schlaf in Altersabhängigkeit (nach Anders et. al. 1995)

Während die Dauer des Schlafes eines Tages mit zunehmendem Alter kontinuierlich abnimmt, steigt der Anteil des Tiefschlafes (bzw. Ruhigschlafes) an. Typisch ist ein ständiger Wechsel unterschiedlicher Schlafstadien. Häufig sind bei derartigen Schlafstadienwechseln polysomnographisch Auffälligkeiten zu registrieren (Sitka 1990, Nunes et al 1997).

Abbildung 17: Schlafprofil (Schlafarchitektur) eines 11 Wochen alten Säuglings: regelmäßiger Wechsel zwischen Phasen ruhigen und aktiven Schlafes, zwischenzeitliches Erwachen


Fußnoten und Endnoten

1 MERGEFIELD der Firma HEALTHDYNE, Inc. USA angewendet



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14.02.2004