Upper airway anatomy characteristics for obstructive sleep apnea personalized treatment

Introdução: A apneia obstrutiva do sono (AOS) é uma doença altamente prevalente, caracterizada pela obstrução recorrente da faringe durante o sono. Apesar do quadro clínico ser marcado por ronco e sonolência diurna excessiva e do maior risco cardiometabólico associado à AOS, uma grande parcela dos pacientes diagnosticados permanece sem nenhum tratamento. Dessa forma, são necessárias estratégias com o objetivo de otimizar as opções de tratamento para os pacientes com AOS. Objetivos: Esta tese é composta pela compilação de três artigos com o objetivo geral de avaliar os fatores fisiopatológicos anatômicos da AOS que podem influenciar na variabilidade individual de resposta ao tratamento. Os objetivos específicos de cada artigo são: Artigo 1) Avaliar se o padrão de obstrução da faringe influencia no efeito da mudança de decúbito de supino para lateral na patência da via aérea superior; Artigo 2) Avaliar as diferenças na complacência das regiões da faringe e sua associação com padrões de curva inspiratória; Artigo 3) Avaliar a influência da estrutura faríngea envolvida na obstrução e a colapsabilidade da via aérea superior na eficácia do aparelho intra-oral (AIO) no tratamento da AOS. Métodos: Foram recrutados pacientes com diagnóstico prévio de AOS com idade entre 21 a 70 anos. Artigo 1: Os indivíduos foram avaliados com sonoendoscopia e registro simultâneo do fluxo aéreo durante o sono natural em decúbito supino e lateral. Artigo 2: os indivíduos foram avaliados com sonoendoscopia e registro simultâneo da pressão faríngea durante o sono natural. Artigo 3: Os indivíduos foram avaliados na primeira noite com sonoendoscopia e, em duas noites adicionais, foram submetidos à polissonografia com e sem AIO para determinação do índice de apneiahipopneia (IAH) e para a medida da pressão crítica de fechamento da faringe (Pcrit). Resultados: Artigo 1: Foram avaliados 24 pacientes (17 homens, idade: 53±6 anos, IAH:48±28 eventos/hora). Em pacientes com obstrução associada a língua (n=10), não houve aumento significativo do pico de fluxo inspiratório e da ventilação minuto com a mudança de decúbito de supino para lateral. A posição lateral resultou em diminuição da ocorrência do colapso de epiglote e aumento de 45% na ventilação minuto entre os pacientes com obstrução da epiglote (n=6). Artigo 2: Foram avaliados 14 pacientes (9 homens, idade: 51±5 anos, IAH: 56±32 eventos/hora). Comparada à região retroglossal, a região retropalatal foi mais estreita (19,2 [23,9] mm2 versus 55,0 [30,7]mm2; p < 0,001) e apresentou maior complacência (3,2 ± 2,1 mm2/cmH2O versus 2,1 ± 1,8 mm2/cmH2O; p < 0,001). A dependência ao esforço negativo foi positivamente associada ao estreitamento da área retropalatal (r=0,47; p=0,001). Artigo 3: Foram avaliados 25 pacientes (17 homens, idade: 49±11 anos, IAH: 51±24 eventos/hora). O AIO reduziu a Pcrit em 3,9±2,4 cmH2O e o IAH em 69%. A redução da Pcrit foi maior nos pacientes com a língua posteriorizada. A ppresença da língua posteriorizada (p=0,03) e menor colapsabilidade da faringe (Pcrit < 1 cmH2O) no momento inicial (p=0,04) foram determinantes de melhor resposta terapêutica demonstrada pela maior redução do IAH com o AIO (83% versus 48%; p < 0,001). Conclusões: O padrão de obstrução e a colapsabilidade da faringe são fatores determinantes na resposta individual às modalidades terapêuticas alternativas para tratamento da AOS como terapia posicional e AIO. Pacientes com colapso de epiglote apresentaram melhora da patência da faringe com o decúbito lateral e assim podem se beneficiar da terapia posicional para AOS. A região retropalatal apresentou menor área e maior complacência comparada à região retroglossal nos pacientes com AOS. Finalmente, pacientes com língua posteriorizada e menor colapsabilidade da faringe são bons candidatos ao uso do AIO para tratamento da AOSIntroduction: Obstructive sleep apnea (OSA) is a highly prevalent disease characterized by recurrent pharyngeal obstruction during sleep. Despite symptoms such as snore and excessive daytime sleepiness and, the higher cardiometabolic risk related to OSA, a large proportion of patients do not receive any treatment for the disease. Therefore, strategies to improve management approaches for OSA are necessary. Objectives: This thesis consists of the compilation of three articles with a general aim of investigating the anatomic factors involved in OSA pathogenesis that could affect the individual variability of treatment responses. The specific aims of each article are: Article 1: To evaluate if the pattern of pharyngeal obstruction influences the effect of changing from supine to lateral position on upper airway patency; 2) To compare the compliance of each pharyngeal level and its association with inspiratory flow patterns; 3) To evaluate the effect of pharyngeal collapsibility and the pharyngeal structure causing collapse on the efficacy of oral appliance therapy for OSA. Methods: Patients previously diagnosed with OSA ranging from 21 to 70 years old were recruited for the studies. Article 1: Patients underwent upper airway endoscopy with simultaneous recordings of respiratory airflow in both supine and lateral position during natural sleep. Article 2: Patients underwent upper airway endoscopy with simultaneous recordings of pharyngeal pressure during natural sleep. Article 3: Patients underwent upper airway endoscopy on the first night. On two additional overnight studies, polysomnography was performed with and without an oral appliance to determine apnea-hypopnea index (AHI), and to measure the critical closing pressure (Pcrit). Results: Article 1: Twenty-four patients (17 men, 53±6 years old, AHI:48±28 events/hour) were studied. Patients with tongue-related obstruction (n=10) showed no improvement in airflow, and the tongue remained posteriorly located. Epiglottic obstruction was virtually abolished with lateral positioning and ventilation increased by 45% compared to supine position. Article 2: Fourteen patients (9 men, 51±5 years old, AHI: 56±32 events/hour) were studied. Compared to the retroglossal airway, the retropalatal airway was smaller at end-expiration (p < 0.001), and had greater absolute and relative compliances (p < 0.001). NED was positively associated with retropalatal relative area change (r=0.47; p < 0.001). Article 3: Twenty-five patients (17 men, 49±11 years old, IAH: 51±24 events/hour) were studied. Oral appliance therapy reduced Pcrit by 3.9±2.4 cmH2O and AHI by 69%. Oral appliance lowered Pcrit by 2.7±0.9 cmH2O more in those with posteriorly-located tongue compared to those without (p < 0.008). Posteriorly-located tongue (p=0.03) and lower baseline collapsibility (p=0.04) were significant determinants of a greater-than-average AHI response to therapy (83% versus 48%, p < 0.001). Conclusions: The pattern of obstruction and pharyngeal collapsibility are determinants of the individual response to alternative OSA treatment such as positional therapy and oral appliance. Patients with epiglottic obstruction showed significant improvement with lateral sleeping position and, therefore may benefit from positional therapy for OSA. The retropalatal airway had a smaller area and a greater compliance compared to the retroglossal airway in OSA patients. Finally, patients with posteriorly located tongue plus less-severe collapsibility are good candidates for oral appliance therap