Chiari malformation and central sleep apnea syndrome: efficacy of treatment with adaptive servo-ventilation.

The Chiari malformation type I (CM-I) has been associated with sleep-disordered breathing, especially central sleep apnea syndrome. We report the case of a 44-year-old female with CM-I who was referred to our sleep laboratory for suspected sleep apnea. The patient had undergone decompressive surgery 3 years prior. An arterial blood gas analysis showed hypercapnia. Polysomnography showed a respiratory disturbance index of 108 events/h, and all were central apnea events. Treatment with adaptive servo-ventilation was initiated, and central apnea was resolved. This report demonstrates the efficacy of servo-ventilation in the treatment of central sleep apnea syndrome associated with alveolar hypoventilation in a CM-I patient with a history of decompressive surgery.

Introduction

The Chiari malformation type I (CM-I) is characterized by caudal displacement of the cerebellum and by herniation of the cerebellar tonsils through the foramen magnum.( 1 ) This malformation has been associated with sleep-disordered breathing, especially central sleep apnea syndrome.( 2 ) Treatment of symptomatic CM-I consists of surgical decompression, which usually resolves the associated sleep-disordered breathing.( 3 ) We report a case of severe central sleep apnea syndrome in a female CM-I patient with a history of decompressive surgery who was treated effectively with adaptive servo-ventilation (ASV).

Case report

A 44-year-old female patient diagnosed with CM-I in 2008 (Figure 1A) underwent decompressive surgery of the posterior cranial fossa. She underwent suboccipital craniectomy, laminectomy of C1 and C2, and duraplasty. Her postoperative complications included cerebrospinal fluid fistula, which required reoperation and application of biological glue, and surgical wound infection, which was treated with debridement. Twelve months after surgery, the patient presented with worsening of neurological symptoms, including occipital headaches, dizziness, gait imbalance, left facial paresis, and dysphagia for liquids. Magnetic resonance imaging showed bony malformation of the craniovertebral junction associated with a syringomyelic cavity involving C2 and C3 (Figure 1B). Additional surgical intervention was ruled out because of the associated risk of respiratory depression. Three years after surgery, the patient was referred to our sleep laboratory for suspected sleep apnea. She reported nonrestorative sleep and morning headaches, but she had no daytime sleepiness (Epworth score of 4) or symptoms suggestive of restless legs syndrome or narcolepsy. Additional information obtained from the patient's family confirmed the presence of snoring and witnessed apneas. The patient had a history of hypothyroidism and received levothyroxine regularly. She was a nonsmoker and did not drink alcohol.

Figure 1

In A, presurgical magnetic resonance imaging scan of the brain showing bony malformation of the craniovertebral junction associated with basilar impression and a shortened clivus. Low cerebellar tonsils (Chiari malformation type I), but without evidence of syringomyelia. In B, postsurgical magnetic resonance imaging scan of the brain (T2) showing bony malformation of the craniovertebral junction associated with syringomyelia at the level of C2 and C3.

Physical examination revealed that the patient had a body mass index of 34 kg/m2, a systemic blood pressure of 127/73 mmHg, and a neck circumference of 46 cm. In addition, she had a hypertrophic soft palate (Mallampati class II), but she had no facial dysmorphisms. The remainder of the physical examination was normal.

A chest X-ray was unremarkable. There was no evidence of cardiovascular comorbidities (an echocardiogram and a Holter examination were unremarkable). Thyroid function was normal. An arterial blood gas analysis showed severe hypoxemia with mild hypercapnia (FiO2 = 0.21; pH = 7.35; PaO2 = 51 mmHg; PaCO2 = 56 mmHg; and SaO2 = 89%). Respiratory function test results revealed a slight reduction in FVC, a reduction in expiratory reserve volume and a preserved TLC. Polysomnography showed low sleep efficiency (44.4%), with 333 central respiratory events, a respiratory disturbance index of 108 events/h, and 27.6% of sleep time with oxyhemoglobin saturation < 90% (Figure 2).

Figure 2

Baseline polysomnogram showing central apneas.

The patient started treatment for central sleep apnea syndrome with ASV (S9 Autoset CS(tm); ResMed Corp., San Diego, CA, USA), with a maximum pressure support of 15 cmH2O, a minimum pressure support of 5 cmH2O, an expiratory pressure of 8 cmH2O, and an RR of 15 breaths/min. After six months of treatment, polysomnography under ASV showed that the respiratory disturbance index improved from 108 events/h to 4.8 events/h and that the patient spent 1.4% of sleep time with oxyhemoglobin saturation < 90% (Figure 3). In addition, there was improvement in gas exchange (FiO2 = 0.21; pH = 7.36; PaO2 = 69 mmHg; PaCO2 = 46 mmHg; and SaO2 = 93%).

Figure 3

Polysomnogram under servo-ventilation, showing resolution of the central apneas.

Discussion

The CM-I has been defined as > 5-mm caudal displacement of the cerebellar tonsils through the foramen magnum and is usually associated with a volumetrically reduced posterior fossa.( 1 ) For a diagnosis, these radiological criteria should be interpreted in the clinical context, and magnetic resonance imaging is the most useful imaging tool. The respiratory center that controls breathing is located in the medulla oblongata, at the level of the craniocervical junction, and can be affected in this disease, thereby leading to respiratory disorders, especially during sleep. ( 4 ) Studies in the literature have reported a high prevalence of sleep-disordered breathing in patients with CM.( 5 , 6 ) Although most reports in adults describe especially central sleep apneas, mixed and obstructive apneas are also seen.( 7 , 8 ) Central apneas might result from direct compression of the central respiratory components, compression of cranial nerve pairs IX and X, and afferent nerve lesion caused by syringomyelic cavities.( 9 ) Hypoventilation is defined as sustained oxygen desaturation that is not associated with obstructive apneas, hypopneas, or periodic breathing.( 10 ) Patients with daytime hypercapnia, mainly because of neuromuscular disease or ventilatory control abnormalities (obesity hypoventilation syndrome and central alveolar hypoventilation), may also have central apneas during sleep.( 11 ) Central events are characterized by a temporary cessation of the neural respiratory drive during sleep, resulting in a decrease in ventilation and changes in gas exchange.( 12 ) In general, central apneas during sleep in patients with hypercapnia should be distinguished from those occurring in patients with normocapnia or hypocapnia. Hypercapnic central sleep apnea overlaps with hypoventilation syndromes and is considered an integral part of sleep hypoventilation syndrome.( 11 )

In the case described here, there were changes in respiratory function, including a slight reduction in FVC accompanied by a reduction in expiratory reserve volume. In obese patients, there is respiratory mechanics impairment that causes changes in pulmonary function, such as increased work of breathing and reduced lung volumes. The ventilatory restriction imposed by obesity is usually mild and is attributed to the mechanical effects that accumulation of adipose tissue has on the diaphragm and chest wall: diaphragmatic excursion is impaired and chest compliance is decreased.( 13 ) The reduction in expiratory reserve volume may be detectable even in modestly overweight patients. In patients with morbid obesity, this change may be accompanied by a reduction in TLC and functional residual capacity.( 14 ) Some obese patients have alveolar hypoventilation. The mechanism through which obesity leads to hypoventilation is complex and has yet to be fully understood. Several mechanisms have been proposed, including changes in respiratory mechanics, decreased central responses to hypercapnia and hypoxia, and neurohormonal changes, such as resistance to leptin.( 15 ) Obesity hypoventilation syndrome is defined as a combination of obesity (body mass index ≥ 30 kg/m2), daytime hypercapnia, and different types of sleep-disordered breathing in the absence of other conditions that may cause alveolar hypoventilation (obstructive or restrictive lung diseases, diseases of the chest wall, and neuromuscular diseases).( 16 ) Patients with neurological disorders, including CM, may have central hypoventilation.( 17 ) However, alveolar hypoventilation associated with central apneas is not common in CM-I, and, in the present case, it is not possible to exclude the role of obesity in the changes found on arterial blood gas analysis.

Decompressive surgery usually results in a decreased number of respiratory events during sleep and reduces sleep fragmentation in a significant number of patients, with the effects being more pronounced in those with central apneas.( 3 ) However, there are reports of the emergence of central apneas after surgery.( 18 )

ASV is a form of closed-loop mechanical ventilation, pressure preset, and volume or flow cycled. It alleviates central apneas by providing dynamic (breath-by-breath) adjustment of inspiratory pressure support with a back-up rate to normalize breathing patterns. The efficacy of ASV has been established especially in the treatment of central sleep apnea syndrome associated with congestive heart failure. In central sleep apnea syndrome associated with neurological disorders (without Cheyne-Stokes respiration), the role of ASV has yet to be well established.( 19 )

The clinical case reported here demonstrates the efficacy of ASV in the treatment of central sleep apnea syndrome associated with alveolar hypoventilation in a CM-I patient, since there was complete resolution of the central events and a significant improvement in gas exchange. In addition, the case suggests that ASV may be efficacious in the treatment of central sleep apnea in CM-I patients with a history of decompressive surgery. We have found only one similar case reported in the published literature. ( 20 ) In conclusion, ASV may be an alternative to decompressive surgery in the treatment of central sleep apnea in CM-I patients

Introdução

A malformação de Chiari tipo I (MC-I) é caracterizada pelo deslocamento caudal do cerebelo e pela herniação das amígdalas cerebelares através do forâmen magno.( 1 ) Essa malformação tem sido associada a distúrbios respiratórios do sono, sobretudo à síndrome de apneia central do sono. ( 2 ) O tratamento sintomático da MC-I consiste na descompressão cirúrgica, a qual frequentemente resolve o distúrbio respiratório do sono associado.( 3 ) Relatamos um caso de síndrome de apneia central do sono grave numa doente com MC-I submetida previamente a cirurgia descompressiva, que foi tratada de forma eficaz com servoventilação adaptativa (SVA).

Relato de caso

Paciente do sexo feminino de 44 anos de idade com diagnóstico de MC-I em 2008 (Figura 1A) foi submetida a cirurgia descompressiva da fossa posterior do crânio. Foram realizadas craniectomia suboccipital, laminectomia C1-C2 e duroplastia. No pós-operatório, registraram-se as seguintes complicações: fístula de liquor, com necessidade de reintervenção com aplicação de cola biológica, e infecção da ferida operatória, que motivou limpeza cirúrgica. Doze meses após a cirurgia, verificou-se um agravamento dos sintomas neurológicos com cefaleias occipitais, vertigens, desequilíbrio na marcha, paresia facial esquerda e disfagia para líquidos. Foi realizada ressonância magnética que mostrou uma malformação óssea na junção craniovertebral associada a uma cavidade siringomiélica de C2 a C3 (Figura 1B). Um novo tratamento cirúrgico não foi efetuado dado o risco associado de depressão respiratória. Três anos após a cirurgia, a paciente foi referenciada à nossa unidade de sono por suspeita de apneia do sono. Referia sono não reparador e cefaleias matinais, mas não apresentava hipersonolência diurna (pontuação de 4 na escala de Epworth), nem sintomas sugestivos de síndrome de pernas inquietas ou de narcolepsia. Segundo informação complementar dos familiares, a paciente apresentava roncopatia e apneias presenciadas. A paciente apresentava história de hipotireoidismo, sendo medicada regularmente com levotiroxina, e não apresentava hábitos tabágicos ou etílicos.

Figura 1

Em A, imagem de ressonância magnética cerebral pré-cirurgia demonstrando malformação óssea da junção craniovertebral associada a impressão basilar e clivus encurtado. Amígdalas cerebelares baixas (Malformação de Chiari tipo I), mas sem evidência de siringomielia. Em B, imagem de ressonância magnética cerebral (T2) pós-cirurgia mostrando uma malformação óssea na junção craniovertrebral em associação a siringomielia ao nível de C2 e C3.

Ao exame físico, seu índice de massa corpórea era de 34 kg/m2, a pressão arterial sistêmica era de 127/73 mmHg, o perímetro cervical era de 46 cm, apresentando hipertrofia do palato mole (classe II no escore de Mallampati), mas sem dismorfias faciais. O restante do exame era normal.

A radiografia de tórax não mostrou alterações. Não havia evidência de comorbidades cardiovasculares (ecocardiograma e exame de Holter sem alterações). A função da tireoide era normal. A gasometria arterial indicava hipoxemia grave com hipercapnia (FiO2 = 0,21; pH = 7,35; PaO2 = 51 mmHg; PaCO2 = 56 mmHg; e SaO2 = 89%). O estudo funcional respiratório revelou uma diminuição leve da CVF com diminuição do volume de reserva expiratória e CPT preservada. A polissonografia mostrou baixa eficiência do sono (44,4%) com 333 eventos respiratórios centrais, um índice de distúrbio respiratório de 108 eventos/h e um tempo de registro com saturação da oxi-hemoglobina < 90% de 27,6% (Figura 2).

Figura 2

Registro polissonográfico inicial exibindo apneias centrais.

A paciente iniciou tratamento com SVA com um aparelho Autoset CS S9(tm) (ResMed Corp., San Diego, CA, EUA), com parâmetros de pressão de suporte máxima de 15 cmH2O, pressão de suporte mínima de 5 cmH2O, pressão expiratória de 8 cmH2O e FR de 15 ciclos/min para a síndrome de apneia central do sono. Após seis meses de tratamento, a polissonografia com SVA mostrou uma melhoria do índice de distúrbio respiratório para 4,8 eventos/h e tempo de registro com saturação da oxi-hemoglobina < 90% de 1,4% (Figura 3). Verificou-se também uma melhoria das trocas gasosas (FiO2 = 0,21; pH = 7,36; PaO2 = 69 mmHg; PaCO2 = 46 mmHg; e SaO2 = 93%).

Figura 3

Registro polissonográfico com o uso de servoventilador mostrando a correção das apneias centrais.

Discussão

A MC-I tem sido definida como um deslocamento caudal das amígdalas cerebelares acima de 5 mm através do forâmen magno e é geralmente associada a uma fossa posterior volumetricamente reduzida.( 1 ) Esses critérios radiológicos devem ser enquadrados no contexto clínico para o diagnóstico, e a ressonância magnética é o estudo de imagem mais útil. O centro respiratório responsável pelo controle da respiração situa-se no bulbo raquidiano ao nível da transição craniocervical e pode ser afetado nessa patologia, conduzindo assim a distúrbios respiratórios, especialmente durante o sono.( 4 ) Os estudos publicados na literatura têm demonstrado uma elevada prevalência de distúrbios respiratórios do sono em pacientes com MC.(5,6) Na maioria dos casos em adultos, têm sido documentadas sobretudo apneias centrais do sono, mas também têm sido reportadas apneias mistas e obstrutivas.( 7 , 8 ) As apneias centrais poderiam resultar da compressão direta dos componentes respiratórios centrais, da compressão dos pares de nervos cranianos IX e X e da lesão dos nervos aferentes pelas cavidades siringomiélicas.( 9 ) A hipoventilação é definida como a dessaturação de oxigênio de forma sustentada que não está associada a apneias obstrutivas, hipopneias ou respiração periódica.( 10 ) Os pacientes com hipercapnia diurna, principalmente devido a doença neuromuscular ou anormalidades do controle ventilatório (síndrome de hipoventilação da obesidade e hipoventilação alveolar central), podem apresentar também apneias centrais durante o sono.( 11 ) Os eventos centrais caracterizam-se pela cessação transitória do estímulo neuronal respiratório durante o sono, resultando em diminuição da ventilação e alteração das trocas gasosas.( 12 ) De um modo geral, as apneias centrais durante o sono devem ser distinguidas entre pacientes que apresentam hipercapnia e aqueles que apresentam normocapnia ou hipocapnia. A apneia central do sono hipercápnica sobrepõe-se às síndromes de hipoventilação e é considerada como uma parte integrante da síndrome de hipoventilação do sono.( 11 )

No caso descrito, existiam alterações da função respiratória, caracterizadas por uma redução ligeira da CVF acompanhada da diminuição do volume de reserva expiratória. No paciente obeso há um comprometimento da mecânica respiratória que provoca alterações da função pulmonar, com o aumento do trabalho respiratório e a redução dos volumes pulmonares. A restrição ventilatória associada à obesidade é geralmente leve e é atribuída aos efeitos mecânicos da acumulação de tecido adiposo sobre o diafragma e a parede torácica: a excursão do diafragma é prejudicada e a complacência torácica encontra-se diminuída. ( 13 ) A redução do volume de reserva expiratória pode ser detectável mesmo em pacientes com um aumento modesto de peso. Em casos de obesidade mórbida, essa alteração pode ser acompanhada de uma redução da CPT e da capacidade residual funcional.( 14 ) Alguns pacientes obesos apresentam hipoventilação alveolar. O mecanismo pelo qual a obesidade conduz à hipoventilação é complexo e não se encontra totalmente compreendido. Vários mecanismos têm sido propostos, incluindo alteração da mecânica ventilatória, respostas centrais diminuídas para hipercapnia e hipóxia e alterações neuro-hormonais, como resistência à leptina.( 15 ) A síndrome de obesidade/hipoventilação é definida como uma combinação de obesidade (índice de massa corpórea ≥ 30 kg/m2), hipercapnia diurna e vários tipos de distúrbios respiratórios do sono após a exclusão de outras patologias que podem originar hipoventilação alveolar (doenças pulmonares obstrutivas ou restritivas, patologias da parede torácica e doenças neuromusculares).( 16 ) Pacientes com distúrbios neurológicos, incluindo a MC, podem apresentar hipoventilação central. ( 17 ) Contudo, a hipoventilação alveolar associada a apneias centrais não é frequente na MC-I, e, no presente caso, não se pode excluir o papel da obesidade nas alterações observadas na gasometria arterial.

A cirurgia descompressiva habitualmente resulta na diminuição dos eventos respiratórios durante o sono e reduz a fragmentação do sono em um número significativo de pacientes, efeitos mais pronunciados naqueles com apneias centrais. ( 3 ) No entanto, há relatos de aparecimento de apneias centrais após cirurgia.( 18 )

A SVA é um modo ventilatório controlado por pressão e em ciclos por volume ou pico de fluxo. A SVA corrige as apneias centrais, fornecendo um ajuste dinâmico (respiração por respiração) da pressão de suporte inspiratória com uma frequência respiratória de backup para normalizar o padrão respiratório. A eficácia da SVA tem sido demonstrada sobretudo no tratamento da síndrome de apneia central do sono associada a insuficiência cardíaca congestiva. Na síndrome de apneia central do sono associada a distúrbios neurológicos (sem respiração periódica do tipo Cheyne-Stokes), o papel da SVA não se encontra ainda bem estabelecido.( 19 )

O caso clínico demonstra a eficácia da SVA no tratamento da síndrome de apneia central do sono associada a hipoventilação alveolar em uma paciente com MC-I, pois observou-se uma completa resolução dos eventos centrais e uma melhoria significativa das trocas gasosas. Além disso, o caso sugere que a SVA pode ser eficaz no tratamento de apneia central do sono associada a MC-I após a descompressão cirúrgica. Na literatura publicada, foi encontrada apenas uma referência a um caso clínico idêntico.( 20 ) Desse modo, a SVA pode ser uma alternativa à cirurgia descompressiva no tratamento da apneia central do sono associada a MC-I.