Differential effects of sodium oxybate and baclofen on EEG, sleep, neurobehavioral performance, and memory.

STUDY OBJECTIVES: Sodium oxybate (SO) is a GABA(B) agonist used to treat the sleep disorder narcolepsy. SO was shown to increase slow wave sleep (SWS) and EEG delta power (0.75-4.5 Hz), both indexes of NREM sleep (NREMS) intensity and depth, suggesting that SO enhances recuperative function of NREM. We investigated whether SO induces physiological deep sleep. DESIGN: SO was administered before an afternoon nap or before the subsequent experimental night in 13 healthy volunteers. The effects of SO were compared to baclofen (BAC), another GABA(B) receptor agonist, to assess the role of GABA(B) receptors in the SO response. MEASUREMENTS AND RESULTS: As expected, a nap significantly decreased sleep need and intensity the subsequent night. Both drugs reversed this nap effect on the subsequent night by decreasing sleep latency and increasing total sleep time, SWS during the first NREMS episode, and EEG delta and theta (0.75-7.25 Hz) power during NREMS. The SO-induced increase in EEG delta and theta power was, however, not specific to NREMS and was also observed during REM sleep (REMS) and wakefulness. Moreover, the high levels of delta power during a nap following SO administration did not affect delta power the following night. SO and BAC taken before the nap did not improve subsequent psychomotor performance and subjective alertness, or memory consolidation. Finally, SO and BAC strongly promoted the appearance of sleep onset REM periods. CONCLUSIONS: The SO-induced EEG slow waves seem not to be functionally similar to physiological slow waves. Our findings also suggest a role for GABA(B) receptors in REMS generation. CITATION: Vienne J; Lecciso G; Constantinescu I; Schwartz S; Franken P; Heinzer R; Tafti M. Differential effects of sodium oxybate and baclofen on EEG, sleep, neurobehavioral performance, and memory. SLEEP 2012;35(8):1071-1084.

Ontogeny of Sleeping in Color - Linking melanism to sleep architecture and rhythmicity variation in wild barn owl nestlings

The function of sleep remains unknown. To gain insight into the function of sleep in natural conditions, I assessed variation in sleep architecture and its link with fitness-related phenotypic traits. I considered melanin-based coloration because its underlying genetic basis is very well known giving an opportunity to examine whether some genes pleiotropically regulate both coloration and sleep. The melanocortin system is known to generate covariation between melanin-based coloration and other phenotypes like behaviour, physiology and life history traits. I investigated whether this system of genes could participate in the co-expression of coloration and sleep. I carried out a study with nestling barn owls (Tyto alba) in order to tackle the potential link between variation in color traits and the ontogeny of sleep under natural conditions. For this I established a suitable method for recording the brain activity (electroencephalogram) of owls in nature. Birds are especially interesting, because they convergently evolved sleep states similar to those exhibited by mammals. As in mammals, I found that in owlets time spent in rapid eye movement (REM) sleep declines with age, a relationship thought to eflect developmental changes in the brain. Thus this developmental trajectory appears to reflect a fundamental feature of sleep. Additionally, I discovered an association between a gene involved in melanism expressed in the feather follicles (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2) and the age-related changes in sleep in the brain. Nestlings with higher expression levels of PCSK2 showed a more precocial pattern of sleep development and a higher degree of melanin-based coloration compared to nestlings with lower PCSK2 expression. Also sleep architecture and the development of rhythmicity in brain and physical activity was related to plumage traits of the nestlings and their biological parents. This pattern during ontogeny might reflect differences in life l history strategies, antipredator behaviour and developmental pace. Therefore, differently colored individuals may differentially deal with trade-offs between the costs and benefits of sleep which in turn lead to differences in brain organization and ultimately fitness. These results should stimulate evolutionary biologists to consider sleep as a major life history trait. Résumé La fonction du sommeil reste inconnue. Afin d'acquérir une meilleur compréhension de la fonction du sommeil dans les conditions naturelles, j'ai analysé la variation dans l'architecture du sommeil et son lien avec d'autres traits phénotypiques liés au succès reproducteur (fitness). J'ai choisi et examiné la coloration mélanique, car ses bases génétiques sont bien connues et il est ainsi possible d'étudier si certains gènes, de façon pléiotropique régulent à la fois la coloration et le sommeil. J'ai exploré si ce système génétique était impliqué dans la co-expression de la coloration et du sommeil. J'ai effectué mon étude sur des poussins de chouette effraie (Tyto alba) en condition naturelle, pour rechercher ce lien potentiel entre la variation de la coloration et l'ontogenèse du sommeil. Dans ce but, j'ai établi une méthodologie permettant d'enregistrer l'activité cérébrale (électroencéphalogramme) des chouettes dans la nature. Les oiseaux sont particulièrement intéressants car ils ont développé, par évolution convergente, des phases de sommeil similaires à celles des mammifères. De manière semblable à ce qui a été montré chez les mammifères, j'ai découvert que le temps passé dans le sommeil paradoxal diminue avec l'âge des poussins. On pense que ceci est dû aux changements développementaux au niveau du cerveau. Cette trajectoire développementale semble refléter une caractéristique fondamentale du sommeil. J'ai également découvert une association entre l'un des gènes impliqué dans le mélanisme, exprimé dans les follicules plumeux (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), et les changements dans la structure du sommeil avec l'âge. Les poussins ayant un niveau d'expression génétique élevé de la PCSK2 présentent une structure du sommeil plus précoce et un taux de coloration dû à la mélanine plus élevé que des poussins avec un niveau d'expression moindre de la PCSK2. L'architecture du sommeil et le développement de la rythmicité dans le cerveau ainsi que l'activité physique sont également liés à la coloration des plumes des poussins et pourraient ainsi refléter des différences de stratégies d'histoire de vie, de comportements anti-prédateur et de vitesses développementales. Ainsi, des individus de coloration différente sembleraient traiter différemment les coûts et les bénéfices du sommeil, ce qui aurait des conséquences sur l'organisation cérébrale et pour finir, sur le succès reproducteur. Ces résultats devraient encourager les biologistes évolutionnistes à considérer le sommeil comme un important trait d'histoire de vie. Zusammenfassung Die Funktion von Schlaf ist noch unbekannt. Um mehr Einsicht in diese unter natürlichen Bedingungen zu bekommen, habe ich die Variation in der Schlafarchitektur und die Verknüpfung mit phänotypischen Merkmalen, die mit der Fitness zusammenhängen, studiert. Ich habe mir melanin-basierte Färbung angesehen, da die zugrunde liegende genetische Basis bekannt ist und somit die Möglichkeit gegeben ist, zu untersuchen, ob einige Gene beides regulieren, Färbung und Schlaf. Das melanocortin System generiert eine Kovariation zwischen melanin-basierter Färbung und anderen phänotypischer Merkmale wie Verhalten, Physiologie und Überlebensstrategien. Ich habe untersucht, ob dieses Gensystem an einer gleichzeitigen Steuerung von Färbung und Schlaf beteiligt ist. Dazu habe ich Schleiereulen (Tyto alba) studiert um einen möglichen Zusammenhang zwischen der Variation in der Pigmentierung und der Entwicklung des Schlafs unter natürlichen Bedingungen zu entdecken. Für diese Studie entwickelte ich eine Methode um die Gehirnaktivität (Elektroenzephalogramm) bei Eulen in der Natur aufzunehmen. Vögel sind besonders interessant, da sie die gleichen Schlafstadien aufweisen wie Säugetiere und diese unabhängig konvergent entwickelt haben. Genauso wie bei Säugetieren nahm die Dauer des sogenannten ,,rapid eye movement" (REM) - Schlafes mit zunehmendem Alter ab. Es wird angenommen, dass dieser Zusammenhang die Entwicklung des Gehirns widerspiegelt. Daher scheint dieses Entwicklungsmuster ein fundamentaler Aspekt von Schlaf zu sein. Zusätzlich entdeckte ich einen Zusammenhang zwischen der Aktivität eines Gens in den Federfollikeln (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), das für die Ausprägung schwarzer Punkte auf den Federn der Eulen verantwortlich ist, und den altersabhängigen Änderungen im Schlafmuster im Gehirn. Küken mit höherer Aktivität von PCSK2 zeigten eine frühreifere Schlafentwicklung und eine dunklere Färbung als Küken mit niedriger PCSK2 Aktivität. Die Architekture des Schlafes und die Entwicklung der Rhythmik im Gehirn und die der physischen Aktivität ist mit der Färbung des Gefieders von den Küken und ihren Eltern verknüpft. Dieses Muster während der Entwicklung kann Unterschiede in Überlebensstrategien, Feindabwehrverhalten und in der Entwicklungsgeschwindigkeit reflektieren. Unterschiedlich gefärbte Individuen könnten unterschiedliche Strategien haben um zwischen den Kosten und Nutzen von Schlaf zu entscheiden, was zu Unterschieden in der Gehirnstruktur führen kann und letztendlich zur Fitness. Diese Ergebnisse sollten Evolutionsbiologen stimulieren Schlaf als einen wichtigen Bestandteil des Lebens zu behandeln.

Sleep and vigilance linked to melanism in wild barn owls.

Understanding the function of variation in sleep requires studies in the natural ecological conditions in which sleep evolved. Sleep has an impact on individual performance and hence may integrate the costs and benefits of investing in processes that are sensitive to sleep, such as immunity or coping with stress. Because dark and pale melanic animals differentially regulate energy homeostasis, immunity and stress hormone levels, the amount and/or organization of sleep may covary with melanin-based colour. We show here that wild, cross-fostered nestling barn owls (Tyto alba) born from mothers displaying more black spots had shorter non-REM (rapid eye movement) sleep bouts, a shorter latency until the occurrence of REM sleep after a bout of wakefulness and more wakefulness bouts. In male nestlings, the same sleep traits also correlated with their own level of spotting. Because heavily spotted male nestlings and the offspring of heavily spotted biological mothers switched sleep-wakefulness states more frequently, we propose the hypothesis that they could be also behaviourally more vigilant. Accordingly, nestlings from mothers displaying many black spots looked more often towards the nest entrance where their parents bring food and towards their sibling against whom they compete. Owlets from heavily spotted mothers might invest more in vigilance, thereby possibly increasing associated costs due to sleep fragmentation. We conclude that different strategies of the regulation of brain activity have evolved and are correlated with melanin-based coloration.

Positional therapy for obstructive sleep apnea: an objective measurement of patients' usage and efficacy at home.

BACKGROUND: Positional therapy that prevents patients from sleeping supine has been used for many years to manage positional obstructive sleep apnea (OSA). However, patients' usage at home and the long term efficacy of this therapy have never been objectively assessed. METHODS: Sixteen patients with positional OSA who refused or could not tolerate continuous positive airway pressure (CPAP) were enrolled after a test night study (T0) to test the efficacy of the positional therapy device. The patients who had a successful test night were instructed to use the device every night for three months. Nightly usage was monitored by an actigraphic recorder placed inside the positional device. A follow-up night study (T3) was performed after three months of positional therapy. RESULTS: Patients used the device on average 73.7 ± 29.3% (mean ± SD) of the nights for 8.0 ± 2.0 h/night. 10/16 patients used the device more than 80% of the nights. Compared to the baseline (diagnostic) night, mean apnea-hypopnea index (AHI) decreased from 26.7 ± 17.5 to 6.0 ± 3.4 with the positional device (p<0.0001) during T0 night. Oxygen desaturation (3%) index also fell from 18.4 ± 11.1 to 7.1 ± 5.7 (p = 0.001). Time spent supine fell from 42.8 ± 26.2% to 5.8 ± 7.2% (p < 0.0001). At three months (T3), the benefits persisted with no difference in AHI (p = 0.58) or in time spent supine (p = 0.98) compared to T0 night. The Epworth sleepiness scale showed a significant decrease from 9.4 ± 4.5 to 6.6 ± 4.7 (p = 0.02) after three months. CONCLUSIONS: Selected patients with positional OSA can be effectively treated by a positional therapy with an objective compliance of 73.7% of the nights and a persistent efficacy after three months.

Pulse wave amplitude drops during sleep are reliable surrogate markers of changes in cortical activity

Rapport de synthèseLe syndrome d'apnées obstructives du sommeil (SAOS) est une pathologie respiratoire fréquente. Sa prévalence est estimée entre 2 et 5% de la population adulte générale. Ses conséquences sont importantes. Notamment, une somnolence diurne, des troubles de la concentration, des troubles de la mémoire et une augmentation du risque d'accident de la route et du travail. Il représente également un facteur de risque cardiovasculaire indépendant.Ce syndrome est caractérisé par la survenue durant le sommeil d'obstructions répétées des voies aériennes supérieures. L'arrêt ou la diminution d'apport en oxygène vers les poumons entraîne des épisodes de diminution de la saturation en oxygène de l'hémoglobine. Les efforts ventilatoires visant à lever l'obstacle présent sur les voies aériennes causent de fréquents réveils à l'origine d'une fragmentation du sommeil.La polysomnographie (PSG) représente le moyen diagnostic de choix. Il consiste en l'enregistrement dans un laboratoire du sommeil et en présence d'un technicien diplômé, du tracé électroencéphalographique (EEG), de l'électrooculogramme (EOG), de l'électromyogramme mentonnier (EMG), du flux respiratoire nasal, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de l'électrocardiogramme (ECG), des mouvements thoraciques et abdominaux, de la position du corps et des mouvements des jambes. L'examen est filmé par caméra infrarouge et les sons sont enregistrés.Cet examen permet entre autres mesures, de déterminer les événements respiratoires obstructifs nécessaires au diagnostic de syndrome d'apnée du sommeil. On définit une apnée lors d'arrêt complet du débit aérien durant au moins 10 secondes et une hypopnée en cas, soit de diminution franche de l'amplitude du flux respiratoire supérieure à 50% durant au moins 10 secondes, soit de diminution significative (20%) de l'amplitude du flux respiratoire pendant au minimum 10 secondes associée à un micro-éveil ou à une désaturation d'au moins 3% par rapport à la ligne de base. La détection des micro-éveils se fait en utilisant les dérivations électroencéphalographiques, électromyographiques et électrooculographiques. Il existe des critères visuels de reconnaissance de ces éveils transitoire: apparition de rythme alpha (8.1 à 12.0 Hz) ou beta (16 à 30 Hz) d'une durée supérieure à 3 secondes [20-21].Le diagnostic de S AOS est retenu si l'on retrouve plus de 5 événements respiratoires obstructifs par heure de sommeil associés soit à une somnolence diurne évaluée selon le score d'Epworth ou à au moins 2 symptômes parmi les suivants: sommeil non réparateur, étouffements nocturne, éveils multiples, fatigue, troubles de la concentration. Le S AOS est gradué en fonction du nombre d'événements obstructifs par heure de sommeil en léger (5 à 15), modéré (15 à 30) et sévère (>30).La polysomnographie (PSG) comporte plusieurs inconvénients pratiques. En effet, elle doit être réalisée dans un laboratoire du sommeil avec la présence permanente d'un technicien, limitant ainsi son accessibilité et entraînant des délais diagnostiques et thérapeutiques. Pour ces mêmes raisons, il s'agit d'un examen onéreux.La polygraphie respiratoire (PG) représente l'alternative diagnostique au gold standard qu'est l'examen polysomnographique. Cet examen consiste en l'enregistrement en ambulatoire, à savoir au domicile du patient, du flux nasalrespiratoire, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de la position du corps et du ronflement (par mesure de pression).En raison de sa sensibilité et sa spécificité moindre, la PG reste recommandée uniquement en cas de forte probabilité de SAOS. Il existe deux raisons principales à l'origine de la moindre sensibilité de l'examen polygraphique. D'une part, du fait que l'état de veille ou de sommeil n'est pas déterminé avec précision, il y a dilution des événements respiratoires sur l'ensemble de l'enregistrement et non sur la période de sommeil uniquement. D'autre part, en l'absence de tracé EEG, la quantification des micro-éveils est impossible. Il n'est donc pas possible dans l'examen poly graphique, de reconnaître une hypopnée en cas de diminution de flux respiratoire de 20 à 50% non associée à un épisode de désaturation de l'hémoglobine de 3% au moins. Alors que dans l'examen polysomnographique, une telle diminution du flux respiratoire pourrait être associée à un micro-éveil et ainsi comptabilisée en tant qu'hypopnée.De ce constat est né la volonté de trouver un équivalent de micro-éveil en polygraphie, en utilisant les signaux à disposition, afin d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique.Or plusieurs études ont démontrés que les micro-éveils sont associés à des réactions du système nerveux autonome. Lors des micro-éveils, on met en évidence la survenue d'une vasoconstriction périphérique. La variation du tonus sympathique associée aux micro-éveils peut être mesurée par différentes méthodes. Les variations de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie représentant un marqueur fiable de la vasoconstriction périphérique associée aux micro-réveils, il paraît donc opportun d'utiliser ce marqueur autonomique disponible sur le tracé des polygraphies ambulatoires afin de renforcer la sensibilité de cet examen.Le but de l'étude est d'évaluer la sensibilité des variations de l'amplitude de l'onde de pouls pour détecter des micro-réveils corticaux afin de trouver un moyen d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique et de renforcer ainsi sont pouvoir diagnostic.L'objectif est de démontrer qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde pouls est concomitante à une activation corticale correspondant à un micro¬réveil. Cette constatation pourrait permettre de déterminer une hypopnée, en polygraphie, par une diminution de 20 à 50% du flux respiratoire sans désaturation de 3% mais associée à une baisse significative de l'amplitude de pouls en postulant que l'événement respiratoire a entraîné un micro-réveil. On retrouve par cette méthode les mêmes critères de scoring d'événements respiratoires en polygraphie et en polysomnographie, et l'on renforce la sensibilité de la polygraphie par rapport au gold standard polysomnographique.La méthode consiste à montrer en polysomnographie qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie est associée à une activation du signal électroencéphalographique, en réalisant une analyse spectrale du tracé EEG lors des baisses d'amplitude du signal d'onde de pouls.Pour ce faire nous avons réalisé une étude rétrospective sur plus de 1000 diminutions de l'amplitude de l'onde de pouls sur les tracés de 10 sujets choisis de manière aléatoire parmi les patients référés dans notre centre du sommeil (CIRS) pour suspicion de trouble respiratoire du sommeil avec somnolence ou symptomatologie diurne.Les enregistrements nocturnes ont été effectués de manière standard dans des chambres individuelles en utilisant le système d'acquisition Embla avec l'ensemble des capteurs habituels. Les données ont été par la suite visuellement analysées et mesurées en utilisant le software Somnologica version 5.1, qui fournit un signal de l'amplitude de l'onde de pouls (puise wave amplitude - PWA).Dans un premier temps, un technicien du sommeil a réalisé une analyse visuelle du tracé EEG, en l'absence des données du signal d'amplitude d'onde de pouls. Il a déterminé les phases d'éveil et de sommeil, les stades du sommeil et les micro¬éveils selon les critères standards. Les micro-éveils sont définis lors d'un changement abrupt dans la fréquence de l'EEG avec un pattern d'ondes thêta-alpha et/ou une fréquence supérieure à 16 Hz (en l'absence de fuseau) d'une durée d'au minimum trois secondes. Si cette durée excède quinze secondes, l'événement correspond à un réveil.Puis, deux investigateurs ont analysé le signal d'amplitude d'onde de pouls, en masquant les données du tracé EEG qui inclut les micro-éveils. L'amplitude d'onde de pouls est calculée comme la différence de valeur entre le zénith et le nadir de l'onde pour chaque cycle cardiaque. Pour chaque baisse de l'amplitude d'onde de pouls, la plus grande et la plus petite amplitude sont déterminées et le pourcentage de baisse est calculé comme le rapport entre ces deux amplitudes. On retient de manière arbitraire une baisse d'au moins 20% comme étant significative. Cette limite a été choisie pour des raisons pratiques et cliniques, dès lors qu'elle représentait, à notre sens, la baisse minimale identifiable à l'inspection visuelle. Chaque baisse de PWA retenue est divisée en 5 périodes contiguës de cinq secondes chacune. Deux avant, une pendant et deux après la baisse de PWA.Pour chaque période de cinq secondes, on a pratiqué une analyse spectrale du tracé EEG correspondant. Le canal EEG C4-A1 est analysé en utilisant la transformée rapide de Fourier (FFT) pour chaque baisse de PWA et pour chaque période de cinq secondes avec une résolution de 0.2 Hz. La distribution spectrale est catégorisée dans chaque bande de fréquence: delta (0.5 à 4.0 Hz); thêta (4.1 à 8.0Hz); alpha (8.1 à 12.0 Hz); sigma (12.1 à 16 Hz) et beta (16.1 à 30.0 Hz). La densité de puissance (power density, en μΥ2 ) pour chaque bande de fréquence a été calculée et normalisée en tant que pourcentage de la puissance totale. On a déterminé, ensuite, la différence de densité de puissance entre les 5 périodes par ANOVA on the rank. Un test post hoc Tukey est été utilisé pour déterminer si les différences de densité de puissance étaient significatives. Les calculs ont été effectués à l'aide du software Sigmastat version 3.0 (Systat Software San Jose, California, USA).Le principal résultat obtenu dans cette étude est d'avoir montré une augmentation significative de la densité de puissance de l'EEG pour toutes les bandes de fréquence durant la baisse de l'amplitude de l'onde de pouls par rapport à la période avant et après la baisse. Cette augmentation est par ailleurs retrouvée dans la plupart des bande de fréquence en l'absence de micro-réveil visuellement identifié.Ce résultat témoigné donc d'une activation corticale significative associée à la diminution de l'onde de pouls. Ce résulat pourrait permettre d'utiliser les variations de l'onde de pouls dans les tracés de polygraphie comme marqueur d'une activation corticale. Cependant on peut dire que ce marqueur est plus sensible que l'analyse visuelle du tracé EEG par un technicien puisque qu'on notait une augmentation de lactivité corticale y compris en l'absence de micro-réveil visuellement identifié. L'application pratique de ces résultats nécessite donc une étude prospective complémentaire.

Stimulus-induced, sleep-bound, focal seizures: a case report.

STUDY OBJECTIVES: In nocturnal frontal lobe epilepsy (NFLE), seizures occur almost exclusively during NREM sleep. Why precisely these seizures are sleep-bound remains unknown. Studies of patients with nonlesional familial forms of NFLE have suggested the arousal system may play a major role in their pathogenesis. We report the case of a patient with pharmaco-resistant, probably cryptogenic form of non-familial NFLE and strictly sleep-bound seizures that could be elicited by alerting stimuli and were associated with ictal bilateral thalamic and right orbital-insular hyperperfusion on SPECT imaging. DESIGN: Case report. SETTING: University Hospital Zurich. PATIENTS OR PARTICIPANTS: One patient with pharmaco-resistant epilepsy. CONCLUSION: This case shows that the arousal system plays a fundamental role also in cryptogenic non-familial forms of NFLE.

The effects of gamma-hydroxybutyrate, baclofen and GABAB receptors on brain activity and sleep in mice and humans

Currently, there is an increased interest in γ-hydroxybutyric acid (GHB) and its effects onsleep. This compound, sometimes referred to as 'rape drug', was recently approved as atreatment for the sleep disorder narcolepsy. Although several studies suggest that GHBinduces slow-wave sleep duration and improves sleep quality by increasing EEG slow-waveactivity, others question its ability to induce physiological sleep. GHB's mechanism of actionis still unclear, although in vivo and in vitro it seems to act at high doses as a low-affinityagonist of GABAB receptors. Furthermore, the role GABAB receptors play in sleep and theelectroencephalogram (EEG) is largely unknown.The aim of this project was therefore to investigate the effects of GHB on sleep and EEG, theinvolvement of GABAB receptors in mediating these effects, as well as the intrinsic role ofeach GABAB receptor subunit in the regulation of sleep. Thus, we administered GHB andbaclofen (BAC, a high-affinity agonist at GABAB receptor) to mice lacking the different GABABreceptor subunits and to healthy human volunteers.Our results, both in mice and humans, showed that GHB produced slow waves exclusivelythrough the stimulation of GABAB receptors, but did not induce physiological sleepnecessary to reduce sleep need and to increase cognitive performance. Unlike GHB, BACaffected the homeostatic regulation of sleep (sleep need) and induced a delayedhypersomnia. Finally, GABAB receptor and its subunits seem to play an important role insleep and in particular its circadian distribution.

Five years of sleep apnea treatment with a mandibular advancement device. Side effects and technical complications

Objective: To determine the variation in prevalence of temporomandibular disorders (TMD), other side effects, and technical complications during 5 years of sleep apnea treatment with a mandibular advancement device. Materials and Methods: Forty patients diagnosed with obstructive sleep apnea received an adjustable appliance at 70% of the maximum protrusion. The protrusion was then progressively increased. TMD (diagnosed according to the Research Diagnostic Criteria for TMD), overjet, overbite, occlusal contacts, subjective side effects, and technical complications were recorded before and a mean of 14, 21, and 58 months after treatment and analyzed by the Wilcoxon test (P Less-than .05). Results: Fifteen patients still used the oral appliance at the 5-year follow-up, and no significant variation in TMD prevalence was observed. Subjective side effects were common, and a significant reduction was found in overjet, overbite, and in the number of occlusal contacts. Furthermore, the patients made a mean of 2.5 unscheduled dental visits per year and a mean of 0.8 appliance repairs/relines per year by a dental technician. The most frequent unscheduled visits were needed during the first year and were a result of acrylic breakage on the lateral telescopic attachment, poor retention, and other adjustments to improve comfort. Conclusions: Five-year oral appliance treatment does not affect TMD prevalence but is associated with permanent occlusal changes in most sleep apnea patients during the first 2 years. Patients seek several unscheduled visits, mainly because of technical complications.

Planning sleep-related animal and translational research

With the aim of improving human health, scientists have been using an approach referred to as translational research, in which they aim to convey their laboratory discoveries into clinical applications to help prevent and cure disease. Such discoveries often arise from cellular, molecular, and physiological studies that progress to the clinical level. Most of the translational work is done using animal models that share common genes, molecular pathways, or phenotypes with humans. In this article, we discuss how translational work is carried out in various animal models and illustrate its relevance for human sleep research and sleep-related disorders.

Magnetoencephalography demonstrates multiple asynchronous generators during human sleep spindles.

Sleep spindles are approximately 1 s bursts of 10-16 Hz activity that occur during stage 2 sleep. Spindles are highly synchronous across the cortex and thalamus in animals, and across the scalp in humans, implying correspondingly widespread and synchronized cortical generators. However, prior studies have noted occasional dissociations of the magnetoencephalogram (MEG) from the EEG during spindles, although detailed studies of this phenomenon have been lacking. We systematically compared high-density MEG and EEG recordings during naturally occurring spindles in healthy humans. As expected, EEG was highly coherent across the scalp, with consistent topography across spindles. In contrast, the simultaneously recorded MEG was not synchronous, but varied strongly in amplitude and phase across locations and spindles. Overall, average coherence between pairs of EEG sensors was approximately 0.7, whereas MEG coherence was approximately 0.3 during spindles. Whereas 2 principle components explained approximately 50% of EEG spindle variance, >15 were required for MEG. Each PCA component for MEG typically involved several widely distributed locations, which were relatively coherent with each other. These results show that, in contrast to current models based on animal experiments, multiple asynchronous neural generators are active during normal human sleep spindles and are visible to MEG. It is possible that these multiple sources may overlap sufficiently in different EEG sensors to appear synchronous. Alternatively, EEG recordings may reflect diffusely distributed synchronous generators that are less visible to MEG. An intriguing possibility is that MEG preferentially records from the focal core thalamocortical system during spindles, and EEG from the distributed matrix system.

Abatacept improves health-related quality of life, pain, sleep quality, and daily participation in subjects with juvenile idiopathic arthritis.

OBJECTIVE: To assess health-related quality of life (HRQOL) in abatacept-treated children/adolescents with juvenile idiopathic arthritis (JIA). METHODS: In this phase III, double-blind, placebo-controlled trial, subjects with active polyarticular course JIA and an inadequate response/intolerance to ≥1 disease-modifying antirheumatic drug (including biologics) received abatacept 10 mg/kg plus methotrexate (MTX) during the 4-month open-label period (period A). Subjects achieving the American College of Rheumatology Pediatric 30 criteria for improvement (defined "responders") were randomized to abatacept or placebo (plus MTX) in the 6-month double-blind withdrawal period (period B). HRQOL assessments included 15 Child Health Questionnaire (CHQ) health concepts plus the physical (PhS) and psychosocial summary scores (PsS), pain (100-mm visual analog scale), the Children's Sleep Habits Questionnaire, and a daily activity participation questionnaire. RESULTS: A total of 190 subjects from period A and 122 from period B were eligible for analysis. In period A, there were substantial improvements across all of the CHQ domains (greatest improvement was in pain/discomfort) and the PhS (8.3 units) and PsS (4.3 units) with abatacept. At the end of period B, abatacept-treated subjects had greater improvements versus placebo in all domains (except behavior) and both summary scores. Similar improvement patterns were seen with pain and sleep. For participation in daily activities, an additional 2.6 school days/month and 2.3 parents' usual activity days/month were gained in period A responders with abatacept, and further gains were made in period B (1.9 versus 0.9 [P = 0.033] and 0.2 versus -1.3 [P = 0.109] school days/month and parents' usual activity days/month, respectively, in abatacept- versus placebo-treated subjects). CONCLUSION: Improvements in HRQOL were observed with abatacept, providing real-life tangible benefits to children with JIA and their parents/caregivers.

NR2A at CA1 synapses is obligatory for the susceptibility of hippocampal plasticity to sleep loss.

A loss in the necessary amount of sleep alters expression of genes and proteins implicated in brain plasticity, but key proteins that render neuronal circuits sensitive to sleep disturbance are unknown. We show that mild (4-6 h) sleep deprivation (SD) selectively augmented the number of NR2A subunits of NMDA receptors on postsynaptic densities of adult mouse CA1 synapses. The greater synaptic NR2A content facilitated induction of CA3-CA1 long-term depression in the theta frequency stimulation range and augmented the synaptic modification threshold. NR2A-knock-out mice maintained behavioral response to SD, including compensatory increase in post-deprivation resting time, but hippocampal synaptic plasticity was insensitive to sleep loss. After SD, the balance between synaptically activated and slowly recruited NMDA receptor pools during temporal summation was disrupted. Together, these results indicate that NR2A is obligatory for the consequences of sleep loss on hippocampal synaptic plasticity. These findings could advance pharmacological strategies aiming to sustain hippocampal function during sleep restriction.

Differential effects of GABAB receptor subtypes, {gamma}-hydroxybutyric Acid, and Baclofen on EEG activity and sleep regulation.

The role of GABA(B) receptors in sleep is still poorly understood. GHB (γ-hydroxybutyric acid) targets these receptors and is the only drug approved to treat the sleep disorder narcolepsy. GABA(B) receptors are obligate dimers comprised of the GABA(B2) subunit and either one of the two GABA(B1) subunit isoforms, GABA(B1a) and GABA(B1b). To better understand the role of GABA(B) receptors in sleep regulation, we performed electroencephalogram (EEG) recordings in mice devoid of functional GABA(B) receptors (1(-/-) and 2(-/-)) or lacking one of the subunit 1 isoforms (1a(-/-) and 1b(-/-)). The distribution of sleep over the day was profoundly altered in 1(-/-) and 2(-/-) mice, suggesting a role for GABA(B) receptors in the circadian organization of sleep. Several other sleep and EEG phenotypes pointed to a more prominent role for GABA(B1a) compared with the GABA(B1b) isoform. Moreover, we found that GABA(B1a) protects against the spontaneous seizure activity observed in 1(-/-) and 2(-/-) mice. We also evaluated the effects of the GHB-prodrug GBL (γ-butyrolactone) and of baclofen (BAC), a high-affinity GABA(B) receptor agonist. Both drugs induced a state distinct from physiological sleep that was not observed in 1(-/-) and 2(-/-) mice. Subsequent sleep was not affected by GBL whereas BAC was followed by a delayed hypersomnia even in 1(-/-) and 2(-/-) mice. The differential effects of GBL and BAC might be attributed to differences in GABA(B)-receptor affinity. These results also indicate that all GBL effects are mediated through GABA(B) receptors, although these receptors do not seem to be involved in mediating the BAC-induced hypersomnia.

Effect of transnasal insufflation on sleep disordered breathing in acute stroke: a preliminary study.

BACKGROUND AND PURPOSE: Sleep disordered breathing (SDB) is frequent in acute stroke patients and is associated with early neurologic worsening and poor outcome. Although continuous positive airway pressure (CPAP) effectively treats SDB, compliance is low. The objective of the present study was to assess the tolerance and the efficacy of a continuous high-flow-rate air administered through an open nasal cannula (transnasal insufflation, TNI), a less-intrusive method, to treat SDB in acute stroke patients. METHODS: Ten patients (age, 56.8 ± 10.7 years), with SDB ranging from moderate to severe (apnea-hypopnea index, AHI, >15/h of sleep) and on a standard sleep study at a mean of 4.8 ± 3.7 days after ischemic stroke (range, 1-15 days), were selected. The night after, they underwent a second sleep study while receiving TNI (18 L/min). RESULTS: TNI was well tolerated by all patients. For the entire group, TNI decreased the AHI from 40.4 ± 25.7 to 30.8 ± 25.7/h (p = 0.001) and the oxygen desaturation index >3% from 40.7 ± 28.4 to 31 ± 22.5/h (p = 0.02). All participants except one showed a decrease in AHI. The percentage of slow-wave sleep significantly increased with TNI from 16.7 ± 8.2% to 22.3 ± 7.4% (p = 0.01). There was also a trend toward a reduction in markers of sleep disruption (number of awakenings, arousal index). CONCLUSIONS: TNI improves SDB indices, and possibly sleep parameters, in stroke patients. Although these changes are modest, our findings suggest that TNI is a viable treatment alternative to CPAP in patients with SDB in the acute phase of ischemic stroke.