MATERIALE E METODO - Sonno e funzioni cognitive in pazienti con mild cognitive impairment

Popolazione e valutazione clinica

I pazienti sono stati selezionati tra coloro che afferivano al Centro per i Disturbi Cognitivi della Clinica Neurologica del Dipartimento di Neuroscienze dell’Università di Pisa e che rispondevano ai criteri per la diagnosi di MCI amnesico secondo Petersen (Petersen et al., 2004).

I pazienti sono stati sottoposti ad un esame clinico e ad una valutazione neuropsicologica e neuroradiologica (RM encefalo), al fine di escludere forme di deterioramento cognitivo secondarie a lesioni focali.

La batteria di test neuropsicologici per la valutazione delle funzioni cognitive comprendeva:

· memoria verbale: Digit Span Avanti (Orsini et al., 1987), Test delle 15 parole di Rey (rievocazione immediata e differita) (Carlesimo et al., 1996) e Memoria di Prosa (Carlesimo et al., 2001);

· memoria visuo-spaziale: Span Spaziale (Orsini et al., 1987) e Apprendimento Supraspan Spaziale (De Renzi, 1975), Test della Figura Complessa di Rey (Carlesimo et al., 2001) e Trail Making Test (A,B) (Reitan, 1958);

· capacità astrattive: Coloured Progressive Matrices 1947 (Carlesimo et al., 1996), Test di Weigl (Spinnler e Tognoni, 1987), Test dei Giudizi Verbali Astratti (Spinnler e Tognoni, 1987);

· attenzione: Matrici attentive (Spinnler e Tognoni, 1987), Test di Stroop (Caffarra et al., 2004) e Digit Symbol Substitution Test (subtest n. 7 Wais);

· prassie: Copia di Disegni a Mano Libera e con Elementi di Programmazione (Gainotti et al., 1977);

· funzioni frontali e capacità di pianificazione: Frontal Assessment Battery, Test dell’Orologio (Royall et al., 1998) e Fluenza Verbale Fonemica (Carlesimo et al., 1996).

Le abitudini, la qualità soggettiva del sonno e la sonnolenza diurna sono state valutate invitando i soggetti alla compilazione di un Diario del Sonno per i sette giorni seguenti la consegna, di questionari per

l’identificazione dell’insonnia (Terzano et al., 2005) e del Pittsburgh Sleep Quality Index (Buysse et al., 1989).

Allo scopo di individuare la presenza di sintomi riferibili a disturbi respiratori durante il sonno, i pazienti sono stati invitati alla compilazione del Berlin Questionnaire (Netzer, et al., 1999), mentre l’eventuale sintomatologia riferibile ad una Sindrome delle Gambe senza Riposo è stata vagliata attraverso un questionario validato contenente gli specifici criteri diagnostici (Allen et al., 2003). Infine domande specifiche hanno cercato di evidenziare la presenza di parasonnia del REM.

Dai 30 pazienti che hanno soddisfatto i criteri di inclusione, hanno completato lo studio dodici pazienti (7F, 5M), con le seguenti caratteristiche demografiche e cliniche: età compresa tra 68 e 78 anni (media ± DS: 73 ± 4), Mini Mental State Examination: 25,3 ± 1,8;Clinical Dementia Rate: 0,5; Scolarità: 10,7 ± 4,0 anni, Instrumental Activity Daily Living: 6,9 ± 0,8; Beck Depression Scale: 5,2 ± 1,1.

44 Registrazione polisonnografica

I pazienti sono stati sottoposti a 48 ore di registrazione EEG e poligrafica a domicilio. È stato utilizzato un EEG dinamico ambulatoriale con canali poligrafici (Brain Spy®, Micromed®) e la registrazione è stata effettuata con 8 canali elettroencefalografici (F2- RF, C4-RF, P4-RF, O4-RF, F3-RF, C3-RF, P3-RF, O3-RF), posizionati in accordo con il sistema 10-20 internazionale, elettro-oculogramma destro e sinistro, elettromiogramma dei muscoli mentonieri ed elettrocardiogramma. Per la determinazione dei disturbi respiratori durante il sonno sono stati registrati il flusso aereo oro-nasale, per mezzo di un termistore, ed i movimenti respiratori toraco-addominali, tramite fascia piezoelettrica. L’attività elettromiografica dei muscoli tibiali anteriori è stata monitorata mediante elettrodi di superficie, posizionati a livello del terzo medio della gamba bilateralmente.

45 Parametri valutati

Macrostruttura

Le variabili macrostrutturali convenzionali sono state valutate in accordo con i criteri internazionalmente riconosciuti di scoring dell'American Academy of Sleep Medicine (2007). Sono stati ottenuti i parametri di continuità del sonno notturno, quali tempo totale di sonno (TTS), efficienza del sonno (ES: tempo totale di sonno/tempo totale di letto x100), latenza di sonno (LS) e durata della veglia infrasonno (Wake After Sleep Onset, WASO), oltre che durata dei singoli stadi del sonno, S1, S2, SWS, REM (in minuti e percentuale).

Microstruttura

L’analisi del Cycling Alternating Pattern è stata condotta in modalità semiautomatica utilizzando il software Hypnlolab 1.2 (SWS Soft, Italy; Ferri et al., 2005). Questo software permette un'analisi del CAP automatizzata, controllata dall’utente attraverso l’impostazione (Step 1) di tre valori soglia, uno per le frequenze basse (le quali permettono

l’individuazione dei sottotipi A1 e di parte degli A2), uno per le alte (che caratterizzano le fasi A3 e parte delle A2), ed infine un valore che definisce l'ampiezza delle più piccole onde che si desidera siano rilevate. Questi valori sono suggeriti da una prima analisi visiva di una o più epoche di sonno e rappresentano l'input iniziale per il processo di rilevamento automatico (Step 2). Lo stesso segmento potrà essere riesaminato una volta completata la procedura automatica allo scopo di verificare la correttezza del risultato (Step 3), correggendo eventualmente i parametri nel caso che il rilevamento non risultasse soddisfacente.

Sulla base delle raccomandazioni della consensus per l'analisi del CAP (Terzano et al., 2001), sono state valutate le fasi A1, A2, A3, B ed i periodi non-CAP. Sono stati quindi determinati i seguenti parametri CAP: CAP time (tempo trascorso in CAP), CAP rate (percentuale tra CAP time e tempo trascorso in NREM), numero e durata media delle fasi A1, A2 e A3, numero di cicli CAP, indici nA1/h, nA2/h e nA3/h.

Apnee e movimenti periodici

Gli episodi di apnea-ipopnea ed i movimenti periodici degli arti inferiori sono stati valutati secondo le nuove linee guida AASM (Manuale di scoring del sonno, 2007): le apnee nel sonno sono state suddivise in ostruttive, centrali e miste e sono stati calcolati l’indice di apnea/ipopnea (numero di eventi respiratori per ora di sonno) e l’indice di movimenti periodici degli arti inferiori (PLMS index) al fine di definire la gravità di tali disturbi.

Follow up

I pazienti sono stati seguiti clinicamente per 12-18 mesi (follow up medio 14 mesi ±2). Dei 12 pazienti valutati, 4 hanno sviluppato un quadro clinico compatibile con demenza (MCI+; età media±DS 76,5 anni ±4; 2F,2M) mentre 8 soggetti non hanno subito questo processo (MCI-, età media±DS 72 anni ±4,9; 5F, 3M).

48 Analisi statistica

I parametri macro e microstrutturali sono stati confrontati con i valori corrispondenti di 14 controlli sani e 20 pazienti con diagnosi di demenza di Alzheimer (AD) con Clinical Dementia Rating 1, di età sovrapponibile, ricavati da un precedente studio (Bonanni et al., 2005), mediante test ANOVA seguito da t-test, considerando il gruppo (pazienti vs controlli e pazienti vs dementi) come variabile indipendente. Sono stati inoltre confrontate le variabili polisonnografiche nei due gruppi di MCI al follow up (MCI+ vs MCI-) mediante analisi non parametrica utilizzando il test a U di Mann-Whitney.

I dati macrostrutturali sono stati quindi esaminati alla luce dei punteggi ottenuti alla valutazione neuropsicologica, utilizzando per il calcolo della regressione il test di Pearson per dati parametrici, considerando significativo un valore di p<0,05.

RISULTATI

Nella tabella 1 sono riportati i parametri macrostrutturali del sonno nei 12 soggetti con MCI confrontati con quelli di 14 soggetti sani di pari età (gruppo di controllo) e di 20 pazienti con demenza di Alzheimer, già studiati presso il Centro per i Disturbi del Sonno.

Rispetto ai soggetti sani, i pazienti con MCI hanno una durata di sonno inferiore di circa 40 minuti, con aumento della latenza di sonno e maggior veglia infrasonno; la distribuzione percentuale dei vari stadi del sonno NREM appare sostanzialmente sovrapponibile, evidenziandosi un lieve incremento dello stadio 1, per la maggior veglia infrasonno; solo lo stadio REM risulta ridotto, anche se tale differenza non raggiunge la significatività statistica.

I pazienti con demenza di Alzheimer confrontati con i soggetti con MCI presentano una significativa riduzione del sonno ad onde lente, ed un ulteriore andamento verso una riduzione del sonno REM, specie verso i controlli sani.

L'analisi microstrutturale ha evidenziato come i pazienti con Mild Cognitive Impairment presentino un incremento delle fasi A3 ed una riduzione delle fasi A1, oltre ad una tendenza alla riduzione del CAP time e del CAP rate rispetto ai controlli di pari età (Figura 1).

Nel campione esaminato si è poi osservata una notevole variabilità interindividuale nella rappresentazione percentuale dei diversi tipi di fasi A (Figura 2), con un range variabile tra il 30 e il 70% delle fasi A1 e variazioni inversamente proporzionali delle A3.

Follow up

Nelle tabelle 2 e 3, vengono riportati i parametri macro e microstrutturali dei due gruppi di pazienti con MCI a confronto. I pazienti che evolvono verso un quadro di demenza presentano un tempo totale di sonno notturno significativamente ridotto, con mantenimento delle percentuali dei differenti stadi. Per quanto riguarda la microstruttura il confronto ha evidenziato, nei pazienti MCI+, una riduzione staticamente significativa del CAP rate nel

sonno ad onde lente e dell’indice di A1, in assenza di significative modificazioni dell’indice di A2 e A3.

Correlazioni tra parametri ipnici e test neuropsicologici

La somministrazione di test neuropsicologici ed il successivo confronto dei relativi punteggi con i singoli parametri del sonno hanno permesso di evidenziare alcune correlazioni significative:

 Il test delle 15 parole di Rey per la rievocazione immediata correla con la durata in minuti del sonno ad onde lente (SWS), (r=0.60; p=0.05), e con la percentuale di SWS (r= 0.60; p=0.05) (fig. 3-4).  Il test di Corsi per lo Span Spaziale correla con la sua durata

percentuale del sonno ad onde lente (r=0.67; p=0.02) e presenta una correlazione non significativa anche con la sua durata in minuti (r=0.48; p=0.14), (fig. 8-9).

 La Fluenza Verbale per Categoria Fonemica evidenzia una correlazione inversa e statisticamente significativa con la quantità assoluta di veglia infrasonno (WASO) (r= -0.76; p< 0.01) (fig. 10).

Ulteriori andamenti, sia pure non significativi, sono stati osservati tra il digit span e la durata in minuti del sonno ad onde lente (r=0.53; p=0.09) e tra test delle matrici attentive e durata in minuti ed in percentuale del sonno ad onde lente (rispettivamente r=0.53; p=0.09 e r=0.55; p=0.08).

Per quanto riguarda la microstruttura del sonno

 Una correlazione diretta tra la prestazione nel Test delle 15 parole di Rey per la memoria immediata e CAP rate nel sonno a onde lente (r=0,63;p 0.02), con un andamento non significativo rispetto al numero delle fasi A1 nel sonno a onde lente (r=0,53; p=0.09) (fig. 11-12);

 Una correlazione diretta tra Numero delle fasi A1 nel sonno a onde lente e Test delle matrici attentive, pari a 0,75 (p<0.01) (fig. 13);

 Una correlazione inversa tra Numero delle fasi A3 per ora nello stadio 1 e Fluenza verbale fonemica (-0,66,p=0.02) (fig. 14).

DISCUSSIONE

I dati del presente studio non hanno mostrato variazioni significative della macrostruttura del sonno rispetto alla popolazione sana di pari età, pur evidenziando una tendenza alla riduzione del tempo totale di sonno ed all'incremento della veglia infrasonno. In un precedente lavoro (Yu et al., 2009) è stata evidenziata una riduzione, anche se non statisticamente significativa, dell’efficienza di sonno in un gruppo di pazienti MCI (12#) rispetto ai volontari sani (13#), con valori simili a quelli di pazienti con AD (10#). Soltanto raggruppando le due popolazioni di pazienti con disturbi cognitivi (MCI+AD) tali differenze raggiungevano la significatività statistica. Analogamente, in un lavoro più recente, le variabili macrostrutturali del sonno risultavano sostanzialmente sovrapponibili in soggetti con MCI (#30) e volontari sani (#30) (Kim et al., 2011). Al momento in letteratura non sono state descritte altre popolazioni di MCI che siano stati sottoposti a valutazione polisonnografica notturna. Anche le valutazioni cliniche non hanno trattato l'argomento in modo specifico

e sistematico, come evidenziato da una revisione di 19 lavori relativi all'argomento compiuta nel 2009 (Beaulieu-Bonneau et al., 2009). Gli autori di questi studi, clinici o di popolazione si sono limitati nella maggior parte dei casi ad una valutazione della prevalenza, e in alcuni casi della gravità, dei disturbi del sonno, nel contesto più generale di un'analisi estesa alla sintomatologia neuropsichiatrica in corso di MCI. Ad ogni modo è stato possibile evidenziare come i disturbi del sonno rappresentino un’evenienza comune nel contesto del MCI, con una prevalenza del 14-65%, con valori simili nel contesto di una popolazione clinica (21-65%) e negli studi di popolazione (14-59%). I disturbi del sonno rappresentano inoltre uno dei sei sintomi neuropsichiatrici di più frequente riscontro (secondo 10 studi) ed il più frequente sintomo riferito come clinicamente significativo (Lyketsos et al., 2002; Gallassi et al.,2008; Rozzini et al., 2008). La prevalenza dei disturbi del sonno nel MCI sembra essere effettivamente intermedia tra quella osservabile nel corso di un normale invecchiamento e quella propria della demenza (Geda et al., 2004; Tatsch et al., 2006), anche se su questo tema il consenso non è ad oggi unanime (Peters et al., 2006).

All’interno dei sottotipi di MCI è stata riportata una frequenza significativamente maggiore di disturbi del sonno in soggetti con MCI non amnesico rispetto all'amnesico, così come un’associazione con lievi segni extrapiramidali (Ellison et al.,2008; Rozzini et al., 2008). Nell’unico lavoro prospettico sull’impatto prognostico dei disturbi del sonno sull’evoluzione del MCI si evidenzia come la presenza di una sintomatologia neuropsichiatrica in generale sia associata allo sviluppo di malattia di Alzheimer, ma non vi sia alcuna differenza significativa nella prevalenza di disturbi del sonno tra individui MCI il cui status cognitivo sarebbe rimasto stabile (23,1%) e coloro che avrebbero sviluppato AD (16,7%) (Teng et al., 2007).

Uno studio multicentrico italiano, in fase di pubblicazione (Guarnieri et al., in press) ha utilizzato per la prima volta questionari standardizzati evidenziando come vi sia una sostanziale sovrapposizione dell’incidenza dei disturbi del sonno tra pazienti con MCI e pazienti con AD con un incidenza di insonnia del 44% (vs 48% dei pazienti con AD, di disturbo respiratorio in sonno del 59% (vs 54%), di Rem Behaviour disorder del 20% (vs 19%), di sindrome delle gambe senza riposo del 6,7% (vs 6,4%), di eccessiva sonnolenza

diurna nel 50% (vs 44,5%). Globalmente il 65% sia dei pazienti con MCI che con AD presentavano qualche forma di disturbo del sonno.

Nel nostro studio si evidenzia come la microstruttura del sonno risulti alterata in pazienti con MCI, con valori intermedi tra la popolazione normale e i pazienti con AD. In particolare nei pazienti con MCI, sia pure con una marcata variabilità individuale, si osserva una riduzione del CAP rate con incremento delle fasi A3 e riduzione delle A1. Inoltre, i pazienti MCI che evolvono in un quadro di demenza (MCI+) presentano un CAP rate ridotto nell’SWS (sonno profondo NREM) ed un A1 index ridotto.

Le modificazioni della microstruttura del sonno non sono state finora indagate in popolazioni di pazienti con patologie neurodegenerative, ma analoghe osservazioni sono state effettuate in bambini con disabilità neuropsicologiche con ritardo mentale (sindrome dell’X fragile, sindrome di Down, sindrome di Prader-Willi, autismo). In queste situazioni è stata osservata una riduzione del CAP rate (variabile nell’autismo e nella sindrome di Down, più evidente nelle altre due situazioni) con una riduzione percentuale delle fasi A1 ed un

incremento delle fasi A2 ed A3 (Miano et al.,2007; Miano et al., 2008, Verrillo et al., 2009; Bruni et al., 2010). Inoltre le modificazioni microstrutturali appaiono più rilevanti a carico dell’SWS (soprattutto nell’autismo e nella sindrome dell’X fragile), in maniera analoga alle differenze tra MCI+ e MCI- emerse nel presente lavoro. Le modificazioni microstrutturali del sonno ad onde profonde NREM potrebbero essere quelle più strettamente correlate ai processi cognitivi e plastici durante il sonno.

Per quanto riguarda le correlazioni tra test neuropsicologici e sonno, è stata evidenziata un associazione tra sonno ad onde lente e test di memoria verbale e spaziale da un lato e veglia infrasonno e test per il linguaggio dall'altro lato. Questi dati sono in linea con precedenti osservazioni: uno studio actigrafico (Naismith et al., 2010) ha evidenziato correlazioni tra veglia infrasonno e riduzione dell’attenzione e delle funzioni esecutive da un lato e numero di risvegli e memoria non verbale dall'altro. In uno studio successivo sono state evidenziate ulteriori correlazioni, nell’analisi multivariata, tra durata del sonno ad onde lente e indice di apnea-ipopnea ed il Benton naming test (Kim et al., 2011). È pertanto possibile affermare

che le variabili macrostrutturali nei pazienti con MCI correlino prevalentemente con i test di linguaggio e memoria verbale e spaziale.

Ulteriori correlazioni riguardano poi i parametri microstrutturali e i test cognitivi: CAP rate e numero di A1 nel sonno ad onde profonde correlano con test di memoria immediata, mentre il numero delle fasi A1 nel sonno a onde lente con il test delle matrici attentive. È possibile inoltre evidenziare una correlazione inversa tra numero delle fasi A3 per ora nello stadio 1 e Fluenza verbale fonemica.

Le correlazioni tra test neuropsicologici e variabili CAP sono state studiate sia in modelli sperimentali che in bambini con disabilità neuropsicologiche, con o senza ritardo mentale. La prima descrizione di tale correlazione, tuttavia, riguarda un soggetto con notevoli capacità mnemoniche (Ferini-Strambi et al., 2004), che presentava un incremento del CAP rate, con aumento delle fasi A1 ed una proporzionale diminuzione delle A2 e delle A3. Nei modelli sperimentali, i miglioramenti nei test neuropsicologici, soprattutto quelli per fluenza verbale, working memory, memoria verbale e creatività, che si riscontrano dopo il sonno notturno correlano

positivamente con le fasi A1 (Ferri et al.2008, Ferri et al., 2010; Aricò et al., 2010; Drago et al., 2011). Queste funzioni cognitive sono localizzate prevalentemente nelle regioni frontali dove le fasi A1 sono più rappresentate (Ferri et al., 2005). Al contrario le fasi A2 e A3 correlano negativamente con le performance cognitive. In bambini con sindrome di Asperger, un aumento delle fasi A1 è apparso correlare a superiori capacità mnemoniche (Bruni et al., 2007), mentre lo studio di un campione di pazienti dislessici ha restituito una correlazione diretta tra il numero di fasi A1 ed i punteggi ottenuti nelle scale verbali e di QI, che a sua volta, nella componente verbale, è apparso correlare con il CAP rate nel sonno a onde lente (Bruni et al., 2009). Globalmente quindi le fasi CAP lente (A1) sembrano essere fondamentali per i processi plastici e cognitivi che si verificano durante il sonno, mentre le fasi A2 e A3 determinano una frammentazione ed un alleggerimento del sonno che va in direzione opposta a tali fenomeni.

In conclusione, nel nostro studio è stato evidenziato come nella popolazione MCI sia possibile rilevare alterazioni dei parametri microstrutturali del sonno -con riduzione del CAP rate e delle fasi A1 rispetto ai controlli sani- e come vi siano differenze nei parametri ipnici, per quanto riguarda stabilità del sonno ad onde lente e fasi lente del CAP, nei soggetti MCI che evolvono in demenza rispetto a quelli che non evolvono. Sia pure con i limiti del campione da noi esaminati, i parametri microstrutturali potrebbero essere proposti come nuovi biomarkers dell’evoluzione in demenza in associazione a quelli già comunemente utilizzati. Le correlazioni tra variabili polisonnografiche NREM e risultati ai test neuropsicologici sottolineano ulteriormente le importanti relazioni reciproche tra sonno e funzioni cognitive.

Nel documento Sonno e funzioni cognitive in pazienti con mild cognitive impairment (pagine 40-61)