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Respiratory motor activity: influence of neuromodulators and implications for sleep disordered breathing

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Abstract:

Sleep, especially rapid-eye-movement sleep, causes fundamental modifications of respiratory muscle activity and control mechanisms, modifications that can predispose individuals to sleep-related breathing disorders. One of the most common of these disorders is obstructive sleep apnea (OSA) that affects approximately 4% of adults. OSA is caused by repeated episodes of pharyngeal airway obstruction that can occur hundreds of times per night, leading to recurrent asphyxia, arousals from sleep, daytime sleepiness, and adverse cardiovascular and cerebrovascular consequences. OSA is caused by the effects of sleep on pharyngeal muscle tone in individuals with already narrow upper airways. Moreover, since OSA occurs only in sleep, this disorder by definition is a state-dependent process ultimately caused by the influence of sleep neural mechanisms on the activity of pharyngeal motoneurons. This review synthesizes recent findings relating to control of pharyngeal muscle activity across sleep–wake states, with special emphasis on the influence of neuromodulators acting at the hypoglossal motor nucleus that inervates the genioglossus muscle of the tongue. The results of such basic physiological studies may be relevant to identifying and developing new pharmacological strategies to augment pharyngeal muscle activity in sleep, especially rapid-eye-movement sleep, as potential treatments for OSA.

Le sommeil, notamment le sommeil paradoxal (SP), provoque des modifications fondamentales de l'activité et des mécanismes de régulation des muscles respiratoires, modifications qui peuvent prédisposer les individus à des troubles respiratoires liés au sommeil. L'un des troubles les plus courants est l'apnée obstructive (AOS) qui touche approximativement 4 % des adultes. L'AOS est causée par des épisodes répétées d'obstruction des voies aériennes supérieures, qui peuvent se répéter des centaines de fois par nuit et entraîner une asphyxie récurrente, des épisodes de réveil nocturne, une somnolence diurne ainsi que des effets cardiovasculaires et cérébrovasculaires indésirables. L'AOS est causée par les effets du sommeil sur le tonus du muscle pharyngé chez les individus qui ont des voies aériennes supérieures étroites. De plus, comme l'AOS se produit uniquement durant le sommeil, ce trouble est, par définition, un processus dépendant de l'état, causé par l'influence des mécanismes neuronaux sur l'activité des motoneurones des voies respiratoires supérieures. La présente synthèse résume les récentes découvertes sur la régulation de l'activité du muscle pharyngé au cours des états de sommeil-éveil, et porte une attention particulière à l'influence des neuromodulateurs agissant au niveau du nerf grand hypoglosse qui innerve le muscle génioglosse de la langue. Les résultats de ces études physiologiques fondamentales pourraient servir à l'identification et à l'élaboration de nouvelles stratégies pharmacologiques pour augmenter l'activité du muscle pharyngé durant le sommeil, en particulier le sommeil SP, comme traitements potentiels de l'AOS.

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 2007

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  • Published since 1929, this monthly journal reports current research in all aspects of physiology, nutrition, pharmacology, and toxicology, contributed by recognized experts and scientists. It publishes symposium reviews and award lectures and occasionally dedicates entire issues or portions of issues to subjects of special interest to its international readership.
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nrc/cjpp/2007/00000085/00000001/art00017
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