Outcomes and underlying mechanisms of hypoglossal nerve stimulation in patients with obstructive sleep apnea

Abstract

Since 2001, hypoglossal nerve stimulation (HNS) has been used worldwide to treat adult patients with obstructive sleep apnea (OSA). However, the long-term outcomes following HNS and the underlying mechanisms have not been comprehensively investigated, and no studies have reported a persistent development course of a severe complication treatment-emergent central sleep apnea (TECSA) following HNS. Moreover, the prognostic indicators associated with successful HNS therapy to treat OSA and the occurrence of TECSA remain controversial. Therefore, this retrospective study aimed to evaluate the long-term outcomes of HNS and explore the prognostic indicators and underlying mechanisms to improve clinical effectiveness and avoid complications following HNS. Twenty-seven patients who underwent HNS implantation since 2016 were included in this study. Demographic, pre- and postoperative sleep study characteristics and device settings data were collected to evaluate the effects of HNS during evaluation. We compared the difference between the HNS success (n=13) and failure groups (n=14), and postoperative elevated central sleep apnea (n=3) and non-elevated CSA groups (n=24), respectively, and identified possible factors associated with the successful response to HNS and postoperative elevated CSA. Based on the persistent developmental course and phenotype of TECSA during evaluation, we hypothesized that an appropriate stimulation amplitude would resolve the development of TECSA and performed a titration study to help explore the underlying mechanisms. During 3 years of evaluation after device activation, HNS reduced OSA events and improved oxygenation with a success rate of 50%. An elevated preoperative Epworth sleepiness scale (ESS) score was associated with treatment failure, while other baseline demographic characteristics and polysomnography data could not predict the effects of HNS. Regarding complications following HNS, three patients had elevated CSA (CAI ≥ 5), which was associated with an increased preoperative ESS and mixed sleep apnea index (MAI). The persistent course of TECSA as well as a strong negative correlation between CSA and OSA revealed that the underlying mechanisms might be multiple combinations of the upper airway effect and high loop gain. In conclusion, HNS is an effective and promising treatment method for patients with OSA who cannot tolerate continuous positive airway pressure therapy (CPAP). Precise patient selection, individual titration configuration and scheduled follow-ups could help improve the effectiveness and reduce complications following HNS. In addition, a better understanding of the subtypes and endotypes of OSA should be translated into clinical use in the future to identify more predictive factors.

Seit 2001 wird Hypoglossusnerv-Stimulation (HNS) weltweit zur Behandlung erwachsener Patienten mit obstruktiver Schlafapnoe (OSA) eingesetzt. Die Langzeitergebnisse nach HNS und die zugrundeliegenden Mechanismen sind jedoch nicht umfassend untersucht worden, und in keiner Studie wurde über einen anhaltenden Entwicklungsverlauf -Treatment-emergent central sleep apnea (TECSA)-nach HNS berichtet. Darüber hinaus sind die prognostischen Indikatoren für eine erfolgreiche HNS-Therapie zur Behandlung von OSA und das Auftreten von TECSA nach wie vor umstritten. Ziel dieser Studie war es daher, die Langzeitergebnisse der HNS zu prüfen und die prognostischen Indikatoren sowie die zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen, um die klinische Wirksamkeit zu verbessern und Komplikationen nach der HNS zu vermeiden. In diese Studie wurden 27 Patienten aufgenommen, die sich seit 2016 einer HNS-Implantation unterzogen. Präoperative demografische Merkmale, Merkmale der Schlafstudie von Polysomnografie /Polygrafie für zu Hause vor und nach der Implantation und Gerätekonfiguration wurden gesammelt, um die Wirkung von HNS während der Auswertung zu bewerten. Aufgrund des anhaltenden Entwicklungsverlaufs und Phänotyps von TECSA während der Auswertung stellten wir die Hypothese auf, dass eine geeignete Stimulationsamplitude die Entwicklung von TECSA auflösen würde, und führten eine Titrationsstudie durch, um die zugrundeliegenden Mechanismen zu erforschen. Während der dreijährigen Auswertung nach der Aktivierung des Geräts konnte HNS die OSAEreignisse reduzieren und die Oxygenierung mit einer Erfolgsrate von 50% verbessern. Ein erhöhter präoperativer Epworth-Sleepiness-Scale (ESS) wert war mit einem Behandlungsversagen assoziiert, während andere Präoperative demografische Merkmale und Merkmale der Polysomnographie die Wirkung von HNS nicht vorhersagen konnten. Was die Komplikationen nach der HNS betrifft, so wiesen drei Patienten einen erhöhten CSA (CAI ≥ 5) auf, der mit einem erhöhten präoperativen ESS wert und einem gemischten Schlafapnoe-Index (MAI) verbunden war. Der anhaltende Verlauf von TECSA und eine starke negative Korrelation zwischen CSA und OSA zeigten, dass die zugrundeliegenden Mechanismen mehrere Kombinationen aus dem Effekt der oberen Atemwege und einer hohen Schleifenverstärkung sein könnten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass HNS eine wirksame und vielversprechende Behandlungsmethode für Patienten mit OSA ist, die eine kontinuierliche positive Atemwegsdrucktherapie (CPAP) nicht vertragen. Eine genaue Patientenauswahl, eine individuelle Titrationskonfiguration und geplante Nachuntersuchungen könnten dazu beitragen, die Wirksamkeit zu verbessern und Komplikationen nach der HNS zu verringern. Darüber hinaus sollte ein besseres Verständnis der Subtypen und Endtypen der OSA in Zukunft in die klinische Praxis umgesetzt werden, um weitere prädiktive Faktoren zu ermitteln.