Sleep-time predictors of cardiovascular complications in surgical peripheral arterial disease

Abstract

ABSTRACT

Patients with peripheral arterial disease (PAD) undergoing surgical revascularisation are in high risk of postoperative cardiovascular complications and death, due to advancing age and multiple comorbidities in the population. In addition, PAD needing surgery represents a severe form of systemic atherosclerosis but the exact underlying pathophysiology of acute myocardial infarction (AMI) in these patients is unclear and predicting outcome especially in the long-term is challenging.

Obstructive sleep apnoea (OSA) is increasingly common in the general population and independently associated with various manifestations of cardiovascular disease or their risk factors; OSA is highly prevalent in patients with coronary artery disease (CAD), stroke, hypertension and diabetes. To expand this knowledge, we determined the prevalence and severity (in terms of the apnoeahypopnoea index, AHI) of OSA in surgical PAD as well as its impact on the incidence of major adverse cardiovascular and cerebrovascular events (MACCE) in this patient group.

Heart rate variability (HRV) reflects fluctuations in sympathetic and parasympathetic activation responsible for neurocirculatory control in various physiological and pathophysiological situations. Depressed HRV is associated with increased cardiovascular morbidity and mortality following AMI and major surgery. In this study, the alterations of nocturnal HRV and their association with the severity of OSA and incidence of MACCE in patients with PAD was assessed, including the fractal correlation properties of HRV. HRV in a control group of 15 healthy subjects was also examined.

Patients scheduled for sub-inguinal vascular surgery (n=84, age 67±9 years) underwent polysomnography and HRV analyses. OSA was detected in 86% of patients and in 56% it was moderate or severe. Age, male gender, depressed left ventricular function and decreasing high density lipoprotein/cholesterol ratio (HDL/Chol) predicted the presence and severity of OSA. The latter two remained significant after adjusting for age and gender. OSA with AHI ≥20/hour, used as a cut-off in the outcome analyses, predicted a higher risk of MACCE (p=0.001) along with pre-existing CAD (p=0.001), decreasing HDL/Chol (p=0.048) and <4 years history of PAD (p=0.018).

HRV was altered in patients with PAD when compared to controls but the time domain measures were mostly unchanged. In the frequency domain, low frequency power was generally lower, high frequency power was mostly higher and fractal correlation was consistently lower. Very low frequency power was increased the most in patients with AHI 10-20/hour when compared to <10/hour while those with AHI ≥20/hour had lower fractal correlation in the morning. Patients suffering a MACCE had lower high frequency power during S3-4 and rapid eye movement sleep.

In conclusion, OSA is associated with worsening atherosclerosis and predicts MACCE after vascular surgery. HRV alterations, although associated with PAD, have limited predictive value.

Keywords: atherosclerosis, peripheral arterial disease, sleep apnoea, heart rate variability

TIIVISTELMÄ

Unenaikaiset sydänkomplikaatioiden ennustetekijät kirurgista hoitoa vaativassa perifeerisessä valtimotaudissa

Perifeeristä valtimotautia sairastavilla potilailla on suuri leikkauksenjälkeisten sydänkomplikaatioiden riski johtuen yhä iäkkäämmästä väestöstä sekä lukuisista rinnakkaissairauksista. Lisäksi perifeerinen valtimotauti merkitsee vaikea-asteista yleistynyttä ateroskleroosia, mutta sydäninfarktin tarkka syntymekanismi näillä potilailla on epäselvä ja erityisesti pitkän aikavälin ennusteen arviointi on haastavaa.

Obstruktiivinen uniapnea yleistyy väestössä ja sillä on itsenäinen yhteys useisiin sydän- ja verisuonisairauksiin ja niiden riskitekijöihin; uniapnea on erittäin yleinen sepelvaltimotauti-, aivohalvaus-, verenpainetauti- ja diabetespotilailla. Tämän tietopohjan laajentamiseksi tässä tutkimuksessa määritettiin uniapnean esiintyvyys ja vaikeusaste (määrittäjänä apnea-hypopneaindeksi, AHI) vaikea-asteista yleistynyttä ateroskleroosia sairastavilla potilailla sekä sen vaikutus vakavien sydän- ja aivotapahtumien ilmaantuvuuteen.

Sydämen sykevaihtelu kuvastaa autonomisen hermoston toiminnan muutoksia, jotka puolestaan vastaavat verenkierron säätelystä erilaisissa fysiologisissa ja patofysiologisissa tilanteissa. Alentunut sykevaihtelu on yhteydessä lisääntyneeseen kardiovaskulaariseen sairastuvuuteen ja kuolleisuuteen sairastetun sydäninfarktin tai suuren leikkauksen jälkeen. Tässä tutkimuksessa arvioitiin yöllisen sydämen sykevaihtelun muutosten yhteyttä uniapnean vaikeusasteeseen sekä vakavien sydän- ja aivotapahtumien ilmaantuvuuteen, mukaan lukien sykevaihtelun fraktaalikorrelaatio-ominaisuudet. Tutkimuksessa analysoitiin sykevaihtelu myös 15 terveen henkilön vertailuryhmältä.

Nivustason alapuoliseen verisuonileikkaukseen meneville potilaille (n=84, ikä 67±9 vuotta) tehtiin unipolygrafia ja sykevaihteluanalyysi. Uniapnea todettiin 86 %:lla potilaista ja 56 %:lla se oli kohtalainen tai vaikea. Ikä, miessukupuoli, heikentynyt vasemman kammion toiminta ja alentunut HDL-kolesterolin suhde kokonaiskolesteroliin ennustivat uniapneaa ja sen vaikeutumista; 2 viimeksi mainittua säilyivät merkitsevinä ikä- ja sukupuolivakioinnin jälkeen. AHI ≥20/tunti, joka valittiin kynnysarvoksi päätetapahtumaanalyyseihin, ennusti merkitsevästi vakavia sydän- ja aivotapahtumia (p=0.001). Muita merkitseviä tekijöitä olivat sepelvaltimotauti (p=0.001), alentunut HDL-suhde (p=0.048) ja lyhyt (alle 4 vuotta) perifeerisen valtimotaudin kesto ennen leikkaushoidon tarvetta (p=0.018).

Sykevaihtelu oli muuttunut valtimotautipotilailla verrattuna kontrolleihin, mutta aikakenttäparametrit säilyivät lähes ennallaan. Pienitaajuuksinen sykevaihtelu oli yleisesti vähäisempää, suuritaajuuksinen enimmäkseen voimakkaampaa ja fraktaalikorrelaatio johdonmukaisesti heikompaa. Hyvin pienitaajuuksinen vaihtelu oli eniten lisääntynyt AHI 10-20/tunti -alaryhmässä verrattuna AHI <10/tunti -ryhmään, mutta AHI ≥20/tunti -potilailla aamun fraktaalikorrelaatio oli heikompaa. Potilaiden, jotka saivat vakavia sydän- ja aivotapahtumia, suuritaajuusvaihtelu oli heikompaa syvän unen ja vilkeunen aikana.

Johtopäätöksinä todetaan, että uniapnea on yhteydessä vaikeutuvaan valtimotautiin sekä ennustaa vakavia sydän- ja aivotapahtumia verisuonileikkauksen jälkeen sykevaihtelun muutosten ennustearvon ollessa tässä aineistossa hyvin rajallinen.

Avainsanat: ateroskleroosi, perifeerinen valtimotauti, uniapnea, sykevaihtelu