Rhythmic Masticatory Muscle Activity during Sleep: Etiology and Clinical Perspectives

Abstract

L’activité rythmique des muscles masticateurs (ARMM) pendant le sommeil se retrouve chez environ 60% de la population générale adulte. L'étiologie de ce mouvement n'est pas encore complètement élucidée. Il est cependant démontré que l’augmentation de la fréquence des ARMM peut avoir des conséquences négatives sur le système masticatoire. Dans ce cas, l'ARMM est considérée en tant que manifestation d'un trouble moteur du sommeil connue sous le nom de bruxisme. Selon la Classification Internationale des Troubles du Sommeil, le bruxisme est décrit comme le serrement et grincement des dents pendant le sommeil. La survenue des épisodes d’ARMM est associée à une augmentation du tonus du système nerveux sympathique, du rythme cardiaque, de la pression artérielle et elle est souvent en association avec une amplitude respiratoire accrue. Tous ces événements peuvent être décrits dans le contexte d’un micro-éveil du sommeil. Cette thèse comprend quatre articles de recherche visant à étudier i) l'étiologie de l’ARMM pendant le sommeil en relation aux micro-éveils, et à évaluer ii) les aspects cliniques du bruxisme du sommeil, du point de vue diagnostique et thérapeutique. Pour approfondir l'étiologie de l’ARMM et son association avec la fluctuation des micro-éveils, nous avons analysé le patron cyclique alternant (ou cyclic alternating pattern (CAP) en anglais), qui est une méthode d’analyse qui permet d’évaluer l'instabilité du sommeil et de décrire la puissance des micro-éveils. Le CAP a été étudié chez des sujets bruxeurs et des sujets contrôles qui ont participé à deux protocoles expérimentaux, dans lesquels la structure et la stabilité du sommeil ont été modifiées par l'administration d'un médicament (la clonidine), ou avec l'application de stimulations sensorielles (de type vibratoire/auditif) pendant le sommeil. Dans ces deux conditions expérimentales caractérisées par une instabilité accrue du sommeil, nous étions en mesure de démontrer que les micro-éveils ne sont pas la cause ou le déclencheur de l’ARMM, mais ils représentent plutôt la «fenêtre permissive» qui facilite l'apparition de ces mouvements rythmiques au cours du sommeil. Pour évaluer la pertinence clinique du bruxisme, la prévalence et les facteurs de risque, nous avons effectué une étude épidémiologique dans une population pédiatrique (7-17 ans) qui était vue en consultation en orthodontie. Nous avons constaté que le bruxisme est un trouble du sommeil très fréquent chez les enfants (avec une prévalence de 15%), et il est un facteur de risque pour l'usure des dents (risque relatif rapproché, RRR 8,8), la fatigue des muscles masticateurs (RRR 10,5), les maux de tête fréquents (RRR 4,3), la respiration bruyante pendant le sommeil (RRR 3,1), et divers symptômes liés au sommeil, tels que la somnolence diurne (RRR 7,4). Ces résultats nous ont amenés à développer une étude expérimentale pour évaluer l'efficacité d'un appareil d'avancement mandibulaire (AAM) chez un groupe d'adolescents qui présentaient à la fois du bruxisme, du ronflement et des maux de tête fréquents. L'hypothèse est que dans la pathogenèse de ces comorbidités, il y a un mécanisme commun, probablement lié à la respiration pendant le sommeil, et que l'utilisation d'un AAM peut donc agir sur plusieurs aspects liés. À court terme, le traitement avec un AAM semble diminuer l'ARMM (jusqu'à 60% de diminution), et améliorer le ronflement et les maux de tête chez les adolescents. Cependant, le mécanisme d'action exact des AAM demeure incertain; leur efficacité peut être liée à l'amélioration de la respiration pendant le sommeil, mais aussi à l'influence que ces appareils pourraient avoir sur le système masticatoire. Les interactions entre le bruxisme du sommeil, la respiration et les maux de tête, ainsi que l'efficacité et la sécurité à long terme des AAM chez les adolescents, nécessitent des études plus approfondies.

Approximately 60% of the general adult population experiences rhythmic masticatory muscle activity (RMMA) during sleep. The etiology of this movement is not yet understood. However, it has been demonstrated that an increased frequency of RMMA may have detrimental consequences on the stomatognathic system. In this case, RMMA is considered the manifestation of a sleep-related motor disorder known as sleep bruxism (SB). According to the definition of the International Classification of Sleep Disorders, SB is the activity of tooth grinding and clenching during sleep. The occurrence of SB-related activity, i.e., RMMA, is associated with rises of sympathetic tone, heart rate, blood pressure, and it is frequently concomitant with larger respiratory breaths. All these events can be described within a sleep arousal. The present thesis includes four research articles aimed to study i) the etiology of RMMA during sleep in relation to sleep arousal; and ii) the clinical perspectives of SB assessment and management. To further investigate the etiology of RMMA and its association with sleep arousal fluctuations we analyzed the cyclic alternating pattern (CAP), a scoring method to assess sleep instability and describe sleep arousal pressure. CAP was scored in SB subjects and controls that participated in two experimental protocols in which sleep architecture and stability were altered by either a medication (i.e., clonidine), or sensory stimulations (i.e., vibratory/auditory). Under these experimental conditions known to increase sleep instability, we were able to show that sleep arousal is not the trigger or cause of RMMA, rather the “permissive window” that facilitates the occurrence of RMMA during sleep. To evaluate the clinical relevance of SB, we conducted a survey on a 7-17 year old orthodontic population to investigate the prevalence and risk factors associated with SB. It appeared that SB is a highly prevalent sleep disorders in children (15% of prevalence), and is a risk factor for tooth wear (odds ratio, OR 8.8), jaw muscle fatigue (OR 10.5), frequent headache (OR 4.3), loud breathing during sleep (OR 3.1), and several sleep complaints, such as daytime sleepiness (OR 7.4). These findings led us to design an experimental trial using a mandibular advancement appliance (MAA) in adolescents in order to investigate the possible relationship between SB, snoring, and headache. We hypothesized that a common underlying mechanism related to breathing during sleep may be responsible for all concomitant conditions. The short-term use of an MAA appeared to reduce SB (up to 60%), and improve snoring and headache complaints in adolescents. However, the precise mechanism of action of MAA remains under debate; its effectiveness can be either related to the improvement of breathing during sleep, or its influence on the masticatory system. The interactions between SB, breathing, and headache as well as the long-term effectiveness and safety of the MAA in adolescents need further investigations.

L’attività ritmica dei muscoli masticatori (ARMM) durante il sonno si osserva in circa il 60% della popolazione generale adulta. L'eziologia di questo movimento non è stata ancora del tutto compresa. Tuttavia, è dimostrato che un’aumentata frequenza di ARMM può avere conseguenze negative sul sistema stomatognatico. In questo caso, l’ARMM è considerato la manifestazione di un disturbo motorio del sonno noto come bruxismo. Secondo la Classificazione Internazionale dei Disturbi del Sonno, il bruxismo è l'attività di digrignamento e serramento dei denti durante il sonno. La comparsa di episodi di ARMM durante il sonno è associata a un aumento del tono del sistema nervoso simpatico, della frequenza cardiaca, della pressione arteriosa, ed è spesso in concomitanza con un aumentato volume inspiratorio. Le variazioni di questi parametri fisiologici sono compresi nel contesto di un arousal (micro risveglio) del sonno. Questa tesi comprende quattro articoli di ricerca volti a studiare i) l'eziologia dell’ARMM durante il sonno in relazione all’arousal, ed a valutare ii) l’inquadramento clinico del bruxismo nel sonno. Per approfondire l'eziologia dell’ARMM e l’associazione con l’arousal nel sonno, abbiamo analizzato il cyclic alternating pattern (CAP), che permette di valutare l'instabilità del sonno e descrivere la potenza degli arousals. Il CAP è stato esaminato in soggetti con bruxismo e soggetti controllo che hanno partecipato in due protocolli sperimentali, in cui la struttura e la stabilità del sonno sono stati modificati con la somministrazione di un farmaco (la clonidina), o con l’applicazione di stimolazioni sensoriali (di tipo vibratorio/uditivo) durante il sonno. In queste condizioni sperimentali caratterizzate da un’aumentata instabilità del sonno, siamo stati in grado di dimostrare che l’arousal non è la causa o il generatore dell’ARMM, ma piuttosto la "finestra permissiva" che facilita il verificarsi di questi movimenti ritmici durante il sonno. Per valutare la rilevanza clinica del bruxismo, abbiamo condotto uno studio epidemiologico in una popolazione pediatrica afferente alla clinica di ortodonzia per studiare la prevalenza e i fattori di rischio associati al bruxismo. Questa ricerca ha evidenziato che il bruxismo è un comune disturbo del sonno nei bambini (con una prevalenza del 15%), ed è un fattore di rischio per usura dentale (odds ratio, OR 8.8), fatica dei muscoli masticatori (OR 10.5), mal di testa frequenti (OR 4.3), respirazione rumorosa durante il sonno (OR 3.1), e diversi sintomi legati al sonno, quali la sonnolenza diurna (OR 7.4). Questi risultati ci hanno portato a progettare uno studio sperimentale per valutare l’efficacia di un apparecchio di avanzamento mandibolare (AAM) in un gruppo di adolescenti che presentavano al contempo bruxismo, russamento e frequenti cefalee. L’ipotesi è che nella patogenesi di tali comorbidità, vi sia un meccanismo comune, probabilmente legato alla respirazione durante il sonno, e che l’utilizzo di un AAM possa quindi avere un beneficio multiplo. Il trattamento a breve termine con un AAM sembra diminuire l’ARMM (fino al 60%) e migliorare il russamento e i mal di testa negli adolescenti. Tuttavia, l'esatto meccanismo di azione degli AAM rimane incerto; la loro efficacia può essere correlata sia al miglioramento della respirazione durante il sonno, ma anche all’influenza che questi apparecchi svolgono sul sistema masticatorio. Le interazioni tra il bruxismo nel sonno, la respirazione, e le cefalee, così come l'efficacia e la sicurezza a lungo termine degli AAM negli adolescenti, necessitano di ulteriori studi clinici.