Evaluation of heart rate variability during sleep-related seizures in focal cortical dysplasia : a time-variant and bivariate study

Epilepsy is one of the most common neurological chronic disorders affecting approximately 50 million people worldwide and it is the main clinical manifestation of Focal Cortical Dysplasia (FCD), which is a localized form of Malformation of Cortical Development (MCD) often correlated with drug-resistant epilepsy. The symptoms associated with a seizure depend on the location and extent of the lesion and they can include autonomic phenomena such as tachycardia and less often bradycardia and asystole, respiratory modifications and pupillary changes. A chronic and repeated activation of the Autonomic Nervous System (ANS) can lead to an autonomic dysfunction with a consequent sympathovagal imbalance. A reduced Heart Rate Variability (HRV), which is considered an index of impaired autonomic heart control, is known to make patients more susceptible to tachycardia and it increases the risk of Sudden Unexpected Death in Epilepsy (SUDEP). Respiratory changes can also occur during or in the period that precedes seizures and have often been correlated with SUDEP. SUDEP is the leading cause of mortality in patients with chronic refractory epilepsy and it is more likely to occur during sleep. It is also known that sleep can influence occurrence, timing and threshold of seizures. A deeper knowledge of the correlations between ANS and epilepsy could lead to disclose the causes of SUDEP (Sudden Unexpected Death in Epilepsy), could contribute to the development of methods for the detection and prediction of epileptic seizures and help to evaluate the effects of vagal nerve stimulation used when the patient is not an ideal candidate for the surgical removal of the epileptogenic focus. The work presented in this thesis aims at the investigation of the ANS during sleep-related seizures in patients affected by FCD type II. The analysis was performed both in the time and in the frequency domain, by applying advanced signal-processing techniques such as time-variant spectral estimation and bivariate analysis in the inter-ictal, pre-ictal, ictal and post-ictal phases.

L'epilessia è una delle più comuni patologie neurologiche croniche, colpisce approssimativamente 50 milioni di persone nel mondo ed è la principale manifestazione clinica della Displasia Corticale Focale (DCF), una forma localizzata di Malformazione dello Sviluppo Corticale (MSC) spesso correlata con forme di epilessia farmacoresistente. I sintomi associati alle crisi dipendono dalla posizione e dall'estensione della lesione e possono comprendere fenomeni autonomici come ad esempio tachicardia e, meno frequentemente, bradicardia e asistole, variazioni respiratorie e pupillari. Un'attivazione cronica e ripetuta del Sistema Nervoso Autonomo (SNA) può portare ad una disfunzione autonomica con un conseguente squilibrio simpatovagale. È risaputo che una ridotta variabilità cardiaca (HRV, Heart Rate Variability), essendo indice di un controllo cardiaco autonomo compromesso, renda i pazienti più suscettibili a tachicardia, aumentando il rischio di morte improvvisa in epilessia (SUDEP, Sudden Unexpected Death in Epilepsy). Variazioni respiratorie possono inoltre verificarsi durante o nel periodo precedente la crisi e spesso sono state correlate con casi di SUDEP. Quest'ultima rappresenta la principale causa di morte tra pazienti affetti da epilessia cronica refrattaria e di frequente si verifica durante il sonno. È inoltre noto che il sonno possa influenzare il verificarsi delle crisi, anche in merito alla loro tempistica e soglia convulsiva. Una più profonda conoscenza dei meccanismi di interazione tra SNA ed epilessia potrebbe infatti portare a svelare le cause della morte improvvisa in epilessia (SUDEP, Sudden Unexpected Death in Epilepsy), potrebbe contribuire allo sviluppo di metodi per la detezione e predizione della crisi epilettiche e aiutare a valutare gli effetti della stimolazione del nervo vagale usata in quei casi in cui il paziente non è un candidato ideale per la rimozione chirurgica del focus epilettogenico. Il lavoro presentato in questa tesi mira all'indagine del SNA durante il verificarsi di crisi epilettiche sonno-relate in pazienti affetti da DCF tipo II. Lo studio è stato svolto sia nel dominio del tempo che in quello della frequenza, applicando tecniche avanzate di analisi dei segnali quali la stima spettrale tempo-variante e l'analisi bivariata, nei periodi inter-ictale, pre-ictale, ictale e post-ictale.