Fisiologia del sonno

Il sonno

• Necessità primaria• 1/3 della vita• Diminuita sensibilità sensoriale• Diminuita attività motoria• Alterata coscienza• Rapidamente reversibile

polisonnografia• EEG• Elettrooculogramma• Elettromiogramma• Frequenza cardiaca• Pressione arteriosa• Flusso nasale• Saturazione O2

• Temperatura

Il sonno è caratterizzato da stadi diversi

• Stadio 1,2,3,4 sonno non REM, sonno sincronizzato

• Sonno REM desincronizzato

Veglia occhi aperti

Veglia occhi chiusi α

Stadio 1

Stadio 2 complessi K e fusi

Stadio 3 onde lente tono parasimpaticoStadio 4 onde lente

REM

Caratteristiche del sonno REM

• Sonno desincronizzato• Alto consumo ossigeno• Atonia muscolare• Movimenti oculari• Miosi• Abbassamento temperatura• Sogni• Erezione nei maschi• alcool e barbiturici lo riducono

Che cosa induce il sonno?Diverse teorie

• Sonno come processo passivo: riducendo le afferenze sensoriali si induce il sonno

• Teoria reticolare l’attivazione della sostanza reticolare risveglia, distruzione della s.r. induce sonno permanente

• Sonno come processo attivo indotto dall’attività di specifiche regioni cerebrali

Preparati sperimentali per l’analisi del sonno

2:Cicli normali

1: sonno profondo

3:insonnia

Tracciato EEG nel preparato pretrigeminale emimediopontino

Lesione nell’emisfero sinistro > attività desincronizzata (insonnia)3 tracciati in bassoEsistono quindi strutture ipnogene bulbopontine

Zone cerebrali che influenzano il sonno

• Stimolazione ipotalamo anteriore causa sonno

• Stimolazione ipotalamo posteriore determina attivazione EEG

• Il talamo influenza i fusi del sonno

Il sonno è un processo nervoso attivo e ritmico

pacemaker circadiano localizzato nel nucleo soprachiasmatico dell’ipotalamo anteriore

influenzato dal ciclo luce buio,da fattori interni, ormonali e Temperatura

Sistema esecutore che esegue e regola le varie fasi del sonno ed è infulenzato da fattori umorali, dalla veglia precedente, fattori psicologici e ambientali

L’area preottica ventrolaterale APVLDell’ipotalamo inibisce (GABA e galanina)Il sistema attivante la veglia

APVL

Formazione reticolare

neocorteccia

Sonno non-REM

Talamo

Il circuito talamo-corticale

• Lo stato di coscienza e le transizioni tra veglia-sonno sono controllate dall’oscillatore talamo corticale che genera oscillazioni lente (teta e delta) e sincrone.

• Quando l’oscillatore è in funzione compare lo stato di sonno, quando dominano i ritmi rapidi (beta e gamma) compare lo stato di veglia

desincronizzazione

SONNO REM

Corteccia occipitale

Processi omeostatici e circadiani

• Il sonno può essere indotto da sostanze ipnoinducenti che si accumulano durante la veglia

• Orologio biologico ipotalamico

Pacemaker Circadiano

Nucleo soprachiasmatico

Meccanismi omeostatici

CicloSonno-veglia

Afferenze retiniche OrmoniTemperatura corporeaFattori genetici

Sostanze prodotte durante la vegliaAfferenze sensorialiTemperatura ambienteFattori psicologici, culturali e ambientaliFattori genetici

I due meccanismi sono in gran parte indipendenti

Regolazione omeostatica e circadiana del sonno

Sostanze che influenzano il sonno

• Muramil-peptidi• adenosina• Lipopolisaccaridi• Prostaglandine• Interleuchina-1• Interferone• Tumor nechrosis factor• Peptide intestinale vasoattivo• Serotonina• Peptide inducente sonno delta

Concentrazioni di adenosina

L’adenosina sui recettori purinergici è un neurotrasmettitore inibitorioCaffeina e teofillina sono antagonisti

Sonno e sistema immunitario

• I fattori che promuovono il sonno interagiscono con il sistema immunitario

• Ratti deprivati di sonno per 24 ore avevano un numero di leucociti inferiore del 20% rispetto ai controlli

melatonina

Cortisolo

T

MELATONINA

Strutture coinvolte nei ritmi circadiani

Orologio biologico circadiano

• Nuclei soprachiasmatici neuroni NSC• Retina• Tratto-retino-ipotalamico• Epifisi:melatonina

CARATTERISTICHE FISIOLOGICHE CIRCADIANE

Modello genetico-molecolare: neuroni del nucleo soprachiasmatico ipotalamico

PER E CRYBloccanoLa trascrizione

La luce attiva i geni

I geni per e cry• Regolano l’espressione di canali ionici,

trasportatori e recettori trasferendo la ciclicità del processo biomolecolare alla generazione di potenziali d’azione che assumono un andamento ciclico e modulano le strutture bersaglio

• I neuroni dei nuclei soprachismatici nell’ipotalamo anteriore esprimono recettori gabaergici il cui effetto varia nelle 24 per via di cambiamenti di concentrazioni intracellulari di Cl

oressine• oressinaA 33 aa oressinaB 28aa prodotte a

livello dell’ipotalamo posteriore e laterale• Si legano a recettori OX1R e OX2R accoppiati a

G proteins• Topi knockout > narcolessia• Prodotta maggiormente quando diminuisce il glucosio

ematico

Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder

Age and condition Average amount of sleep per dayNewborn up to 18 hours 50% sonno REM1–12 months 14–18 hours1–3 years 12–15 hours3–5 years 11–13 hours5–12 years 9–11 hoursAdolescents 9–10 hoursAdults, including elderly 7–8(+) hoursPregnant women 8(+) hours

Polifasico

Bifasico

Circadiano

Funzioni del sonno

• Conservazione e recupero energetico (metabolismo anabolico)

• Abbassamento temperatura• Memoria e apprendimento

Ruolo del sonno nella memoria

• Consolidamento di nuove memorie (sonno non REM)

• Assimilazione e Generalizzazione delle informazioni (REM)

Durante il sonno l’attività cerebrale non è inibita ma viene riorganizzata