RITMOS BIOLÓGICOS

CRONOBIONOGIA: disciplina que estuda os ritmos biológicos

Ritmos a) Circadianos: vigília-sono (periodicidade em torno de 24h)b) Ultradianos: batimento cardíaco (periodicidade < 24h)c) Infradianos : ciclo menstrual, ciclo das marés (periodicidade > 24h)

Marcapassos: osciladores primários, que exibem ritmicidade geneticamente determinada, auto-sustentada, endógena, mesmo na ausência de pistas temporais externas (= relógio biológico).

EX: pessoas mantidas em cavernas por períodos de várias semanas ou meses continuam dormindo e acordando com uma periodicidade de aproximadamente 25h!

http://www.crono.icb.usp.br/

Natureza rítmica dos processos biológicos

A cigana adormecida". Henri Rousseau

Relógio ambiental =temporizador externo

A privação de temporizadores externos (ritmo claro-escuro) não

abole e nem desorganiza o ciclo vigília-sono, ainda que fique um

pouco defasado.

Ritmos BiológicosRitmos BiológicosVias eferentesVias eferentes

Vias aferentesVias aferentes

Temporizador externoClaro-escuro

Duração do fotoperíodo

Temporizador internoRelógio biológico

SNC

Relógio Biológico

Trato retino-hipotalâmico

Trato retino-hipotalâmico

Núcleo-supraquiasmático

(HIPOTÁLAMO)

Núcleo-supraquiasmático

(HIPOTÁLAMO)Outras áreas do SNCÓrgãos efetuadores

Outras áreas do SNCÓrgãos efetuadores Ritmos

circadianos

Ritmos circadianos

Órgãofotossensível

Órgãofotossensível

GlândulaPineal

GlândulaPineal Ritmos

Infradianos

Ritmos Infradianos

ZEITGEBERS

AFERÊNCIAS Retina (Trato retino-hipotalamico)

EFERÊNCIAS Outros núcleos do hipotálamo Tálamo

Mecanismos neurais da ritmicidade

Núcleo supraquiasmatico (NSQ) : Relógio biológico

O NSQ cicla mesmo quando as conexões neurais são eliminadas ou quando os núcleos são mantidos em cultura e possui um ritmo próprio.

Porem pode se sincronizar aos ritmos ambientais externos como as oscilações fotoperiodicas.

Lesão no NSQ: abole o ciclo vigília-sono e vários outros ritmos

EPITÁLAMO Glândula pineal (epífise):sintetiza e libera a melatonina; associado a regulação dos ritmos ultradianos

GÂNGLIO CERVICAL SUPERIOR(neurônio pós-ganglionar)

MEDULA TORACICAColuna intermédio lateral (neurônio pre-ganglionar)

HIPOTÁLAMONSQ → N. paraventricular

RETINATrato

retinohipotlamico

HIPOTÁLAMO

NSQ-

-

RETINA

+

Diminuição da luz

Melatonina

Gl. pineal

EPITÁLAMO

N. paraventricular+

pré-ganglionar

SNA simpático

pós-ganglionar

+

Liberação do SNA simpático

+

INDUÇÃO DE SONO

Durante o dia, a retina estimula o NSQ cujos neurônios são inibitórios. Como conseqüência, os neurônios do núcleo paraventricular deixam de estimular os neurônios pré-ganglionares simpáticos da medula e a produção de melatonina é baixa durante o dia (ou quando o fotoperiodo é longo).

Quando anoitece (pouca luz) acontece o contrário: a concentração de melatonina aumenta e ajuda a induzir o sono. Dessa forma, o ritmo circadiano integra-se ao ritmo circanual.

GH

N. paraventricularNSQ

RETINA HIPOTÁLAMO

Adeno-hipófise

+Diminuição do efeito inibitório do NSQLiberação da atividade de núcleos hipotalâmicos neuroendócrinos.

-

+

+

Durante o sono há estimulação para o aumento de GH

Por que dormimos?- Não sabemos direito mas a sua privação causa muitos transtornos.

O que é sono? - Perda reversível do estado de consciência - Estado de limiar reduzido aos estímulos ambientais, postura estereotipada (deitado e de olhos fechados) e período de reduzida atividade motora - Experiências oníricas = sonho

Caracterizando o sono (polissonografia) 1) Comportamento 2) Atividade cerebral (Eletroencefalograma – EEG) 3) Atividade muscular (Eletromiograma – EMG) 4) Movimentos oculares (eletro-oculograma – EOG) 5) Atividades viscerais (FC, Pa, FR, etc)

Ciclo vigília-sono

Não dormir ou dormir mal: dificuldades para realizar atividades cognitivas

Instituto do Sonohttp://www.sono.org.br/

DISTÚRBIOS DO SONO

Insônia: dificuldade de iniciar o sono, mantê-lo continuamente durante a noite ou o despertar antes do horário desejado. Depende de fatores predisponentes (ansiedade) e precipitantes (estresse).Sintomas de quem dorme mal: sonolência diurna exagerada!! Alem disso, alterações do humor e as alterações de memória e capacidades mentais (cognitivas), como aprendizado, raciocínio e pensamento.

Apnéia obstrutiva do sono (5% da população geral): parada da respiração, que dura em média 20 segundos, facilitando problemas cardíacos. Ronco é o indicador.

Síndrome das pernas inquietas (7% da população): sensação desagradável nas pernas, profunda, nos ossos às vezes, como se fosse uma coceira ou friagem, choque, formigamento, e eventualmente dor. Evoca uma sensação de angústia e imensa necessidade de mover as pernas, ou ainda massageá-las, alongá-las ou mesmo espancá-las em algumas situações. A pessoa não consegue iniciar o sono.

Doença do SonoNarcolepsia

VIGILIAVários sistemas corticais em funcionamento

SONOTodos os sistemas são desligados simultaneamente;

perda temporária de consciência

Des

emp

enh

o C

om

po

rtam

enta

l

Nível de atividade cortical

100%

EuforiaComa

Sono Vigília

Nível máximo de atenção

Nosso melhor desempenho ocorre quando há um equilíbrio entre excitação e inibição do córtex

Epilepsia

VIGILIAN

ível

da

aten

ção

Atenção

Estado Consciente

VIGILIA: estado no qual respondemos facilmente aos estímulos sensoriais; a função cortical é operante (percepção, planejamento de movimentos voluntários, raciocínio, aprendizagem usando memória explicita, sentimento, etc.)

Estado Inconsciente

Fas

es d

o s

on

o

SONO

SONO: estado de consciência complementar ao de vigília durante o qual nos proporciona repouso reparador; há suspensão temporária da atividade perceptivo-sensorial e motora voluntária.

PROFUNDIDADE

Hipnos

Erebo Noite

Morfeu

Sono

Sonhos

Hipnos e Thanatos (deus da morte): irmãos gêmeos

Deus da escuridão subterrânea

Deusa das trevas

Morte cerebral - Todo o cérebro, incluindo o tronco cerebral, perde irreversivelmente todas as suas funções.

Mesmo em coma, o paciente é considerado legalmente vivo.

ThanatosMorte

Leitura par reflexão http://www.unifesp.br/dneuro/mortencefalica.htm

CONSCIÊNCIA: capacidade de reconhecimento da realidade externa e interna e a capacidade de responder aos estímulos: é o grau de vigí l ia que se encontra uma pessoa.

ALTERAÇÕES DO ESTADO DE CONSCIÊNCIA

Coma: estado em que não é possível despertar uma pessoa mesmo com fortes estímulos.

Estupor: estado em que apenas estímulos externos vigorosos e diretos são capazes de despertar o paciente.

Confusão/Obnubilação: compreensão inadequada das impressões exteriores, com perplexidade e prejuízos de atenção e orientação; é estar "sonolento".

Hiperalerta: estado de hiperatividade autonômica e respostas exageradas (causadas por uso de drogas (anfetaminas, cocaína), abstinência (benzodiazepínicos), ou estresse pós-traumático.

Características dos neurônios de modulação difusa

- Origem no tronco encefálico;

- Cada neurônio influencia uma grande

quantidade de células pós-sinápticas em

diferentes regiões do SNC

- Os NT são liberados no fluido extracelular

ao invés de numa fenda sináptica;

- Os receptores dos NT são metabotrópicos

- A velocidade de transmissão nervosa é

muito baixa.

Sim. Possuímos um sistema de modulação (atenuador/ativador) que regula o nosso estado de consciência

Quando dormimos somos “desligados” de uma vez. E quando acordamos também. Haverá um sistema geral atenuador/ativador do córtex?

Impulsos visuais

FORMAÇÃORETICULAR

SARA

Cerebelo

Vias descendentes

Medula

Impulsos auditivos

Vias ascendentes

TroncoEncefálico

Formação reticular: rede difusa de

neurônios com projeção ascendente e

descendente. Recebe todas as

aferências sensoriais do corpo. O

SARA promove a ativação cortical e é

responsável pela atenção dirigida.

O SISTEMA DE MODULAÇÃO CEREBRAL

Mod. cardiovascular e endócrinaMod. excitabilidade cortical e subcortical; Reg. ciclo vigília-sonoControle do tônus muscular

Regulação do SNA simpáticoModulação nociceptiva Modulação da excitabilidade cortical e subcortical

Coordenação motoraModulação emocional e comportamento motivado.Cont. neuroendocrino e regulação do SNA simpáticoModulação da adaptação retiniana

Modulação da atividade cortical e da memóriaManutenção da vigília, iniciação do sono paradoxal.

O SISTEMA DE MODULAÇÃO CEREBRAL

ELETROENCEFALOGRAFIA (EEG): registro das atividades elétricas cerebrais

O EEG capta a atividade elétrica cerebral resultante de populações de neurônios corticais em função do tempo.

FREQUENCIA- no. de ondas na unidade de tempo (ritmo)

AMPLITUDE- tamanho da onda

O EEG é analisado conforme a freqüência e a amplitude das ondas

EEG rápido: as células corticais estão em ritmo dessincronizado

EEG lento: as células corticais estão em ritmo sincronizado;

Eletrodosuperficial

Córtexcerebral

Durante a vigília o EEG apresenta ritmos de ondas dessincronizadas e bastante rápidas.

Rítmo β: Ondas de amplitude mais baixa de maior freqüência (14Hz). Acordado e atento.

Ritmo α: Ondas de baixa amplitude e freqüência entre 8-13Hz. Acordado e relaxado.

Quando começamos adormecer os rimos EEG alteram-se profundamente, apresentando 4 estágios distintos.

Acordado de olhos fechados Olhos abertos

ESTÁGIO 1 (5 min) Predominam as ondas α;Responde a perguntas mas não se lembra do que disse ou ouviu; quando estimulado, desperta com sobressalto

ESTÁGIO 2 (10 a 20min) Surgem os fusos e os complexos K

ESTÁGIO 4: Sono profundoPredominam as ondas δ; redução do tônus cervical

(Ambos somam 20 a 40 min)

ESTÁGIO 3: Fusos interrompidos por ondas δ

VIGILIA: Predominam as ondas β

SONO REM (5 a 15 min)Sono com sonhosO EEG e o EOG se assemelham da vigília

O sono tem dois estados:

a) SONO NÃO-REM (N-REM)b) SONO REM (REM)

O sono N-REM apresenta 4 estágios, durante os quais as ondas se tornam cada vez mais lentas e aumentam de amplitude. O EEG torna-se sincronizado e a profundidade do sono aumenta.

O sono REM é o sono onde EEG fica dessicronizado e ocorre movimentos rápidos dos olhos (rapid eyes movements). Por isso é chamado de sono paradoxal.

Tipos e estágios do Sono

Numa noite de sono (8horas), passamos por ciclos que se repetem umas 5 vezes. Entre a fase IV e a I ocorre o sono REM. A medida que o sono chega ao fim, a profundidade diminui e a duração do sono REM aumenta.

Intervalo de alternância entre dois sonos: em torno de 90min

Duração de um ciclo de sono

Sono Não-REMI: 5 minutosII: 10 a 20 minutosIII e IV: 20 a 40 minutos

Sono REM5 a 15 minutos

Além das alterações cíclicas do EEG ocorrem oscilações viscerais e somáticas, particularmente durante os episódios de sono REM.

a) Aumento dos movimentos ocularesb) Atonia muscularc) Aumento da freqüência cardíacad) Aumento na freqüência respiratóriae) Ereção peniana

A arquitetura do sono varia entre as pessoas e com a idade

MECANISMOS NEURAIS DO SONO

Ao despertar as ondas cerebrais se tornam rápidas

1) Ativação cortical2) Percepção sensorial, integração sensório-motora, orientação

a) Animal dormindo: estimulação do SARA → desperta → EEG dessincronizab) Animal acordado: estimulação do tálamo → dorme → EEG sincroniza

EVIDÊNCIA DE QUE O TRONCO ENCEFALICO É RESPOSAVEL PELO NOSSO ESTADO DE CONCIENCIA

O tálamo

1. Radiação talâmica2. Caudado

1. VIGÍLIA - altamente excitáveis (Glu) - modo de transmissão continuo - EEG: ondas dessincronizadas

1

2. SONO - inexcitáveis (GABA) mas os canais de Ca++

sensíveis à hiperpolarizaçâo se abrem - modo em salvas de PA - EEG: ondas sincronizadas

NEURÔNIOS TALÂMICOScomportam-se de duas maneiras:

EEG

2

os neurônios corticais estão em franca atividade arrítmica; EEG desssincronizado

A estimulação glutamatérgica nos neurônios talâmicos geram PA em modo continuo, conforme a atividade da via aferente.

Neurônios talamo-

corticais

Córtex

Glu +

Vias aferentes

V I G I L I A

Os neurônios corticais passam a exibir ritmos sincronizadas.

EEG sincronizado

A estimulação gabaergica do núcleo reticular do tálamo causa salvas de PA do neurônio talâmico.

Córtex

GABA -

Núcleo reticulardo tálamo

SONO DE ONDAS LENTAS

Neurônios talamo-

corticais

A atividade talâmica é regulada pelo sistema de modulação difuso

Neurônios talamo-

corticais

Salvas de PA

N. reticularGABA

FOR

ACh

SONO EEG de ondas lentas

Neurônios colinérgicos do sistema de

modulação difuso

?

Vias aferentes

Glu

Modo de Transmissão continuo

VIGÍLIA EEG de ondas rápidas

HisHipotálamo posterior

Hipotálamo anterior

GABA

O que causa o sono REM?

• Atividades do núcleo da formação reticular pontina (N. reticular pontino oral e caudal) pois sua destruição abole o sono REM e estão em atividade durante o sono REM

• Dispara em salvas e quando isso acontece os núcleos tálamo-corticais disparam em modo de transmissão dessincronizando o EEG (ondas PGO ou ponto-geniculo-occipitais).

• São controladas por aferências colinérgicas e aminérgicas (5-HT e

Dopamina) que se silenciam durante os estágios do sono. No sono REM predomina um clima colinergico.

• Os neurônios colinergicos pontinos causam forte inibição dos neurônios motores somáticas causando intensa atonia

Mecanismos neurais do Sono REM

Lócus ceruleus (Nor)REM off

Núcleos da Rafe (5HT)REM off

Núcleo reticular pontino AChREM On

Tálamo

Córtex Cerebral

PA em salvas

Modo de transmissão

Sono REM EEG de ondas rápidas

Ach

Nor5HT

REM REM REM REM REM

Tálamo Vias aferentes sensoriais

Glu

Modo de Transmissão continuo

VIGÍLIA EEG de ondas rápidas

CÓRTEX CEREBRAL

Hipotálamo posterior

HIS

+

Os neurônios histaminérgicos do HIPOTALAMO POSTERIOR

Hipotálamo anterior

GABA

A atividade GABAergica do HA inibe o HP e induz o sono

Coma permanenteSincronização do EEG

Drogas anti-histamínicascausam sonolência

A) Normal, a ponte inibe o trato reticulo espinhal (não mostrado aqui), causando uma

paralisia funcional (atonia) e temporária dos músculos esqueléticos. B) Lesão ou tumor: rompimento das conexões inibitórias para a medula.

Como despertamos?

• Estimulação das vias sensoriais aferentes com maior intensidade, ativando o SARA e dessincronizado o córtex

• Atividade aumentada do locus ceruleus durante a transição sono REM e a vigília, dessincronizando ainda mais o EEG.

Garfield, acordou irritado destruindo a fonte de estimulação externa ativadora do SARA e do córtex...

SONHO é uma experiência consciente enquanto dormimos. A matéria-prima dos sonhos é, evidentemente, informação memorizada no sistema nervoso. Ocorre com freqüência durante o sono paradoxal

Cesar Timo-Iaria

http://www.sbsono.com.br/hypnos/IConsensodeInsonia.pdf

INSONIA “ ...sintoma que pode ser definido como dificuldade em iniciar ou manter o sono, presença de sono não reparador, ou seja, insuficiente para manter uma boa qualidade de alerta e estado físico e mental durante o dia e com o comprometimento conseqüente das atividades diurnas.”

Consenso de Insônia