IL SONNO E LA VEGLIA

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1 IL SONNO E LA VEGLIA IL SONNO.. LA DOLCE BALIA DELLA NATURA (W. SHAKESPEARE) Occupa 1/3 della nostra vita Normale sospensione della coscienza Comparsa di specifiche onde cerebrali Una serie di stati fisiologici finemente regolati che si susseguono sotto il controllo di un gruppo di nuclei del tronco encefalico che proiettano diffusamente in tutto l encefalo e il midollo spinale. INSONNIE 70 milioni di Statunitensi all anno

2 Figure 28.1 The duration of sleep Dormire poco porta a debiti di sonno che devono essere recuperati altrimenti vanno ad influire su diverse funzioni. Negli USA ogni anno i deficit da sonno causano oltre incidenti stradali. Il sonno è un comportamento altamente conservato (dal moscerino della frutta all uomo). Considerata la vulnerabilità degli animali mentre dormono è evidente che devono esserci vantaggi da un punto di vista evolutivo.

3 Figure 28.2 Circadian rhythmicity of core body temperature and growth hormone & cortisol levels FUNZIONI DEL SONNO CORTISOLO Ormone steroideo prodotto dalle gh surrenali su stimolazione dell ormone adrenocorticotropo prodotto dall ipofisi. Ricostituire i livelli cerebrali di glicogeno che si riducono durante la veglia. Limitare la perdita di calore durante la notte in cui le temperature sono piu basse. Metabolismo basso. Recupero delle energie. Consolidamento dei ricordi registrati come modificazioni sinaptiche indotte dall esperienza durante il giorno. Induce un aumento di glicemia stimolando la gluconeogenesi epatica.azione antiinfiammatoria e anti immunitaria. Inibisce l ormone della crescita.

4 Box 28A Sleep Styles in Different Species I mammiferi predatori: si comportano come l uomo Le prede: dormono brevi intervalli di tempo Foche e delfini d:ormono con un emisfero alla volta

5 Figure 28.3 Consequences of total sleep deprivation in rats Il sonno nei mammiferi è necessario per la sopravvivenza. I ratti sotto esperimento perdono la capacità di termoregolarsi e sono maggiormente esposti alle infezioni Mancanza di sonno nell uomo: riduzione delle funzioni mnemoniche e cognitive fino a oscillazioni dell umore e allucinazioni. Insonnia familiare fatale condizione genetica che porta a morte. Periodo piu lungo di astensione volontaria dal sonno: 453 ore e 40 min (19 gg circa)

6 Figure 28.4 Rhythm of waking and sleeping in isolation, with and without day night cycle cues Il sonno si presenta con un ritmo circadiano. Linee blu: veglia Linee rosse: sonno Triangoli: massima temperatura Cues Pasti nelle ore abituali, radio, tv, etc Orologio free-running

7 Per sincronizzare i processi fisiologici relativi al sonno con il ciclo giorno-notte, l orologio biologico deve poter rilevare il livello di illuminazione. Questi sensori si trovano nella retina: CELLULE GANGLIARI DELLA RETINA

8 Figure 28.5 Photoreceptors responsible for signaling circadian light changes (Part 1) Le cellule gangliari della retina rispondono agli stimoli luminosi generando potenziali d azione A differenza dei coni e dei bastoncelli che rispondono iperpolarizandosi

9 Figure 28.5 Photoreceptors responsible for signaling circadian light changes (Part 2) Gli assoni delle RGC via tratto retinoipotalamico proiettano al nucleo soprachiasmatico (NSC) dell ipotalamo anteriore (sede del controllo circadiano delle funzioni omeostatiche),dal NSC partono vie per il nucleo paraventricolare dell ipotalamo e di qui per i neuroni della zona intermediolaterale delle corna laterali del tratto toracico del midollo spinale.questi neuroni pre-gangliari modulano l attività dei gangli cervicali superiori cui assoni post-gangliariproiettano alla gh pineale nel talamo dorsale La ghiandola pineale sintetizza melatonina (da triptofano), un neurormone che promuove il sonno, nel circolo sanguigno dove va a modulare i circuiti del tronco encefalico che influenzano il ciclo sonno- veglia

10 Figure 28.5 Photoreceptors responsible for signaling circadian light changes (Part 3) In età avanzata la gh pineale produce meno melatonina. La melatonina viene usata per i disturbi da jet-lag

11 Il nucleo soprachiasmatico è considerato l orologio principale La rimozione del NSC negli animali da esperimento abolisce il ciclo circadiano sonno-veglia L NSC controlla anche altre funzioni soggette a ciclo sonno veglia come: temperatura corporea, secrezione ormonale, pressione arteriosa e produzione di urina.

12 Figure 28.6 EEG recordings during the first hour of sleep Il sonno è composto da diversi stadi che compaiono in una sequenza caratteristica. La definizione degli stadi è su base EEC. Progressivamente la frequenza si riduce e l ampiezza aumenta. Sonno NON REM e REM Grappoli di impulsi ad elevata frequenza (fusi del sonno) Sonno Profondo Sonno ad onde lente Basso voltaggio ed elevata frequenza Sonnolenza Sonno leggero Transizione tra I e III Le registrazioni ECG della fase REM somigliano allo stato di veglia. Durano circa 10 minuti. Qt di sonno REM: 8 ore alla nascita. 2 ore a 20 anni, 45 minuti circa a 70 anni.

13 Box 28C(1) Electroencephalography

14 Box 28C(2) Electroencephalography

15 Box 28C(3) Electroencephalography GENESI DELL ATTIVITA SINCRONA CHE CARATTERIZZA IL SONNO PROFONDO Nello strato di cell piramidali al di sotto dell elettrodo EEG, ciascun neurone riceve migliaia di afferenze sinaptiche. Se gli input sono irregolari o fuori fase la somma algebrica sarà un potenziale di ampiezza ridotta come avviene nello stato di veglia. Se invece i neuroni sono attivi approssimativamente allo stesso tempo, le onde tenderanno a essere in fase e l ampiezza del potenziale sarà maggiore come nel caso delle onde lente dello stadio IV del sonno.

16 Figure 28.7 Physiological changes during the various sleep states Sonno REM: Movimenti oculari rapidi, costrizione pupillare, paralisi dei grossi muscoli, etc Il SOGNO: particolare stato riconducibile alle allucinazioni (non esiste relazione con stimoli sensoriali esterni). Le risposte motorie associate ai sogni sono trascurabili considerato che durante la fase REM gran parte dei muscoli sono inattivi. Il sonnambulismo si verifica durante il sonno non REM.

17 Figure 28.7 Physiological changes during the various sleep states (Part 1) La durata del sonno REM aumenta da 10 min nel 1 ciclo fino a 50 min nell ultimo ciclo. Il sonno ad onde lente (stadio IV) compare solo nei primi due cicli

18 Figure 28.7 Physiological changes during the various sleep states (Part 2)

19 Figure 28.7 Physiological changes during the various sleep states (Part 3)

20 POSSIBILI FUNZIONI DEL SONNO REM E DEI SOGNI Ad oggi non si conoscono le funzioni dei vari stadi del sonno Sonno non REM funzione ristoratrice Sonno REM?? Forse funzione associata ai sogni sebbene l attività onirica non sia del tutto associata alla fase REM Teorie di Freud (1900) sul conscio e subconscio. Recenti evidenze mostrano che i sogni hanno un ruolo nel consolidamento della memoria. Teoria diversa-1: i sogni servono ad eliminare ricordi non necessari che si sono accumulati durante il giorno (i pensieri parassiti ). Teoria diversa-2: i sogni - tanto scoria metallica quanto oro Osservazione importante: deprivare soggetti dal sonno REM non ha effetti importanti

21 Figure 28.8 Circuitry involved in decreased sensation and muscle paralysis during REM sleep Sonno NON REM: cervello inattivo in corpo attivo Sonno REM: cervello attivo in corpo inattivo

22 Figure 28.9 Activation of specific neural circuits triggers sleep and wakefulness La stimolazione elettrica di neuroni colinergici localizzati in prossimità della giunzione del ponte e del mesencefalo provoca il risveglio di un gatto addormentato Una lenta stimolazione elettrica del talamo induce un gatto sveglio ad addormentarsi Lo stato di veglia non è un semplice risultato di un esperienza sensoriale ma richiede la presenza i un determinato circuito di attivazione.e che il sonno comporta una complessa interazione tra talamo e corteccia.

23 Figure Cortical regions whose activity changes during REM sleep

24 Figure Important nuclei in regulation of the sleep wake cycle (Part 1) Sono nuclei serotoninergici Proiettano ai neuroni talamo corticali. Elevata frequenza di scarica durante la veglia e il sonno REM. Sono inattivi durante il sonno NON REM.Se stimolati causano desincronizzazione dell elettroencefalogramma. La loro attività è importante nella determinazione della veglia e del sonno REM e la loro inattività è importante per produrre il sonno NON REM.

25 Figure Important nuclei in regulation of the sleep wake cycle (Part 2) Noradrenergici Istaminergici

26 Figure Important nuclei in regulation of the sleep wake cycle (Part 4) Nucleo preottico ventrolaterale Tronco dell encefalo Orexina: Peptide che promuove la veglia

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28 Box 28E Drugs and Sleep Nello stato di veglia il sistema amminergico è particolarmente attivo Sonno NON REM le vie amminergiche si riducono piu di quelle colinergiche che pertanto diventano dominanti. FARMACI: Insonnia se durante lo stato di veglia aumenta l attività amminergica Ipersonnia se aumenta quella colinergica Benzodiazepine: Potenziano l effetto del GABA Caffeina è un antagonista del recettore per l adenosina che induce il sonno

29 Figure Thalamocortical neuron activity in sleep and awake states Le fasi del sonno sono riconducibili alla modulazione dell attività talamocorticale I neuroni talamo corticali ricevono afferenze da nuclei citati prima e proiettano ai neuroni della corteccia. I neuroni talamo corticali possono trovarsi in Stato Oscillatorio intrinseco (stato di scarica ad alta frequenza)-sonno. In questa fase i neuroni talamici e quelli della corteccia sono sincronizzati disconettendo la corteccia dal mondo esterno Stato di attività tonica (neuroni depolarizzati)-veglia. In questa fase i neuroni talamocorticali trasmettono informazioni alla corteccia sotto forma di treni di impulsi in cui sono codificati gli stimoli periferici.

30 Figure Summary scheme of sleep wake states

31 I DISTURBI DEL SONNO INSONNIA Incapacità di dormire per tempi lunghi e/o profondamente da sentirsi riposati (episodica o associate a disturbi psichiatrici come la depressione che ha effetto sui sistemi colinergici, adrenergici e serotoninergici o sinile). APNEA NEL SONNO Arresto del respiro durante il sonno. Maschi obesi di mezza età. Stanchezza cronica e depressione. Rischio di morte. Maschera facciale a pressione positiva. SINDROME DELLE GAMBE SENZA RIPOSO Anziani. Fastidi alle gambe e impulso a muoverle. NARCOLESSIA Frequenti attacchi di sonno REM durante il giorno