Neurochimica del sonno
Esistono sostanze in grado di favorire il sonno?
Neurochimica del sonno Pieron (1913): precursore dell approccio neurochimico: ipnotossina Se lo stato di veglia viene mantenuto a lungo, il bisogno di dormire si fa sempre più impellente fino a diventare insostenibile. Questo fenomeno si accompagna ad un avvelenamento causato da un ipotetica sostanza che ha le stesse caratteristiche delle tossine
Neurochimica del sonno Pieron verificò la sua ipotesi tenendo svegli per più giorni dei cani e poi prelevando dal loro cervello il liquido cefalorachidiano (liquor) ed iniettandolo negli spazi liquorali di animali che avevano riposato normalmente => dopo l iniezione gli animali riceventi si addormentavano. Effetto dello stress?
Neurochimica del sonno Pappennheimer (1967): liquor di capre private di sonno iniettato nei ratti. I ratti che avevano ricevuto il liquor dalle capre deprivate dormivano di più dei ratti che avevano ricevuto il liquor da capre non deprivate. fattore S : peptide composto da 5 amminoacidi (muramilpeptide)
Neurochimica del sonno DSIP (Delta sleep inducing peptide): peptide ottenuto tramite la stimolazione del mesencefalo (prodotto anche sinteticamente) che induce sonno ad onde lente. Non tutti i ricercatori hanno potuto confermare l effetto ipnogeno (alcuni non hanno trovato effetti, altri un aumento del sonno ad onde lente, altri un aumento del sonno REM).
Neurochimica del sonno Estrazione dal tronco dell encefalo di ratti privati di sonno di una sostanza in grado di aumentare la quantità di sonno REM VIP: peptide che agisce sui vasi sanguigni e sull intestino, presente anche a livello cerebrale che è in grado di aumentare la quantità di sonno (soprattutto REM)
Neurochimica del sonno Approccio neurofarmacologico (anni 50) Jouvet (1969). Monoamine ( dopamina, adrenalina, noradrenalina; serotonina)
Teoria della monoammina I corpi cellulari di neuroni contenenti serotonina (5-HT) si trovano in zone ben precise del tronco, i nuclei del rafe, e i prolungamenti delle cellule nervose si indirizzano sia verso il proencefalo che verso il midollo. Cosa si ottiene bloccando la produzione di serotonina?
Iniezioni di PCPA nel ratto induce uno stato di insonnia, mentre iniezioni di 5-idrossitriptofano inducono nuovamente la possibilità di dormire, TUTTAVIA
Inoltre.. La produzione di serotonina nel rafe è massima durante la veglia, si riduce durante il sonno ed è minima durante il sonno REM. La stimolazione elettrica dei neuroni del rafe induce veglia e non sonno. Se i livelli di serotonina in circolo vengono aumentati si ha un inibizione del sonno e un aumento della veglia.
Quindi Ipotesi di Jouvet e coll.(1983) La serotonina viene prodotta in veglia e induce la sintesi di altri fattori (sleep substances) coinvolti nell induzione del sonno. Quindi di per sé inibisce il sonno ma stimola la sintesi di altri fattori che lo inducono.
Ipotesi di Benington e Heller (1995): VEGLIA 1. Liberazione di noradrenalina, serotonina, istamina, VIP (peptide vasointestinale) 2. Aumento dell AMPciclico degli astrociti 3. Deplezione di glicogeno cerebrale 4. Deficit transitorio di energia cellulare 5. Aumento della liberazione di adenosina, modulazioni del potenziale di membrana SONNO 6. Sincronizzazione EEG, sintesi di glicogeno
Una storia sentimentale incompiuta Jouvet (1999) descrive le alterne fortune della storia sentimentale incompiuta che ha per protagonisti il sonno e la serotonina (5-idrossitriptamina, 5-HT). I due si incontrano per la prima volta nel 1955 (Brodie). Nel 1964, Dahlström e Fuxe identificano nel rafe neuroni contenenti serotonina. Poiché la coagulazione del rafe o l inibizione da PCPA della sintesi di serotonina inducono un insonnia reversibile mediante reinstaurazione della sintesi, è inizialmente avanzata l ipotesi che la serotonina sia un vero modulatore del sonno (ipotesi serotoninergica). La serotonina potrebbe produrre sonno inibendo quelli che, all epoca, sono ritenuti i centri della veglia: la formazione reticolare e il locus coeruleus. Jouvet (1972) formula così la sua teoria monoamminergica della regolazione del sonno e della veglia: serotonina per il sonno, catecolamine (dopamina e noradrenalina) per la veglia.
Una storia sentimentale incompiuta Teoria contraddetta dal silenzio del rafe durante il sonno, specialmente REM, contrapposto alla vivace attività esibita in veglia, e dall evidenza di una ridotta concentrazione di serotonina nei tessuti cerebrali durante il sonno, a fronte di un incremento nella veglia. La teoria monoamminergica viene così dimenticata. Ma la relazione tra sonno e serotonina risorge dalla ceneri ripresentandosi sotto nuove spoglie. (Ipotesi di Benington e Heller, 1995)
Acido gammaaminobutirrico (GABA) Di natura inibitoria, diffusamente presente nel SNC Implicato nel meccanismo della sincronizzazione EEG e del sonno comportamentale Neuroni che usano GABA e che sono distribuiti nelle aree preottiche possono partecipare, facilitando le sequenze talamiche, all induzione del sonno sincrono.
Acetilcolina (ACh) Implicata soprattutto nel controllo della veglia e del sonno REM. Neuroni colinergici del tegmento laterodorsale e del tegmento peduncolo-pontino che proiettano al talamo intralaminare e al nucleo reticolare.
Acetilcolina (ACh) Neuroni colinergici sono presenti nel prosencefalo basale in particolare nel nucleo basale di Meynert e nella sostanza innominata. Questi neuroni proiettano al talamo e alla corteccia cerebrale.
Catecolamine (noradrenalina e dopamina) Implicate principalmente nella produzione e mantenimento della veglia. Alcuni neuroni noradrenergici del nucleo locus coeruleus e sub-coeruleus sembrano implicati anche nell induzione del sonno REM
Istamina Neuroni istaminergici sono presenti in vari nuclei ipotalamici Implicata nella organizzazione della veglia: la somministrazione di istamina aumenta la veglia e riduce sia il sonno NREM che quello REM Sonnolenza indotta da farmaci antistamici
Adenosina Implicata nella induzione e mantenimento del sonno NREM e REM. Si accumula durante la veglia
Accanto ai neurotrasmettitori classici si fanno strada i peptidi (elementi costututivi delle molecole proteiche) che in parte possono esercitare funzioni simili ai nts.
Le nuove sostanze: l orexina neuromediatore identificato dapprima in ambito nutrizionale; il suo nome deriva dal termine greco che significa appetito. Detta anche ipocretina.
Le nuove sostanze: l orexina Secreta da neuroni della giunzione laterale tra ipotalamo anteriore e ipotalamo posteriore (strutture implicate rispettivamente nel controllo del sonno e della veglia); Legame con veglia-sonno, con regolazione della famesazietà e con comportamento alimentare: ipotizzata una funzione di mantenimento dell arousal nell ambito dell omeostasi energetica.
Sintesi Sostanze ipnogene o principi attivi del sonno in sé non esistono. Esiste una varietà di segnali chimici prodotti dalle varie attività della veglia che determinano quale gruppo neuronale attivare per produrre le diverse fasi e i diversi tipi di sonno cui andiamo incontro durante la notte
Strutture implicate nell alternanza sonno-veglia
e le relative sostanze VEGLIA Raphe serotonina Locus coeruleus noradrenalina (desincronizzazione corticale) Substantia nigra dopamina (veglia comportamentale, vigilanza) Mesencefalo, ponte acetilcolina (desincronizzazione corticale) Corpi mammillari ipotalamo post. istamina Giunzione ipotalamo ant.-ip. post. orexina (diffuse proiezioni su sistemi attivanti) Corteccia adenosina (accumulo in funzione del consumo energetico dei neuroni
e le relative sostanze INIZIO SONNO (NREM) diminuzione secrezione serotonina adenosina (facilitazione sonno ad onde lente) Sangue, liquor Delta Sleep Inducing Peptide (modulatore, facilitazione fusi e onde lente) TRANSIZIONE NREM-REM cessazione secrezione serotonina cessazione secrezione noradrenalina aumento secrezione acetilcolina
e le relative sostanze MANTENIMENTO REM acetilcolina (desincronizzazione corticale) inibizione colinergica di attività adrenergica del locus coeruleus (che trasmette info al nucleo magno cellulare =>atonia muscolare) TRANSIZIONE REM-NREM neuroni colinergici si autoinibiscono ricompare attività adrenergica, liberata da inibizione (riappare tono muscolare) diminuzione attività colinergica (sincronizzazione corticale)
Ruolo della melatonina Prodotta dalla ghiandola pineale Maggiore produzione nel periodo notturno rispetto a quello diurno Con l età si riduce la produzione di melatonina in relazione alle modificazioni ormonali legate all età avanzata.
Eventi fisiologici durante il sonno: variazioni ormonali Ormone della crescita Prolattina Ormone ipofisario Ormone luteinizzante
Neuroimmunologia del sonno Che rapporto esiste fra malattie infettive e sonno? In molti stati infettivi si ha un aumento della sonnolenza e il riposo a letto è sempre stato prescritto nella terapia di molte infezioni Ad oggi sappiamo che molti agenti infettivi inducono sonno e che la deprivazione di sonno si accompagna a un alterazione del sistema immunitario e a una diminuita capacità dell organismo di far fronte alle infezioni
Neuroimmunologia del sonno Pieron (1913) Pappenheimer (1967) Indagini biochimiche hanno permesso di identificare il fattore S con un muramil peptide.
Neuroimmunologia del sonno La somministrazione di prostaglandina D2 induce sonno