NEUROFISIOLOGIA DEL SONNO ATTIVITA’ SEMINARIALE ANNO ACCADEMICO 2014 - 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Prof. Dott. Francesco Peverini Specialista in Medicina Interna Medicina del Sonno – Disturbi Respiratori nel Sonno FONDAZIONE PER LA RICERCA E LA CURA DEI DISTURBI DEL SONNO Onlus Corso di Laurea in Scienze Infermieristiche Sede S. Giovanni- Addolorata Università di Roma “La Sapienza” II anno Seminario di Medicina del Sonno C.I. Medicina e Farmacologia www.polisonnografia.it Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 TRE LIVELLI DI COSCIENZA NEI MAMMIFERI Veglia Non Rapid Eye Movement (NREM) o sonno sincronizzato Rapid Eye Movement (REM) o sonno paradosso (PS) DEFINITI DA TRE SPECIFICI PARAMETRI POLIGRAFICI EEG: elettro-encefalogramma EOG: Electro-oculogramma EMG: Electro-elettromiogramma Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Coscienza È la consapevolezza soggettiva del mondo esterno e di sé. Risulta dall'input sensoriale, che raggiunge la corteccia cerebrale. Fasi della coscienza Massima allerta Veglia Sonno Sonno sincronizzato – Sonno desincronizzato Coma (Coma – stati di minima coscienza) Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Il tempo è una dimensione strettamente associata con la biologia delle specie viventi. Ci sono cicli di varia lunghezza nelle attività biologiche, da molto brevi (ultradiano) a ritmi della durata di un giorno (circadiano) e a ritmi di durata più lunga (settimanale, mensile, stagionale, annuale. Questi ritmi sono generati da orologi biologici endogeni, piuttosto che essere le reazioni passive a fluttuazioni esterne. Nei mammiferi, il nucleo soprachiasmatico (SCN) è il principale pacemaker. Esistono anche ritmi biologici organo specifici (ovaio, fegato eccetera). Schulz and Steimer. CNS Drugs 2009 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Irritabilità Deficit cognitivo Perdita di memoria o lapsus Compromissione del giudizio morale Sbadigli Allucinazioni Sintomi da iperattività simili alla ADHD Compromissione del sistema immunitario Rischio di Diabete di tipo 2 o iperinsulinismo Prof. Francesco Peverini La privazione di sonno provoca: Aumentato rischio di aritmia cardiaca Incremento di patologia cardiovascolare Riduzione tempi di reazione Minore accuratezza dei gesti Tremori Dolori muscolari Riduzione della crescita Rischio di obesità Riduzione temperatura corporea Ansia – depressione S. Giovanni 19 marzo 2015 STRUTTURE COINVOLTE NELLA REGOLAZIONE DEL SONNO Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 STRUTTURE COINVOLTE NELLA REGOLAZIONE DEL SONNO Quattro componenti del cervello sono state collegate all’ attività cerebrale durante il sonno: il proencefalo, il troncoencefalo, il ponte, e l'ipotalamo. Il proencefalo è in gran parte responsabile della produzione e manutenzione del Sonno ad onde lente - SWS (lo stato di sonno profondo conosciuto come fasi 3 e 4). Il tronco cerebrale - troncoencefalo (in particolare la formazione reticolare e il sistema di attivazione reticolare) bombarda letteralmente il cervello di stimoli per attivarlo mentre dorme e livelli di ACh nel tronco encefalico sono alti in veglia e fase REM (ma non in SWS). Il ponte può influenzare il sonno REM e infine, l'ipotalamo regola gli altri tre sistemi per determinare quando e per quanto tempo dovremmo dormire. Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 1. Locus ceruleus: througout the brain, NE (+) , dreaming, REM. 2. Substantia nigra: basal ganglia, DA (-) mostly. 3. Nuclei of the Raphi: cerebral cortex, diencephalon & spinal cord (pain suppression), serotonin (-). La stimolazione causa Sonno attraverso l’azione della sertotonina. 4. Gigantocellular neurons of reticular excitatory area: higher level areas of brain & through reticulospinal tract to spinal cord, Ach. (+). Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Ipotalamo Ipofisi Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 La veglia è controllata da un insieme complesso di sistemi cellulari in cui nessuno svolge un ruolo indipendente. La formazione reticolare, localizzata a livello del tronco encefalico, costituisce un insieme a proiezione diffusa che gioca un ruolo preponderante nell’attivazione corticale che caratterizza lo stato di veglia. Le proiezioni principalmente implicate nell’attivazione corticale sono costitute dalle connessioni con i nuclei non specifici del talamo, con l’ipotalamo postero-laterale e da una terza via pontobasale-corticale. Dal punto di vista neurochimico il neuromediatore essenziale del sistema veglia è costituito dall’acetilcolina. M. Beelke, P. Canovaro, F. Ferrillo Il sonno e le sue alterazioni Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 The central circadian clock is a master oscillator with input and output pathways (SCN) Czeisler and Klerman, Recent Prog Horm Res 54:97–130, 1999 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Ritmi biologici cicli di vita naturali che aiutano a guidare i nostri livelli di consapevolezza ed i nostri comportamenti. Prof. Francesco Peverini IRPPI 21 marzo 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 CONTROLLO IPOTALAMICO DELL’IPOFISI POSTERIORE Neuroni neurosecretori magnocellulari sono le più grandi cellule neurosecretrici dell’ipotalamo, inviano i loro assoni intorno al chiasma ottico, giù verso il peduncolo ipofisario e dentro il lobo posteriore. Le sostanze rilasciate nel sangue dai neuroni sono denominate NEURORMONI. Le cellule neurosecretrici magnocellulari rilasciano due tipi di neurormoni nel flusso sanguigno: OSSITOCINA, rilasciata durante la fase finale del parto, provoca le contrazioni uterine e facilita l’espulsione del nascituro. Stimola anche l’eiezione di latte dalle ghiandole mammarie. VASOPRESSINA, chiamata anche ormone antidiuretico (ADH), regola il corretto volume e la concentrazione salina del sangue. Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 CONTROLLO IPOTALAMICO DELL’IPOFISI ANTERIORE Il lobo anteriore dell’ipofisi è una ghiandola (sotto il controllo dei neurosecretori parvocellulari, zona periventricolare), le cui cellule secernono un’ampia gamma di ormoni ipofisotropici, che regolano le secrezioni di altre ghiandole del corpo. Gli ormoni ipofisari agiscono su: Gonadi - tiroide - ghiandole surrenali - ghiandole mammarie Gli ormoni dell’ipofisi anteriore sono: FSH – LH – TSH – ACTH – GH – PROLATTINA Situate sopra i reni, i surreni sono costituiti da due parti: periferica (corticale), produce il cortisolo, un ormone steroideo che quando viene rilasciato nel flusso sanguigno agisce sul corpo mobilitando le riserve energetiche e controllando il sistema immunitario. Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Il pacemaker circadiano è probabilmente già attivo durante l’ultimo mese di vita intrauterina. (Kleitman 1963) Mirmiran et al. (1990), hanno trovato un ritmo circadiano della temperatura corporea e del ciclo attività/riposo di circa 25 ore in bambini pretermine di età tra le 28 e le 34 settimane di età gestazionale gestazionale. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Il sonno tra 1 e 12 mesi Nel 1° mese di vita è presente un ritmo sonno-veglia polifasico con cicli di 3-4 ore. Tra il 1° e il 4° mese si assiste ad un progressivo adattamento al ciclo luce-buio, con i cicli di sonno che tendono a presentarsi di notte. A 3 - 4 settimane compare la prima manifestazione circadiana con una lunga fase di veglia agitata e pianto tra le 17 e le 22 (interpretata come fame o con il termine di “coliche”). A 6 mesi si organizza un periodo di sonno notturno più lungo di circa 6 ore con un solo risveglio notturno per alimentarsi. A 9 mesi si assiste ad un incremento transitorio dei risvegli notturni. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Iglowstein I, Jenni OG, Molinari L, Largo RH. Sleep duration from infancy to adolescence: reference values and generational trends. Pediatrics.2003;111(2):302-7 CON LO SVILUPPO SI ASSISTE AD UN PROGRESSIVO RIDURSI DEL TEMPO TOTALE DI SONNO DIURNO E NOTTURNO Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Height, Mean (SD), cm Weight, Mean (SD), kg Age, y 1 Sleep Duration, Mean (SD), h 14.6 (1.4) Boys 74.8 (2.5) Girls 73.0 (2.3) Boys 9.6 (1.1) Girls 8.8 (0.8) 1½ 14.2 (1.2) 81.9 (2.9) 80.0 (2.7) 11.1 (1.3) 10.3 (1.0) 2 13.8 (1.1) 87.6 (3.0) 85.8 (3.0) 12.3 (1.4) 11.5 (1.2) 3 13.0 (1.2) 96.6 (3.5) 95.1 (3.4) 14.6 (1.7) 13.8 (1.6) 4 12.1 (1.2) 104.0 (3.8) 102.8 (3.7) 16.5 (2.0) 15.9 (1.9) 5 11.6 (1.0) 110.8 (4.2) 109.7 (4.1) 18.5 (2.4) 18.0 (2.4) 6 11.3 (0.8) 117.0 (4.6) 116.1 (4.3) 20.7 (2.9) 20.3 (3.0) 7 11.1 (0.7) 123.0 (5.0) 122.2 (4.5) 23.0 (3.4) 22.8 (3.6) 8 10.6 (0.6) 128.7 (5.3) 127.9 (4.8) 25.6 (3.9) 25.9 (4.2) 9 10.5 (0.6) 134.3 (5.5) 133.5 (5.1) 28.5 (4.6) 28.7 (5.1) 10 10.1 (0.6) 139.2 (5.9) 138.9 (5.6) 31.9 (5.7) 32.1 (5.9) Francesco Peverini La durata del sonno mostra una notevole stabilità a lungo termine La variabilità interindividuale riflette un tratto individuale dei diversi soggetti. Così un bambino che dorme per brevi periodi da piccolo sarà probabilmente un breve dormitore da adulto e viceversa. Media e SD della durata del sonno in 24 ore durante i primi 10 anni di vita ed i corrispondenti valori di altezza e peso per maschi e femmine (n = 305). La durata media del sonno si riduce, mentre altezza e aumento di peso varia secondi l’ età. La variabilità interindividuale è stata diversa tra i vari parametri: SD media della durata del sonno è stata l'8% della media della popolazione, mentre era del 4% per l'altezza e 14% per il peso. S. Giovanni 19 marzo 2015 A. J. Hobson (2010) HUMAN SLEEP AND AGE La marcata preponderanza di sonno REM durante l'ultimo trimestre di gravidanza e il primo anno di vita, diminuisce progressivamente all’aumentare della veglia. Si noti che il tempo di sonno NREM, come la veglia, aumenta dopo la nascita. Nonostante il suo precoce declino, il sonno REM continua ad occupare circa 1,5 ore al giorno per tutta la vita. Questo suggerisce come il suo più forte contributo allo sviluppo sia quello di contribuire allo sviluppo iniziale del complesso cervello-mente, ma che poi svolga una parte altrettanto indispensabile nella manutenzione di tale struttura. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 ELETTROENCEFALOGRAMMA (EEG) Misura i potenziali elettrici sulla superficie della testa. Immaginato per essere una possibile fonte di interpretazione dell’ attività delle sottostanti popolazioni neuronali corticali. WAKE EEG Piccola ampiezza, oscillazioni ad alta frequenza. Queste onde vengono prodotte come il risultato di desincronia dell’attivazione tra i neuroni corticali corticali. NREM EEG Maggiore ampiezza, oscillazioni a bassa frequenza che si pensa riflettano la transizione di questi neuroni ad un modello di attivazione più sincrono REM EEG Piccola ampiezza, oscillazioni ad alta frequenza che sembrano un EEG di veglia, ma sono accompagnate da perdita di tono muscolare e presenza di R.E.M. SONNO AD ONDE LENTE - SLOW WAWE SLEEP Stadio 3; è la fase del sonno più profonda. La sincronia neuronale è al massimo massimo. Vi è anche la presenza di onde delta, che sono le più lente e le più grandi in ampiezza durante il sonno. DELTA POWER La densità di potenza delle onde delta; si ritiene rifletta il nostro bisogno di dormire. COMPONENTE CIRCADIANO DEL SONNO COMPONENTE OMEOSTATICA DEL SONNO Francesco Peverini I ritmi del sonno. La profondità o la durata del sonno. S. Giovanni 19 marzo 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Magnetic Resonance Imaging (MRI) Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 ELETTROENCEFALOGRAMMA (EEG) Misura i potenziali elettrici sulla superficie della testa. Immaginato per essere una possibile fonte di interpretazione dell’ attività delle sottostanti popolazioni neuronali corticali. WAKE EEG Piccola ampiezza, oscillazioni ad alta frequenza. Queste onde vengono prodotte come il risultato di desincronizzazione dell’attivazione tra i neuroni corticali. NREM EEG Maggiore ampiezza, oscillazioni a bassa frequenza che si pensa riflettano la transizione di questi neuroni ad un modello di attivazione più sincrono REM EEG Piccola ampiezza, oscillazioni ad alta frequenza che sembrano un EEG di veglia, ma sono accompagnate da perdita di tono muscolare e presenza di R.E.M. SONNO AD ONDE LENTE - SLOW WAWE SLEEP Stadio 3; è la fase del sonno più profonda. La sincronia neuronale è al massimo. Vi è anche la presenza di onde delta, che sono le più lente e le più grandi in ampiezza durante il sonno. DELTA POWER La densità di potenza delle onde delta; si ritiene rifletta il nostro bisogno di dormire. COMPONENTE CIRCADIANA DEL SONNO I ritmi del sonno. COMPONENTE OMEOSTATICA DEL SONNO La profondità o la durata del sonno. SCUOLA MEDICA OSPEDALIERA Prof. Dott. Francesco Peverini Roma - 14 Settembre 2012 50 mV Alert wakefulness 1 sec Awake Quiet wakefulness REM Stage 1 Stage 1 theta waves Stage 2 Stages 2 & 3 K complex Stage 3 sleep spindle Stage 4 Stage 4 0 REM sleep Francesco Peverini 1 2 3 4 5 6 7 Time (hours) S. Giovanni 19 marzo 2015 8 SONNO NORMALE SONNO FRAMMENTATO Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 0000 VEGLIA SONNO Non REM (NREM) Non-Rapid Eye Movement Sleep 0600 1800 Sonno REM Rapid Eye Movement Sleep 1200 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Sonno Normale Bisogno di sonno medio 8.3 ore Latenza normale di sonno: 10 minuti Normale struttura del sonno 5% stadio 1 NREM 50% stadio 2 NREM 15-25% stadi 3 e 4 NREM (“slow wave sleep”) 25% REM Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Characteristics Rapid eye movement sleep (REM) – “paradoxical sleep” Non-rapid eye movement sleep (NREM) – “dreamless sleep” Rapid eye movement Present Absent Dreams Present Absent Muscle twitching Present Absent Heart rate Fluctuating Stable Blood pressure Fluctuating Stable Respiration Fluctuating Stable Body temperature Fluctuating Stable Neurotransmitter Noradrenaline Serotonin Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Una delle strutture più importanti del tronco encefalico è la FORMAZIONE RETICOLARE. Quasi tutti i neuroni che la compongono hanno una rete diffusa di connessioni e una distribuzione dei loro assoni sia in direzione rostrale che caudale. La formazione reticolare assolve numerose funzioni. 1. Induzione e mantenimento dello stato di veglia. Infatti, una stimolazione elettrica diffusa della formazione reticolare a livello mesencefalico e pontino provoca un'immediata attivazione della corteccia cerebrale, tale da causare il risveglio istantaneo. 2. tramite vie discendenti dirette al midollo spinale, da un lato concorre a controllare il tono muscolare, dall'altro modula le sensazioni dolorose regolando il flusso di informazioni nocicettive in arrivo dalla periferia. 3. regolazione dei movimenti respiratori e dell'attività cardiaca. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 FORMAZIONE RETICOLARE Una massa diffusa di neuroni e fibre nervose formano un reticolo nella porzione centrale del tronco encefalico. 1) Nuclei of medullary reticular formation 2) Nuclei of pontine reticular formation 3) Nuclei of midbrain reticular formation Ascending Reticular Activating System Francesco Peverini A. Receives fibers from the sensory pathways via long ascending spinal tracts. B. Alertness, maintenance of attention and wakefulness. C. Emotional reactions, important in learning processes. D. Tumor or damage: sleeping sickness or coma. S. Giovanni 19 marzo 2015 FORMAZIONE RETICOLARE AFFERENZE Corteccia Corpo Striato Cervelletto Talamo Midollo tatto dolore temperatura posizione Via sensitiva vista udito olfatto gusto EFFERENZE Corteccia Cervelletto Talamo – ipotalamo Nucleo rosso Substantia nigra Midollo NEUROFISIOLOGIA DEL SONNO Descending Reticular System INHIBITORY Smoothness and accuracy of voluntary movements Reflex movements Regulates muscle tone Maintenance of posture Control vegetative functions FACILITATORY Mantains the muscle tone Facilitates autonomic functions Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 All'interno della formazione reticolare sono stati individuati alcuni raggruppamenti neuronali specifici: 1) nucleo gigantocellulare gigantocellulare: uno dei componenti principali del sistema reticolare attivatore; i suoi neuroni liberano acetilcolina come trasmettitore eccitatorio; 2) la substantia nigra nigra: è situata nel mesencefalo; invia i suoi assoni, che liberano dopamina, a livello dei gangli della base, in associazione con i quali opera per il controllo del movimento; altri raggruppamenti di neuroni dopaminergici inviano le loro terminazioni a livello della corteccia frontale e di diverse strutture del sistema limbico; 3) i nuclei del rafe rafe: sono situati in corrispondenza della linea mediana a livello del bulbo e della porzione inferiore del ponte; inviano fibre al diencefalo e al midollo spinale. Alcuni di questi neuroni contengono solo serotonina, altri contengono anche un neuropeptide; 4) il locus coeruleus coeruleus: è costituito da neuroni che liberano noradrenalina a livello di diverse strutture del diencefalo e del cervello. Inviano assoni anche alla corteccia del cervelletto. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Il sistema limbico è costituito in parte di corteccia cerebrale e in parte di diencefalo. E’ costituito da: 1. aree corticali cerebrali, tra cui la circonvoluzione del cingolo 2. vari nuclei tra cui quelli anteriori del talamo 3. parte dei gangli basali 4. l'ipotalamo (corpi mamillari) 5. la corteccia olfattoria 6. le vie di connessione tra le varie aree corticali e i gangli della base (come per esempio il fornice). Il sistema limbico è implicato nel controllo dell’ affettività; controlla le risposte vegetative indotte dalle emozioni, il tono dell'umore e la percezione delle sensazioni piacevoli o dolorose. Per il sistema limbico le afferenze più importanti sono quelle olfattorie. L'odore del cibo stimola il centro della fame nell'ipotalamo. Lesioni del sistema limbico possono provocare appetito vorace (bulimia), disinibizione sessuale, eccessiva docilità nei confronti di stimoli ambientali che richiederebbero uno stato d'allerta o di difesa. Poiché l'ippocampo è parte del lobo temporale, una sua lesione determina un danno della memoria. L'ippocampo e la corteccia circostante sono fondamentali nel passaggio dell'informazione dalla memoria a breve a quella a lungo termine: la porzione di corteccia immediatamente circostante l'ippocampo è costituita da quelle cellule che subiscono una trasformazione della loro fisionomia calcio indotta, per rinforzare la traccia mnesica. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Le popolazioni cellulari del PERCORSO ECCITATORIO ASCENDENTE, comprendono neuroni di tipo: colinergico noradrenergico serotoninergico dopaminergico Istaminergico Che sono situati nelle sedi: Francesco Peverini pedunculopontine nucleo laterodorsale tegmentale (PPT / LDT) locus coeruleus (LC) nucleo del rafe dorsale e mediano nucleo tubermammillare (TMN) S. Giovanni 19 marzo 2015 Tuttavia, ogni 24 ore il sistema di eccitazione viene inibito con l’inizio del sonno, da parte dei neuroni: GABA-ergici Galaninergici Presenti a livello del NUCLEO PREOTTICO VENTRO-LATERALE (VLPO) L'interazione tra VLPO ed i rami della via ascendente eccitatoria risulta mutualmente inibente, con un comportamento stigmatizzato a quello di un interruttore elettrico, detto quindi "ON-OFF", che permette all'organismo di mantenere uno stato stabile di veglia e di sonno. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 EFFECTS OF COMMONLY USED DRUGS ON SLEEP AND WAKING SCN: nucleo sovrachiasmatico (orologio biologico) v SPZ – d SPZ: zona paraventricolare dorsale (ritmo della temperatura corporea) e ventrale (ritmo sonno-veglia) DMH: nucleo dorsomediale (ritmi cicli circadiani (sonno-veglia), l'attività, l'alimentazione e la secrezione di corticosteroidi) PVH: nucleo paraventricolare MPO: area preottica mediale (termoregolazione) LHA: area laterale ipotalamica (melanin concentrating hormone e orexina) VMH: nucleo ventromediale ARC: nucleo arcuato Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Un ingresso importante per i nuclei relé e reticolari del talamo (PERCORSO ARANCIONE) proviene da gruppi cellulari colinergigici (ACh) nel ponte superiore, pedunculopontini (PPT PPT) e dal nucleo tegmentale laterodorsale (LDT LDT)). Questi ingressi facilitano la trasmissione talamo corticale. Una seconda via (rossa) attiva la corteccia cerebrale facilitando l'elaborazione degli input dal talamo. Ciò deriva da neuroni nei gruppi di cellule monoaminergiche compreso il nucleo tubero mammillare (TMN) contenente istamina (HIS), un gruppo di cellule definite A10 contenenti dopamina (DA), nuclei del rafe dorsale e mediano contenenti serotonina (5-HT), e il locus coeruleus (LC) contenente noradrenalina (NA). Questo percorso riceve anche contributi peptidergici da neuroni nell’ipotalamo laterale (LHA) contenenti Orexina (ORX) o melanin-concentrating hormone (MCH), e dal proencefalo basale (BF) che contengono neuroni GABA o Ach. SCUOLAVol MEDICA Da: NATURE 437, 27OSPEDALIERA October 2005 Prof. Dott. Francesco Peverini Roma - 14 Settembre 2012 Schema per mostrare le proiezioni fondamentali del NUCLEO PREOTTICO VENTROLATERALE (VLPO) verso i principali componenti del crescente sistema di eccitazione. Esso comprende i gruppi di cellule monoaminergici (rosso) come il nucleo tuberomammillare (TMN), il gruppo cellulare A10, il rafe ed il locus coeruleus (LC). Esso innerva anche i neuroni dell’ ipotalamo laterale compresa l’area perifornicale (PEF in verde) che produce orexina, neuroni, e interneuroni colinergici (Ach in giallo): il nucleo peduncolopontino (PPT) ed il nucleo laterodorsale tegmentale (LDT). I neuroni VLPO si trovano all’interno della regione delineata da Von Economo, la cui lesione era in grado di determinare insonnia. SCUOLA MEDICA OSPEDALIERA Da: NATURE Vol 437, 27 October 2005 Prof. Dott. Francesco Peverini Roma - 14 Settembre 2012 PPT/LDT neurons are most active during wakefulness and rapid eye movement (REM) sleep and discharge more slowly during NREM sleep, a period when cortical activity is reduced. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 The second branch of the ascending arousal system projects into the lateral hypothalamus, basal forebrain, and the cerebral cortex. Neurons in these monoaminergic systems have broad action potentials, discharging most rapidly during wakefulness, slowing during NREM sleep, and showing little activity during REM sleep. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 In sintesi, i neuroni colinergici, le popolazioni di cellule neuronali monoaminergiche ed i nuclei Orexina / Ipocretina dell‘ ipotalamo laterale situati lungo i due rami del sistema di eccitazione ascendente “scaricano” in maniera stereotipata e coordinata nel promuovere l'eccitazione corticale, con il rendere unico, benché ridondante, il contributo al raggiungimento ed al mantenimento dello stato di veglia. Durante il sonno, questi circuiti sono bloccati da neuroni del VLPO. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 DURANTE LA VEGLIA i nuclei monoaminergici (rossi) inibiscono il nucleo preottico ventrolaterale (VLPO VLPO – rosa rosa), riducendo quindi l’inibizione sulle stesse cellule monoaminergiche, sull’Orexina (verde), sulla via peduncolo-pontina (PPT) e sul nucleo tegmentale laterodorsale (LDT LDT – giallo). giallo Poiché i neuroni VLPO non hanno recettori per l’Orexina, i neuroni che producono Orexina servono più a rafforzare il tono monoaminergico piuttosto che ad inibire il nucleo VLPO per propria azione. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 DURANTE IL SONNO l’attività dei neuroni VLPO inibisce i gruppi di cellule mono-aminergiche, in modo da ridurre la loro propria attività inibitoria su di esso. Questo permette di inibire i neuroni che producono orexina, impedendo l’attivazione monoaminergica che potrebbe interrompere il sonno. L’inibizione diretta e reciproca tra VLPO e gruppi di neuroni monoaminergici determina un classico meccanismo ad interrutore, definito FLIP – FLOP FLOP, che produce brusche variazioni di stato ma che è relativamente instabile. Sembra che la presenza di neuroni che producono Orexina, stabilizzi il sistema. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 L'interazione dei due ritmi, il circadiano e l’ omeostatico produce una curva della propensione al sonno che è bifasica. Vi è una propensione maggiore al sonno nella metà del pomeriggio e un periodo più importante durante la notte. L'esordio del sonno si verifica subito dopo che il “cancello” si apre e la compensazione di sonno si verifica dopo il nadir della temperatura corporea (variazioni del colore grigio). ADATTATO DA EDGAR DM, DEMENT W, FULLER CA. J NEUROSCI 1993 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 VARIAZIONI CIRCADIANE DELLA PROPENSIONE AL SONNO VEGLIA ZONA PROIBITA ZONA PROIBITA 0 ZONA PERMISSIVA SECONDARIA SONNO 6 12 18 ZONA PERMISSIVA PRIMARIA 24 6 ORE DEL GIORNO Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 La regolazione del sonno dipende da tre ordini di fattori: 1. un processo circadiano, controllato dall’orologio biologico interno; 2. un processo omeostatico determinato dalla durata della veglia precedente; 3. un processo ultradiano che regola l’alternanza del sonno NREM e REM. Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Esistono due tipi di sonno: Sonno lento sincronizzato o sonno non REM (NREM) Sonno rapido desincronizzato o sonno REM Il sonno NREM è diviso a sua volta in 4 fasi: Fase 1 Fase di transizione tra la veglia ed il sonno (diffusione ritmo alfa alle regioni posteriori ed a quelle frontali e successivamente alla sua sostituzione con onde lente theta su tutto lo scalpo. Fase 2 Sonno leggero; onde theta con complessi Kappa (onde lente ed ampie) ed i fusi sigma o Spindles. Fase 3-4 I fusi sigma diventano sporadici, mentre assumono rilievo le onde delta fino a costituire la totalità del tracciato. Il sonno REM appare simile alla fase 1; appaiono tuttavia sul tracciato oculografico, scariche più o meno prolungate di movimento oculari rapidi con contemporanea scomparsa dell’attività tonica muscolare (attiva invece nelle altre fasi). Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 EARLY STUDIES REM Dep → Learning ↓ Fishbein, Smith Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 SLEEP DEPRIVATION TECHNIQUE RECHTSCHAFFEN STUDIES Methods Index and Control Rats Record Both Ad Lib Food & Water Sleep Deprive Index Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 RECHTSCHAFFEN STUDIES Results Skin Lesions ↑ Eating ↑ Weight ↓ Heat Seeking ↑ Body Temp ↓ Immune Dysfunction ↑ Death Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 SLEEP DEPRIVATION EFFECTS Weight Loss Hypothermia Sepsis & DEATH Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 SVILUPPO DEL SONNO REM Il sonno REM si è evoluto in tempi relativamente recenti. Esiste solo nei mammiferi e negli uccelli. Nelle prime fasi della vita, uccelli e mammiferi sperimentano una enorme quantità di sonno REM. La più grande quantità di sonno REM nell'uomo avviene prima della nascita, durante il terzo trimestre di gravidanza. Nei feti umani, il sonno REM, in cui il cervello è molto attivo, si alterna con periodi in cui il cervello è inattivo (sonno non-REM). Svegliarsi ed essere coscienti, terzo stato del cervello, si sviluppa più tardi nella vita. Il sonno REM e la coscienza di veglia sono simili in quanto entrambi comportano alti livelli di attività cerebrale. Andando avanti nel tempo, passiamo più tempo da svegli ed aumentano le nostre capacità cognitive. Se il sonno REM precede il sognare durante lo sviluppo umano, che cosa succede nel cervello durante il sonno REM prima che il sogno si manifesti? Una possibile risposta è che il funzioni integrative, tra cui la coscienza. cervello si stia preparando per le sue numerose Lo sviluppo della coscienza è quindi visto come un graduale processo. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 IL SONNO REM ED I SOGNI Anche se iniziare a sperimentare il sonno REM molto presto nella nostra vita, non abbiamo una corrispondente storia di esperienze che noi chiamiamo sogni, fino a che queste non sono più datate. Al fine di avere dei sogni, abbiamo infatti bisogno della capacità di creare narrazioni organizzate. I bambini probabilmente non hanno veri e propri sogni fino a quando non sono fra cinque e otto anni. Mark Solms e David Foulkes hanno dimostrato che il sonno REM e i sogni non sono la stessa cosa - a volte le persone hanno esperienze oniriche quando non sono in sonno REM. Durante l'infanzia si sviluppa la capacità di usare e capire la lingua utilizzata, così come la quantità di sogno vero (distinto dal sonno REM) e la tendenza a parlare di sogni. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 SLEEP IMPACTS PUBLIC SAFETY AND THE ECONOMY. SLEEP IS IMPORTANT FOR BIOLOGICAL FITNESS. SLEEP DISORDERS AFFLICT MANY PEOPLE. INSOMNIA 20% OF POPULATION RESTLESS LEG SYNDROME 5% OF POPULATION SLEEP APNEA Prof. Francesco Peverini 4-5% OF POPULATION S. Giovanni 19 marzo 2015 Gli effetti cumulativi della perdita di sonno e di alcuni importanti disturbi del sonno rappresentano un problema misconosciuto di sanità pubblica e sono associati ad una vasta gamma di conseguenze per la salute tra cui un aumento del rischio di ipertensione, diabete, obesità, depressione, attacchi cardiaci e ictus ictus. Quasi il 20 per cento di tutte le lesioni gravi da incidenti d’ auto nella popolazione generale sono associati a sonnolenza del conducente. Miliardi di Euro ogni anno vengono spesi per costi sanitari diretti legati ai disturbi del sonno, come visite mediche, servizi ospedalieri, prescrizioni, aumentata prescrizione di farmaci. Costi indiretti ? Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 THE EFFECTS OF SLEEPINESS AND FATIGUE 1. Tempo di reazione alterati, 2. Modificazioni di giudizio e visione 3. Problemi con l'elaborazione delle informazioni e la memoria a breve termine 4. Diminuzione di prestazioni, vigilanza e motivazione 5. Aumento del malumore e comportamenti aggressivi Aumento dei cosidetti "microsleeps" - brevi (2/3 secondi) ed inconsapevoli episodi di sonno Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 THE EFFECTS OF SLEEPINESS AND FATIGUE 17 hours sustained wakefulness produces performance impairment = 0.05% BAC (Blood Alcool Content) 24 hours = 0.10% BAC (Dawson & Reid, 1997; Williamson & Feyer, 2000) People with mild to moderate untreated sleep apnea performed worse than those with a 0.06% BAC (Powell, 1999) Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 I moderni stili di vita ed i nuovi ambienti di lavoro promuovono lo sviluppo dei disturbi del sonno Lo sviluppo della tecnologia, il lavoro a turni e orari di lavoro irregolari (20% circa dei lavoratori) sono determinanti importanti nello sviluppo dei disturbi del sonno e nella perdita cronica di sonno. L'insonnia è il disturbo del sonno più diffuso nelle società occidentali, con circa il 10% della popolazione che ne soffre cronicamente Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Il sonno insufficiente ed i disturbi del sonno sono un problema sociale e sanitario Dopo 24 ore di veglia continua, le prestazioni sono così compromesse da poter essere assimilate all‘ effetto di: 1 g / L * BAC (concentrazione di alcol nel sangue) * Quantità presente nel sangue dopo aver bevuto circa una bottiglia di vino in 1 ora Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Il sonno insufficiente ed i disturbi del sonno sono associati ai principali disturbi neuropsichiatrici Insonnia, ipersonnia o entrambi sono segnalati dal 75% degli adulti, bambini e adolescenti con disturbo depressivo maggiore L'insonnia e l’ ipersonnia sono associate ad un aumento (da dieci a quindici volte) del rischio di sviluppare o reiterare un disturbo depressivo maggiore e/o un disturbo bipolare I disturbi del sonno sono associati e possono precedere l'insorgenza di demenza o parkinsonismo Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 I disturbi del sonno sono molto costosi I costi diretti dell’ insonnia sono stati stimati in 2,5 miliardi di dollari l'anno negli Stati Uniti, mentre i costi indiretti di questa condizione possono raggiungere 100 miliardi di dollari l'anno. Nel 2009, gli incidenti stradali causati negli Stati Uniti da OSAS sono costati 15,8 miliardi di dollari, oltre 1400 vite. I rispettivi calcoli per l‘ Europa non sono attualmente disponibili, ma un onere economico simile è ragionevolmente ipotizzabile. Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 L’eccessiva sonnolenza diurna compromette il lavoro e la sicurezza alla guida La fatica di una persona in momenti critici è stata dimostrata contribuire a diverse catastrofi industriali e del traffico durante gli ultimi decenni. Shuttle Challenger 1986 Tunnel S. Gottardo 2001 Exxon-Valdez 1989 Three Mile Island 1979 dormire meno di 5 ore per notte aumenta il tasso di incidenti fino a 4,5 volte problemi di sonnolenza e/o legati ad ipersonnia determinano il 20% degli incidenti stradali Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 • Surgery: 20% more errors and 14% more time required to perform simulated laparoscopy post-call (two studies) Taffinder et al, 1998; Grantcharov et al, 2001 • Internal Medicine: efficiency and accuracy of ECG interpretation impaired in sleepdeprived interns Lingenfelser et al, 1994 • Pediatrics: time required to place an intraarterial line increased significantly in sleepdeprived Storer et al, 1989 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 VARIAZIONI CIRCADIANE DELLA PROPENSIONE AL SONNO VEGLIA ZONA PROIBITA ZONA PROIBITA 0 ZONA PERMISSIVA SECONDARIA SONNO 6 12 18 ZONA PERMISSIVA PRIMARIA 24 6 ORE DEL GIORNO Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Propensione al Sonno Rischio relativo di incidenti stradali per ora del giorno. L’ aumento del rischio segue il fabbisogno di sonno del ritmo circadiano. Adattato da Garbarino et al. Sleep 2001 Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 CARATTERISTICHE DEI SOGGETTI CHE PRESENTANO SONNOLENZA ALLA GUIDA Sono spesso alla guida tra mezzanotte e le sei del mattino L’autista è sovente da solo e di sesso maschile I veicoli coinvolti in incidenti sono singoli La maggior parte degli incidenti sono tamponamenti o scontri frontali Non vi è alcuna prova di frenata o di manovre evasive Molti di questi incidenti comportano lesioni gravi e/o decessi Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Principali quadri patologici Insonnia: difficoltà ad iniziare o a mantenere il sonno o nella sensazione di sonno non ristoratore, che compromette il funzionamento diurno. Ipersonnia: tendenza ad addormentarsi durante il giorno in luoghi e tempi inappropriati, associati a fatica, incapacità a concentrarsi, compromissione delle performance psicomotorie. Disturbi del ritmo circadiano del sonno: incapacità a dormire e a rimanere svegli nei periodi appropriati. Parasonnie :movimenti o comportamenti anormali durante il sonno. Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 CLASSIFICAZIONE INTERNAZIONALE DEI DISTURBI DEL SONNO (American Academy of Sleep Medicine, 2005) 1. 2. 3. 4. 5. 6. Insonnie (diverse tipologie) (1/3 popolazione adulta negli USA, Roth 2005) Disturbi del Respiro in Sonno (OSAS, CSAS) Ipersonnie di Origine Centrale (Narcolessia, Ipersonnia ricorrente, Ipersonnia Idiopatica, S. da Sonno Insufficiente, Ipersonnia Iatrogena) Disturbi del Ritmo Circadiano (ex S. Anticipata/Ritardata Fase di sonno, S. da Shift-Work, S. da Jet Lag) Parasonnie (Sonnambulismo) Disturbi del Movimento in Sonno (S. delle gambe senza riposo, PLM, Bruxismo) Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 INSONNIA 1. DIFFICOLTÀ AD INIZIARE O A MANTENERE IL SONNO 2. RISVEGLIO DURANTE LA NOTTE 3. SVEGLIA TROPPO PRESTO 4. SENSAZIONE DI SONNO NON RISTORATORE, CHE COMPROMETTE IL FUNZIONAMENTO DIURNO. Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Adjustment Insomnia 307.41 The sleep disturbance is temporally associated with an identifiable stressor that is psychological, psychosocial, interpersonal, environmental, or physical in nature The sleep disturbance is expected to resolve when the acute stressor resolves or when the individual adapts to the stressor The sleep disturbance lasts for less than three month Psychophysiological Insomnia 307.42 B. The insomnia is present for at least one month. C. The patient has evidence of conditioned sleep difficulty and/or heightened arousal in bed indicated by one more of the following: - Excessive focus on and heightened anxiety about sleep - Difficulty falling asleep in bed at the desired bedtime or during planned naps, but no difficulty falling asleep during other monotonous activities when not intending to sleep - Ability to sleep better away from home than at home - Mental arousal in bed characterized either by intrusive thoughts or a perceived inability to volitionally cease sleep-preventing mental activity - Heightened somatic tension in bed reflected by a perceived inability to relax the body sufficiently to allow the onset of sleep Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Paradoxical Insomnia 307.42 A. The insomnia is present for at least one month. B. One or more of the following criteria apply: - The patient reports a chronic pattern of little or no sleep most nights during which relatively normal amounts of sleep are obtained - Sleep-log data during one or more weeks of monitoring show an average sleep time well below published age-adjusted normative values, often with no sleep at all indicated for several nights per week; typically there is an absence of daytime naps following such nights - The patient shows a consistent marked mismatch between objective findings from polysomnography or actigraphy and subjective sleep estimates derived either from self-report or a sleep diary C. At least one of the following is observed: - The patient reports constant or near constant awareness of environmental stimuli throughout most nights - The patient reports a pattern of conscious thoughts or rumination throughout most nights while maintaining a recumbent posture D. The daytime impairment reported is consistent with that reported by other insomnia subtypes, but it is much less severe than expected given the extreme level of sleep deprivation reported; there is no report of intrusive daytime sleep episodes, disorientation, or serious mishaps due to marked loss of alertness or vigilance, even following reportedly sleepless nights. Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Idiopathic Insomnia 307.42 a. The course of the disorder is chronic, as indicated bye ach of the following: - Onset during infancy or childhood - No identifiable precipitant or cause - Persistent course with no periods of sustained remission Insomnia Due to Mental Disorder a. 327.02 The insomnia is present for at least one month. b. A mental disorder has been diagnosed according to standard criteria. c. The insomnia is temporally associated with the mental disorder; however, in some cases, insomnia may appear a few days or weeks before the emergence of the underlying mental disorder. d. The insomnia is more prominent than that typically associated with the mental disorder, as indicated by causing marked distress or constituting an independent focus of treatment. Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Insomnia Due to Drug or Substance 292.85 (for Alcohol use 291.82) a. The insomnia is present for at least one month. b. One of the following applies: - There is current ongoing dependence on or abuse of a drug or substance known to have sleep-disruptive properties either during periods of use or intoxication or during periods of withdrawal - The patient has current ongoing use of or exposure to a medication, food, or toxin known to have sleep-disruptive properties in susceptible individuals c. The insomnia is temporally associated with the substance exposure, use or abuse, or acute withdrawal. Insomnia Due to Medical Condition 327.01 a. The insomnia is present for at least one month. b. The patient has a coexisting medical or physiological condition known to disrupt sleep. c. Insomnia is clearly associated with the medical or physiologic condition. The insomnia began near the time of onset or with significant progression of the medical or physiologic condition and waxes and wanes with fluctuations in the severity of this condition. Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Disturbi del ritmo circadiano Jet lag Disturbo del sonno legato ai turni di lavoro Sindrome da sonno anticipato Sindrome da sonno ritardato Pattern sonno – veglia irregolare Pattern sonno – veglia non di 24 ore (sindrome ipernictemerale) Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Parasonnie: Comportamenti episodici notturni Quando il cervello si organizza tra gli stati: nei periodi di transizione tra uno stato e l’altro Evoluzione benigna (tendenza alla risoluzione spontanea) Disturbi dell’arousal Disturbi della transizione sonno-veglia Parasonnie associate al sonno REM Altre parasonnie Prof. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 DISTURBO COMPORTAMENTALE DEL SONNO REM (RBD) Assenza dell’atonia muscolare del sonno REM Intensa attività motoria (in genere esplosiva) Spesso (>70%) ferite a sé o a compagni di letto Correlata all’attività onirica (sogni paurosi, vividi, sgradevoli >90%; il più ricorrente è essere aggrediti da animali o persone sconosciute) Disturbo di comportamento e sogno Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 RBD- EPIDEMIOLOGIA Età media di inizio dei disturbi >50 anni (52,6 anni; alla presentazione 59,3 aa ( Schenck & Mahowald, 1990), range molto ampio) M/F 9:1 Idiopatico in circa il 60% dei casi Associazione con patologie del sonno (narcolessia) Associazione con disturbi del movimento (atrofia multisistemica, malattia di Parkinson, demenza a corpi di Lewy) Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 REM sleep behavior disorder is characterized by the occasionalfailure of this atonia. The brains of patients who suffer from REM sleep behavior disorder have complete control over their sleeping bodies, allowing (often exaggerated) motor activity to occur in relation to what is happening in the dream. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Caso Clinico 1: Paralisi Ipnagogica SLEEP PARALYSIS – PARALISI IPNAGOGICA The patho-physiology of sleep paralysis has not been concretely identified, although there are several theories about what causes an individual to develop sleep paralysis. The first of these stems from the understanding that sleep paralysis is a parasomnia resulting from inappropriate overlap of the REM stage of sleep and the waking stage of sleep. Polysomnographic studies found that individuals with sleep paralysis had shorter REM sleep latencies than normal along with shortened NREM and REM sleep cycles, and fragmentation of REM sleep. This study supports the observation that disturbance of regular sleeping patterns can instigate an episode of sleep paralysis, because fragmentation of REM sleep commonly occurs when sleep patterns are disrupted and has now been seen in combination with sleep paralysis. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 SLEEP PARALYSIS – PARALISI IPNAGOGICA Sleep paralysis is closely related to REM atonia, the paralysis that occurs as a natural part of REM (rapid eye movement) sleep. Sleep paralysis occurs either when falling asleep, or when awakening. When it occurs upon falling asleep, the person remains aware while the body shuts down for REM sleep, and it is called hypnagogic or predormital sleep paralysis. Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015 Francesco Peverini S. Giovanni 19 marzo 2015