Introduzione al Sonno e Vigilanza (Fisiologia 100)

Introduzione al Sonno

• Il sonno è un fenomeno complesso e multifattoriale.
• Comprende la distinzione tra coscienza e vigilanza.
• Coinvolge strategie di sonno nel mondo animale e ritmi biologici.
• Gli effetti della privazione del sonno sono importanti.

Coscienza vs Vigilanza

• Coscienza: la consapevolezza di se stessi e del proprio stato.
• Vigilanza: la capacità di reagire agli stimoli esterni in modo integrato.
• La vigilanza è ridotta o assente durante il sonno, mentre la coscienza può essere presente in forme alterate, come nel sonno REM.

Sonno nei Cetacei

• I cetacei adattano il loro sonno alla necessità di respirare in superficie.
• Sonno in superficie: nuotano mantenendo la respirazione in superficie, entrando in uno stato di sonno leggero.
• Sonno uniemisferico: alternano l'attività tra i due emisferi cerebrali, con un emisfero che dorme mentre l'altro resta vigile per il mantenimento della posizione e delle funzioni vitali.
• Questo tipo di sonno si osserva in coppie e femmine con i cuccioli.

Ritmi del Sonno: Omeostatico e Circadiano

• I periodi di sonno possono essere brevi o lunghi (tipici del sonno notturno).
• La sonnolenza circadiana segue un ritmo simile al ciclo giorno-notte, alternando il sonno diurno e notturno.
• La sonnolenza omeostatica segue un ritmo ultradiano, con due picchi di sonnolenza durante la giornata (uno dopo pranzo).

Ritmo Sonno-Veglia, Temperatura e Ormoni

• Il minimo termico si raggiunge 1-2 ore prima del risveglio.
• La temperatura aumenta al risveglio e può aumentare ulteriormente con l'attività fisica.
• L'ormone della crescita ha un picco di produzione durante la notte.
• Il cortisolo aumenta prima del risveglio, contribuendo a un aumento di umore mattutino.
• L'ipnogramma mostra gli stadi di veglia e sonno.

Effetti della Privazione del Sonno

• Un esperimento sui topi mostra le conseguenze della privazione del sonno.
• Il monitoraggio dell'EEG e dell'EMG viene utilizzato.
• Stimoli stressori provocano il risveglio continuo.
• I topi privati del sonno mostrano esaurimento, aumento del consumo di cibo e perdita di peso.

Privazione Selettiva del Sonno

• Se non c'è privazione totale del sonno, le ore perse vengono recuperate.
• La privazione selettiva del sonno REM o del sonno lento porta a una "compensazione" nelle fasi successive.

Sonno e capacità cognitive

• Il sonno, in particolare il sonno REM, ha un ruolo attivo nel consolidamento della memoria.
• I ritmi circadiani di diversi parametri, come la temperatura corporea, la secrezione di melatonina, di cortisolo, di urina ecc. sono mantenuti durante la privazione del sonno, ma con alcune alterazioni.

Impatto Cognitivo della Privazione del Sonno

• In risposta alla privazione di sonno, i grafici mostrano una stretta correlazione tra la temperatura corporea, l'allerta soggettiva (sensazione di vigilanza) e la prestazione cognitiva.

Importanza del Sonno per il Cervello

• Il sonno non-REM riduce l'attività metabolica del cervello.
• Il sonno REM mantiene un'intensa attività cerebrale.
• Gli studi con PET mostrano un'attività cerebrale simile allo stato di veglia durante il sonno REM.

Ruolo del Sonno REM nel Consolidamento della Memoria

• Studi sugli animali e sull'uomo dimostrano che, durante il sonno REM, le aree cerebrali che mimano compiti cognitivi durante la veglia si attivano.
• L'ippocampo, sede della memoria a lungo termine, mostra un'attività correlata a eventi successivi alla fase di veglia.

Sistemi Attivi del Tronco Encefalico

• Quattro sistemi principali (noradrenergico, dopaminergico, serotoninergico e colinergico) svolgono ruoli differenti nel controllo dello stato di vigilanza e sonno.

Generazione del Sonno REM

• Le aree peribrachiale e pontina, mediate dalle onde PGO (Ponto-Genicolo-Occipitali), sono implicate nell'iniziazione del sonno REM e nella generazione di segnali per l'atonia muscolare.
• L'atonia muscolare è indispensabile per evitare movimenti fisici durante il sonno REM.

Optogenetica e Sonno REM

• Le tecniche optogenetiche permettono di manipolare selettivamente le cellule neurali mediante la luce, consentendo di indurre il sonno REM.

I Sogni: Contenuti e Meccanismi Neurali

• L'attivazione di aree cerebrali come nuclei del ponte, lobo dell'insula, ippocampo, gangli della base, talamo, corteccia acustica e visiva, giro del cingolo sono legate ai contenuti dei sogni.

Ritmi Biologici: un'analisi oltre il Circadiano

• Ritmi circannuali riguardano cicli di un anno (es: migrazione, letargo).
• Ritmi circalunari riguardano cicli mensili (es: ciclo mestruale).
• Ritmi circamaree riguardano i cicli delle maree.

Effetti della Luce sul Ritmo Sonno-Veglia

• La luce influenza direttamente il ritmo sonno-veglia del criceto.
• Un lampo di luce modifica la successione delle fasi di sonno in base al periodo del ciclo giorno/notte in cui viene fornito.

Instaurazione del Ritmo Sonno-Veglia nel Neonato

• Il ritmo sonno-veglia compare in modo spontaneo nel neonato con un periodo di circa 26,5 ore.
• L'attività inizia ad allinearsi al ciclo luce-buio giornaliero con l'andamento del giorno.

Sede del Ritmo Circadiano: Nucleo Soprachiasmatico (SCN)

• Il SCN mostra attività circadiana anche in assenza di luce, con periodi di alta e bassa attività metabolica.
• Lesioni parziali riducono l'ampiezza del ritmo.
• Nell'invecchiamento, è possibile una riduzione dell'ampiezza e uno spostamento dell'attività verso ore più precoci.

Meccanismi Molecolari dell'Oscillazione nel Nucleo Soprachiasmatico

• Proteine come TIM, CLOCK e BMAL1, e PER1, PER2 e PER3 sono coinvolte nel ciclo circadiano, con un meccanismo a feedback negativo.

Sistema Feedback Negativo con Ritardo Intrinseco

• Il sistema a feedback negativo con ritardo intrinseco dimostra come piccole variazioni di tempo possano portare a significative oscillazioni in un circuito.
• Il nucleo soprachiasmatico funziona secondo questo principio.

Ruolo delle Cellule Gangliari Melanopsiniche

• Le cellule gangliari retiniche melanopsiniche proiettano al nucleo soprachiasmatico tramite il tratto retinoipotalamico, svolgendo un ruolo nell'entrainment del ritmo circadiano con il ciclo luce/buio.

Effetto della Melatonina

• La melatonina è secreta dalla ghiandola pineale e svolge un ruolo nell'influenzare il ritmo sonno-veglia.
• Il meccanismo completo e la funzione precisa sono in corso di studio.

Turni di Lavoro e Durata del Sonno

• I lavoratori con turni notturni spesso non riescono a raggiungere le 8 ore di riposo notturno.
• Il jet lag è un esempio di come il ritmo circadiano viene alterato dai viaggi attraverso fusi orari.

Sfasamento di Luce, Pacemaker Circadiano e Melatonina

• La luce influenza il ritmo sonno-veglia.
• Il nucleo soprachiasmatico è il pacemaker circadiano.
• La melatonina ha un ruolo nel regolare il ciclo sonno-veglia.

Questo quiz esplora il complesso fenomeno del sonno, distinguendo tra coscienza e vigilanza. Scoprirai come il sonno si manifesta nel regno animale, in particolare nei cetacei, e l'impatto della privazione del sonno sulla salute. Preparati a testare le tue conoscenze su questi argomenti affascinanti.