Sueño y Ritmos Biológicos PDF

Sueño y Ritmos Biológicos Descripción Fisiológica y Comportamental del Sueño - El sueño es una ***conducta***. - Puesto que recordamos muy poco de lo que sucede mientras dormimos, tendemos a considerar el sueño, como un ***estado de consciencia*** más que como una conducta. - Elect...

Sueño y Ritmos Biológicos Descripción Fisiológica y Comportamental del Sueño - El sueño es una ***conducta***. - Puesto que recordamos muy poco de lo que sucede mientras dormimos, tendemos a considerar el sueño, como un ***estado de consciencia*** más que como una conducta. - Electromiograma (EMG): **Potencial eléctrico** que se registra con un electrodo colocado [sobre] o [dentro] de un músculo. - Electrooculograma (EOG): **Potencial eléctrico** procedente de los ojos que se registra mediante electrodos situados en la piel del canto de estos. Detecta los movimientos oculares. - Actividad Alfa: Actividad eléctrica de **frecuencia *[moderada]***, **entre 8 y 12 Hz**, que se registra en el cerebro. Por lo general se asocia con un **estado de relajación**. - Actividad Beta: Actividad eléctrica ***[irregular]* de 13 a 30 Hz** que se registra en el cerebro. Por lo general se asocia con un **estado de aurosal o activación cortical**. - Actividad Theta: Actividad EEG de **3,5 a 7,5 Hz** que ocurre ***[intermitentemente]*** durante las **primeras fases del sueño de ondas lentas y en el sueño REM**. -  Ondas Gamma: 25 a 100 Hz. Estas son el tipo de ondas cerebrales con una mayor frecuencia y menor amplitud. Aparecen en estados de vigilia y se cree que su presencia está relacionada con la aparición de la consciencia, con la ampliación del foco atencional y con la gestión de la memoria. - Actividad Delta: Actividad eléctrica ***[sincronizada]*, regular, de menos de 4 Hz**, que se registra en el cerebro. O curre durante las **fases más profundas del sueño de ondas lentas**. - Sueño de Ondas Lentas: Sueño no REM, caracterizado por ***[actividad EEG sincronizada]*** durante sus fases más profundas. - Estado de Descenso: ***[Periodo de inhibición]* durante una [oscilación lenta] en el sueño de ondas lentas:** **las neuronas de la corteza están en reposo y no responden.** - Estado de Ascenso: ***[Periodo de activación]* durante una [oscilación lenta] en el sueño de ondas lentas: las neuronas de la corteza descargan brevemente con una frecuencia alta.** - Sueño REM: Periodo de ***[actividad EEG desincronizada]*** durante el sueño, en el que se dan ensueños, movimientos oculares rápidos y parálisis muscular. También se denomina sueño paradójico. - Sueño No REM: Todas las fases del sueño, excepto el sueño REM. **[Fases del sueño]** Para el estudio de las fases del sueño el investigador prepara a la persona que va a dormir para obtener los **parámetros electrofisiológicos**, colocándole electrodos sobre el cuero cabelludo para registrar el **electroencefalograma (EEG)** y sobre la barbilla para detectar la actividad muscular mediante el **electromiograma (EMG)**. Unos electrodos situados en el borde externo de los ojos registran los movimientos oculares en un **electrooculograma (EOG)**. Además, pueden utilizarse otros electrodos y dispositivos de transducción para registrar **medidas neurovegetativas**, como la **frecuencia cardíaca**, la **respiración** y la **conductancia de la piel**. **DURANTE LA VIGILIA** El EEG de una persona normal muestra dos patrones básicos de actividad: **alfa** y **beta.** - Actividad Alfa: Está formada por **ONDAS REGULARES** de **frecuencia media,[de 8 a 12 Hz]**. Esta actividad ocurre en el cerebro **cuando la persona está descansando tranquilamente, sin estar activada o excitada sobremanera y sin dedicarse a una actividad mental ardua** (como resolver un problema). Aunque en ocasiones pueden registrase ondas alfa cuando una persona tiene los ojos abiertos, son mucho más frecuentes cuando los tiene cerrados. - Actividad Beta: Consiste en **ONDAS IRREGULARES** de **[13 a 30 Hz]**, en su mayoría de **baja amplitud.** La actividad beta es **asincrónica** ---refleja el hecho de que muchos circuitos neurales cerebrales diferentes están procesando activamente información--- y **ocurre cuando la persona está alerta y atenta a lo que sucede en el entorno o cuando está pensando con concentración.** **DURANTE EL SUEÑO** Cuando nuestro sujeto empieza a adormecerse y pronto entra en la **fase 1 del sueño,** como lo indica la aparición de cierta cantidad de Actividad Theta **[(3,5-7,5 Hz)]**, lo que indica que la descarga de **las neuronas de la neocorteza se va haciendo más sincronizada**. Es una transición entre el sueño y la vigilia. [Al cabo de unos 10 minutos], entra en la **fase 2 del sueño**. Durante esta fase, **el EEG es en general irregular,** pero incluye periodos de Actividad Theta, Spindles (o husos) del sueño y Complejos K. - - Cash y cois (2009) registraron la actividad de neuronas individuales en la corteza cerebral humana durante el sueño y encontraron que **[los complejos K consistían en periodos aislados de inhibición neuronal. ]** [Al parecer, **los complejos K son los precursores de las ondas delta**, las cuales se registran en las fases más profundas del sueño.] **DURANTE EL SUEÑO** [Unos 15 minutos más tarde el sujeto entra en la] **fase 3 del sueño**, como lo señala la aparición de Actividad Delta (**[frecuencia menor a 3,5 Hz]**) de alta amplitud. - - - - - **DURANTE EL SUEÑO** Aproximadamente **90 minutos después del comienzo del sueño** [(y unos 45 minutos después de que haya empezado la fase 4)] se produce un repentino cambio en una serie de medidas fisiológicas del sujeto que estamos registrando. **Sueño REM** (que se refiere a las siglas inglesas de rapid eye movements que lo caracterizan): - - - Según la mayoría de los criterios, **la fase 4 es la más profunda del sueño**: solo los sonidos fuertes harán que una persona se despierte, y al despertarse se muestra aturdida y confusa. Durante el **sueño REM**, puede que una persona no reaccione a los ruidos, pero puede alertarse fácilmente ante un estímulo significativo, como, por ejemplo, oír su nombre. Además, cuando el despertar se da durante el sueño REM, el individuo parece estar alerta y atento. **Durante el resto de la noche, se alternan periodos de sueño REM y periodos de sueño no REM. Cada ciclo dura aproximadamente 90 minutos e incluye un episodio de sueño REM de unos 20 a 30 minutos.** **Por lo tanto, en un sueño de 8 horas se darán cuatro o cinco periodos de sueño REM.** **[El sueño REM y la fase 1 del sueño se han situado en la misma línea, dada la semejanza de los patrones de actividad EEG que ocurren en ambas fases.]** [Obsérvese que la mayor parte del sueño de ondas lentas (las fases 3 y 4) tiene lugar durante la primera mitad de la noche. En los episodios siguientes de sueño no REM cada vez hay más cantidad ] [de fase 2 y los episodios de sueño REM (marcados con barras horizontales) se van haciendo más prolongados.] Como se ha visto, **durante el sueño REM nos quedamos paralizados: la mayoría de las neuronas motoras raquídeas y craneales están considerablemente inhibidas**. (Claro está que las que controlan la respiración y los movimientos de los ojos se salvaguardan.) Al mismo tiempo, el cerebro está muy activo: el flujo sanguíneo cerebral y el consumo de oxígeno se incrementan además, se produce una erección, al menos parcial, del pene en el hombre y el clítoris en la mujer, y las secreciones vaginales aumentan. **[Actividad mental durante el sueño]** - Aunque el sueño es un estado durante el cual disminuye la respuesta a los estímulos ambientales, **no es exacto referirse a él como un estado de inconsciencia**. - Sin duda, la consciencia durante el sueño es diferente a la consciencia durante la vigilia, pero **en el sueño se conserva la consciencia.** Los investigadores han observado que el **índice de flujo sanguíneo cerebral en el cerebro humano durante el sueño REM es alto en la corteza visual de asociación**,pero bajo en la corteza visual primaria y en la corteza prefrontal. - - -  Los mecanismos motores corticales y subcorticales se activan durante un sueño en el que hay movimiento, como si la persona estuviera realmente moviéndose. Asimismo, si el sueño implica hablar y escuchar, se activan, sobre todo, las regiones cerebrales del durmiente que están implicadas en el habla y la escucha. Aunque durante el sueño REM tienen lugar preferentemente sueños narrativos, similares a historias, durante el sueño de ondas lentas (o sueño no REM) también puede haber actividad mental. **Algunos de los sueños más terroríficos ocurren durante el sueño de ondas lentas, especialmente en la fase 4.** **Sueño REM → Pesadilla** **Sueño No REM → Terrones Nocturnos** Trastornos del Sueño - Pasamos aproximadamente **un tercio de nuestra vida durmiendo.** - Se dice que el insomnio es un problema que **afecta ocasionalmente a un 25 % de la población**, y **de manera habitual al 9 %**. - Insomnio: Se define como dificultad para quedarse dormido una vez en la cama o bien tras despertarse durante la noche. - - - - - - - - Narcolepsia: Trastorno del sueño **caracterizado por periodos de sueño irresistible**, **crisis de cataplejía**, **parálisis del sueño** y **alucinaciones hipnagógicas**. - - - - - - - - - - - - - - Lin y cois. (1999) descubrieron que la **narcolepsia canina** se debe a la mutación de un gen específico, el resultado del cual es un receptor de un neurotransmisor peptídico descubierto recientemente, llamado **hipocretina (orexina).** - - - - La hipótesis de que la causa de la narcolepsia en estos siete pacientes era un trastorno hereditario que hacía que el sistema inmunitario atacara y destruyera las neuronas que segregan orexina. **La mayoría de los pacientes con narcolepsia han nacido con neuronas orexinérgicas, pero durante la adolescencia el sistema inmunitario afecta a dichas neuronas y comienzan a manifestarse los síntomas de la narcolepsia**. Los síntomas de la narcolepsia pueden tratarse satisfactoriamente con fármacos. Las crisis de sueño pueden disminuir con estimulantes como el **metilfenidato**, un agonista de las catecolaminas. Los **fenómenos relacionados con el sueño REM** (cataplejía, parálisis del sueño y alucinaciones hipnagógicas) **pueden aliviarse mediante fármacos antidepresivos**, que **favorecen tanto la actividad serotoninérgica como la noradrenérgica**. En individuos que padecen depresión se observan alteraciones del patrón de sueño REM, por lo que el hecho de que los fármacos que mejoran la depresión supriman asimismo los fenómenos del sueño REM probablemente no sea una mera coincidencia. **[Trastorno de conducta durante el sueño REM]** Como se sabe el sueño REM se acompaña de parálisis. Aunque las neuronas de la corteza motora y los sistemas motores subcorticales están sumamente activas durante la fase REM somos incapaces de movernos en ese periodo. El hecho de que las personas estemos paralizadas cuando soñamos apunta a la posibilidad de que, si no fuera por la parálisis, actuaríamos lo soñado. - Trastorno de Conducta durante el sueño REM: Trastorno neurológico en el que **[el paciente no tiene atonía muscular durante el sueño REM] y, por lo tanto, puede representar sus ensueños.** - -. - - Como es de suponer, los fármacos utilizados para tratar los síntomas de la cataplejía agravarán los síntomas del trastorno de conducta durante el sueño REM. Dicho trastorno suele tratarse con clonacepam, una benzodiacepina. **[Trastornos asociados al sueño de ondas lentas]** Durante el sueño de ondas lentas, especialmente en su fase más profunda, la **fase 4**, ocurren ciertas **conductas de inadaptación**: - Enuresis Nocturna: Mojar la cama. - Sonambulismo: Andar dormido. Parece tener un componente genético. - Terrores Nocturnos: Se manifiestan por gritos angustiosos, temblores, pulso acelerado y, por lo general, ningún recuerdo acerca de lo que ha provocado el terror. \*Tres tipos de episodios que se dan con más frecuencia en niños. Ninguno de estos fenómenos se relaciona con el sueño REM: **[una persona sonámbula no está representando un sueño.]** - Trastorno de Ingesta asociado al Sueño: Trastorno en el que la persona se levanta de la cama y busca e Ingiere alimentos ***mientras está sonámbula***. Por lo general no recuerda el episodio a la mañana siguiente. - ¿Por qué dormimos? Aunque la cuestión no se ha resuelto, la mayoría de los investigadores cree que **la principal función del sueño de ondas lentas es permitirle descansar al cerebro**. Además el sueño de ondas lentas y el sueño REM favorecen diferentes tipos de aprendizaje y, al parecer, **el REM favorece el desarrollo del cerebro*.*** **[Funciones del sueño de ondas lentas]** Solo los **vertebrados de sangre caliente** (mamíferos y aves) manifiestan un auténtico sueño REM, con atonía muscular, signos EEG de desincronización cortical y movimientos oculares rápidos. **EFECTOS DE LA PRIVACIÓN DE SUEÑO** El hecho de que la somnolencia sea una motivación tan poderosa sugiere que el sueño es necesario para vivir. **Estudios con seres humanos** Los estudios de privación de sueño en seres humanos no han obtenido pruebas convincentes de que este sea necesario para mantener el funcionamiento normal del cuerpo. - **Por lo tanto, la función primordial del sueño no parece ser que el cuerpo descanse y se recupere**. - **Nunca se recupera la totalidad del sueño perdido.** "El porcentaje de recuperación no fue equivalente para todas las fases de sueño: solo se recuperó el 7 % de las fases 1 y 2, mientras que se recuperó el 68 % de la fase 4 del sueño de ondas lentas y el 53 % del sueño REM." - En particular, **las regiones que tienen el nivel más alto de actividad durante la vigilia presentan el nivel más alto de ondas delta (y el nivel más bajo de actividad metabólica) durante el sueño de ondas lentas**. Así pues, la presencia de actividad delta en una determinada región del cerebro parece indicar que dicha región está descansando. Siegel (2005) propone que uno de los **productos de desecho** que origina la elevada tasa metabólica que se asocia con la actividad del cerebro durante la vigilia son los **radicales libres**, **[sustancias químicas que contienen al menos un electrón desparejado]**. Los radicales libres son sustancias muy oxidantes, ya que pueden unirse con electrones de otras moléculas y dañar las células en las que se encuentran, proceso conocido como **estrés oxidativo**. **Pues bien, durante el sueño de ondas lentas, la disminución de la tasa de metabolismo permite que los mecanismos de restauración de las células destruyan los radicales libres, impidiendo así sus efectos nocivos**. - Insomnio Familiar Letal: Trastorno **heredado, letal,** que se caracteriza por Insomnio progresivo. **Ocasionas lesiones en el tálamo.** - - **Estudios con animales de laboratorio** Los síntomas del trastorno neurodegenerativo llamado **insomnio familiar letal** son similares a los efectos de la privación de sueño forzada en ratas. Budkay cois. (1998) informaron de otra semejanza. Estos investigadores estudiaron a cinco pacientes con insomnio familiar letal que, junto con insomnio, pérdida de memoria y disfunción del sistema neurovegetativo, presentaban una importante pérdida de peso. **EFECTOS DEL EJERCICIO SOBRE EL SUEÑO** **Los datos sobre la relación existente entre sueño y ejercicio no son muy concluyentes.** ~~Por ejemplo, Ryback y Lewis (1971) no observaron cambios en el sueño de ondas lentas ni en el sueño REM de sujetos sanos que estuvieron 6 semanas descansando en la cama.~~ **EFECTOS DE LA ACTIVIDAD MENTAL SOBRE EL SUEÑO** Las tareas que requieren un estado de alerta y actividad mental aumentan el metabolismo de glucosa en el cerebro. Y el aumento más significativo se produce en los **lóbulos frontales**, donde la actividad de ondas lentas es más intensa durante el sueño no REM. **[Funciones del sueño REM]** ~~En uno de los primeros estudios sobre los efectos de la privación de sueño REM (Dement, 1960) se observó que, a medida que la privación avanzaba, había que despertar a los sujetos desde esta fase del sueño con mayor frecuencia; es decir, se acrecentaba la «presión» para entrar en sueño REM. Además, tras varios días de privación de sueño REM, los sujetos presentaban un fenómeno de rebote, cuando se les permitía dormir normalmente: presentaban un porcentaje mucho mayor de lo normal del sueño de la noche de recuperación en sueño REM.~~ - Fenómeno de Rebote: **Aumento de la frecuencia o la intensidad de un fenómeno después de que se haya suprimido temporalmente.** Por ejemplo, el aumento de sueño REM que se observa después de un periodo de privación del mismo. - - - **[Sueño y Aprendizaje]** Las investigaciones realizadas tanto con seres humanos como con animales de laboratorio indican que el sueño hace algo más que permitir que el cerebro descanse: también **ayuda a la consolidación de la memoria a largo plazo.** De hecho, el sueño de ondas lentas y el sueño REM juegan papeles diferentes en la consolidación de la memoria. - **Sueño REM → Memoria No Declarativa** - **Sueño de Ondas Lentas → Memoria Declarativa** **\*Al parecer, el cerebro repasa durante el sueño de ondas lentas la información aprendida recientemente.** Mecanismos Fisiológicos del sueño y la vigilia **[Control químico del sueño]** - El sueño es un proceso regulado. - **[La cantidad de sueño de ondas lentas que tiene una persona durante una siesta diurna se descuenta de la cantidad de este tipo de sueño que tendrá durante la noche siguiente.]** La explicación más sencilla sería que el organismo, durante la vigilia, produce una sustancia que induce el sueño, que se va acumulando y que se elimina durante el sueño. Cuanto más tiempo permanezca alguien despierto, más tiempo deberá dormir para que se degrade esa sustancia. Y dado que la privación de sueño REM produce una deuda de sueño independiente, ha de haber dos sustancias, una para cada tipo de sueño (REM o no REM). - Adenosina: ***[Neuromodulador]* que liberan las neuronas relacionadas con niveles elevados de actividad metabólica**. Puede desempeñar un papel importante en el Inicio del sueño. - - - - Descubrieron uno de estos factores, la variabilidad en el gen que codifica una enzima, la **adenosina desaminasa**, dedicada a la degradación de adenosina. [Los investigadores encontraron que las personas con el **alelo G/A** de este gen, responsable de una forma de la enzima que degrada la adenosina más despacio, pasaban cerca de 30 minutos más en el sueño de ondas lentas que las personas con el **alelo G/G**, más frecuente. ] Las concentraciones de adenosina de los individuos con el alelo G/A disminuían más lentamente durante el sueño de ondas lentas y, por tanto, esta fase del sueño duraba más en esas personas. **[Control neural del arousal]** El estado de vigilia, asimismo, tampoco es uniforme; algunas veces estamos alerta y atentos, mientras que otras apenas nos damos cuenta de lo que ocurre a nuestro alrededor. - **Acetilcolina** - **Noradrenalina** - **Serotonina** - **Histamina** - **Orexina** **ACETILCOLINA** Uno de los principales neurotransmisores implicados en el nivel de activación (especialmente, de la corteza cerebral) es la acetilcolina. **Dos grupos de neuronas colinérgicas:** 1. **Protuberancia** 2. **Prosencéfalo Basal** **Un tercer grupo:** 3. **Septum Medial (controla la actividad del hipocampo).** - Los niveles de ACh en estas regiones son altos tanto durante la vigilia como durante el sueño REM. **Activación Cortical** **\*Producen activación y desincronización cortical cuando se estimula.** **NORADRENALINA** - Locus Coeruleus (LC): Grupo de somas celulares **noradrenérgicos** de coloración oscura **localizado en la protuberancia**, cerca del extremo rostral del suelo del cuarto ventrículo. Participa en el control del estado de arousal y la vigilia. De las neuronas del locus coeruleus surgen axones con abundantes ramificaciones que liberan noradrenalina desde los engrasamientos axónicos [por toda la **neocorteza**, el **hipocampo**, el **tálamo**, la **corteza del cerebelo**, la **protuberancia** y el **bulbo raquídeo**;] por lo tanto, posiblemente afecten a amplias e importantes regiones del cerebro. **[La frecuencia de descarga de estas neuronas, es alta durante la vigilia, baja durante el sueño de ondas lentas y casi nula durante el sueño REM. ]** ~~Cárter y sus colaboradores encontraron que la estimulación de las neuronas causaba inmediatamente el despertar, y que su inhibición reducía la vigilia y aumentaba el sueño de ondas lentas.~~ La mayoría de los investigadores opinan que la actividad de las neuronas noradrenérgicas del LC refuerza la vigilia de un animal, su **capacidad de prestar atención a los estímulos del entorno.** **SEROTONINA** - Núcleos del Rafe: Grupo de núcleos que se localizan a lo largo de la línea media, en la **formación reticular del bulbo raquídeo, protuberancia y mesencéfalo**. Contienen neuronas serotoninérgicas. La serotonina (5-HT), al parecer interviene, asimismo, en la **activación de la conducta.** Los axones de estas neuronas proyectan a muchas zonas del cerebro, entre ellas el **tálamo**, el **hipotálamo**, los **núcleos básales**, el **hipocampo** y la **neocorteza**. - La estimulación de los núcleos del rafe **produce actividad locomotora y arousal cortical** (Registrando mediante EEG). - La **PCPA**, una sustancia química que impide la síntesis de serotonina, **reduce el arousal cortical**. Jacobs y Fornal (1999) sugirieron que una contribución específica de las neuronas serotoninérgicas a la activación es la de **facilitar los movimientos automáticos y continuos**, como caminar, masticar y la conducta de acicalamiento. [Por otra parte, cuando un animal está dando respuestas de orientación a un estímulo nuevo, la actividad de las neuronas serotoninérgicas se reduce.] [Quizás las neuronas serotoninérgicas jueguen un papel en facilitar la actividad que se está llevando a cabo y suprimir el procesamiento de información sensitiva, impidiendo reacciones que podrían interrumpir la actividad que se está realizando]. Su máxima actividad fue durante la vigilia, su frecuencia de descarga disminuyó durante el sueño de ondas lentas y se redujo prácticamente a cero durante el sueño REM. No obstante, una vez finalizado el periodo de sueño REM, las neuronas volvieron a activarse marcadamente durante un cierto tiempo. **HISTAMINA** - Núcleo Tuberomamilar (NTM): Núcleo de la **región ventral posterior del hipotálamo que se sitúa por delante de los cuerpos mamilares**. Contiene neuronas histaminérgicas implicadas en la activación cortical y comportamental. El cuarto neurotransmisor implicado en el control de la vigilia y el arousal es la histamina, sustancia química que **se sintetiza a partir de la L-histidina**, un aminoácido. Los antihistamínicos que se emplean para tratar alergias pueden causar somnolencia, y lo hacen bloqueando los **receptores cerebrales de histamina** **H2**. Los somas celulares de las neuronas histaminérgicas se localizan en el núcleo tuberomamilar (NTM) del hipotálamo, situado en la base del cerebro justo en la zona rostral a los cuerpos mamilares. Los axones de estas neuronas proyectan principalmente a la **corteza cerebral**, el **tálamo**, los **núcleos basales**, el **prosencéfalo basal** y otras **regiones del hipotálamo**. [Las proyecciones a la corteza cerebral aumentan directamente la activación cortical y el arousal, mientras que las proyecciones a las neuronas colinérgicas del prosencéfalo basal y la protuberancia dorsal lo hacen indirectamente, aumentando la liberación de acetilcolina en la corteza cerebral.] La actividad de las neuronas histaminérgicas es alta durante la vigilia, pero baja durante el sueño de ondas lentas y durante el sueño REM. La infusión de histamina en el prosencéfalo basal de ratas causa un incremento de la vigilia y una disminución del sueño no REM. Gerashchenko y cois. (2004) han sugerido que los sistemas cerebrales de arousal **favorecen la vigilia en momentos diferentes o en situaciones distintas**, y que ninguno de estos sistemas juega un papel crítico en todas las situaciones. **OREXINA** Los somas celulares de las neuronas que segregan orexina (también llamada hipocretina, como hemos visto) se localizan en el **hipotálamo lateral**. Aunque solo hay unas **[7.000 neuronas orexinérgicas]** en el cerebro humano, los axones de esas neuronas proyectan a casi todo el cerebro, incluida la **corteza cerebral** y todas las regiones implicadas en el arousal y la vigilia, entre ellas el **locus coerulus**, los **núcleos del rafe**, el **núcleo tuberomamilar** y las **neuronas colinérgicas de la protuberancia dorsal** y el **prosencéfalo basal**. Por tanto, la orexina ejerce un efecto excitador en todas estas regiones. ~~Mileykovskiy, Kiyashchenko y Siegel (2005) registraron la actividad de neuronas orexinérgicas individuales en ratas no anestesiadas, encontrando que las neuronas descargaban con una frecuencia alta durante el estado de alerta o vigilia activa, y con una frecuencia baja durante los estados de vigilia tranquila, sueño de ondas lentas y sueño REM.~~ La frecuencia de descarga más alta se dio cuando las ratas realizaban una **actividad de exploración.** **[Control neural del sueño de ondas lentas]** **El sueño está controlado por tres factores:** - **Homeostáticos** - **Alostáticos** - **Circadianos**. - Homeostáticos: Si pasamos mucho tiempo sin dormir, finalmente nos sentiremos adormilados, y una vez que nos venza el sueño, probablemente dormiremos más de lo habitual y compensemos, al menos parcialmente, el sueño perdido. **Este control del sueño es de tipo homeostático, y se rige por los principios que regulan nuestra ingesta de comida y bebida.** - Alostático: Pero en ciertos casos es importante permanecer despiertos, como cuando nos sentimos amenazados por una situación peligrosa o si estamos deshidratados y buscamos agua para beber. Este control del sueño es alostático, **término que hace referencia a las reacciones ante acontecimientos externos estresantes (peligro, falta de agua y demás) que se anteponen al control homeostático.** - Circadianos: **[Factores del momento del día]**, tienden a restringir nuestro periodo de sueño a una parte concreta del ciclo día/noche. - - **Pero ¿qué controla la actividad de las neuronas de arousal?, ¿qué hace que esta actividad decaiga, conduciéndonos, por lo tanto, al sueño?** ~~El primer intento de responder a dicha pregunta lo representan las meticulosas observaciones de un neurólogo vienés, Constantin von Economo, a comienzos del siglo xx.~~ - Área Preóptica Ventrolateral (APOvl): Grupo de **neuronas gabaérgicas** localizadas en el área preóptica cuya actividad **suprime el estado de alerta y la activación comportamental, e induce el sueño.** - - - - - - [**Las neuronas del sueño del área preóptica reciben aferencias inhibidoras de las mismas regiones que ellas inhiben**, entre las que se incluyen el núcleo tuberomamilar, los núcleos del rafe y el locus coeruleus:así pues, la hist] [amina, la serotonina y la noradrenalina las inhibe] Esta inhibición mutua puede aportar la base para que se establezcan los periodos de sueño y de vigilia. Estos autores señalan que la ***inhibición recíproca*** también caracteriza a un circuito electrónico conocido como un **[mecanismo oscilador flip-flop]**. Dicho tipo de mecanismo puede estar en uno de dos estados, el que habitualmente se denomina **«encendido» (on)** o el de **«apagado» (off)**. Así pues, o bien las neuronas del sueño están activas e inhiben a las neuronas de la vigilia, o bien las neuronas de la vigilia están activas e inhiben a las neuronas del sueño. Dado que estas regiones se inhiben mutuamente, es imposible que las neuronas de ambas regiones estén activas al mismo tiempo. De hecho, las neuronas del sueño del APOvl están inactivas hasta que el animal muestra una transición de la vigilia al sueño. Sin embargo, hay un problema, **estos osciladores pueden ser inestables.** -  **Una función importante de las neuronas orexinérgicas es contribuir a la estabilización del oscilador flip-flop vigilia-sueño** mediante sus conexiones excitadoras con las neuronas de la vigilia, de modo que **la actividad de este sistema de neuronas inclina la actividad del flip-flop hacia el estado de vigilia**. El nivel de adenosina aumenta durante la vigilia y disminuye ligeramente durante el sueño, especialmente en el prosencéfalo basal. **Los receptores de adenosina se encuentran en neuronas de muchas regiones del cerebro**, entre ellas las neuronas orexinérgicas del hipotálamo lateral. Por lo tanto, es poco probable que todos los efectos promotores del sueño que tiene la adenosina involucren a las neuronas del APOvl. Considerando que las neuronas orexinérgicas ayudan a mantener el flip-flop vigilia-sueño en el estado de vigilia, la pregunta obvia es: **¿qué factores controlan la actividad de las neuronas orexinérgicas?** - - - **[Así pues, las neuronas orexinérgicas participan en los tres tipos de factores que controlan el sueño y la vigilia: homeostáticos, alostáticos y circadianos.]** **[Control neural del sueño REM]** Como veremos, **el sueño REM está controlado por un mecanismo flip-flop** similar al que controla los ciclos sueño-vigilia. - - Las neuronas ACh de la protuberancia dorsal descargan con alta frecuencia tanto durante el sueño REM como en la vigilia activa o durante el sueño REM solo. En la figura 9.19 se representa la actividad de una de las llamadas **células REM-ON**, las cuales presentan una elevada frecuencia de descarga exclusivamente durante el sueño REM. **Las neuronas ACh de la protuberancia dorsal sirven como mecanismo de disparo que inicia un periodo de sueño REM.** [Sin embargo, investigaciones más recientes sugieren que el sueño REM está regido por la actividad de un mecanismo flipflop cuyos elementos no incluyen neuronas colinérgicas]. Una región de la **protuberancia dorsal**, ventral al locus coeruleus, contiene neuronas **REM-ON**. En ratas, esta región se conoce como el **núcleo sublateral dorsal (SLD)**. Una región del mesencéfalo dorsal, la **sustancia gris pericueductal ventrolateral (SGPAvl)**, contiene neuronas **REM-OFF**. [Las regiones REM-ON y REM-OFF están interconectadas a través de neuronas gabaérgicas inhibidoras. ] La estimulación de la región REM-ON mediante una infusión de agonistas del glutamato induce la mayoría de los fenómenos que componen el sueño REM, mientras que la inhibición de esta región con agonistas GABA altera el sueño REM. Por el contrario, la estimulación de la región REM-OFF suprime el sueño REM, mientras que el daño de dicha región o una infusión de agonistas GABA aumentan espectacularmente el sueño REM. El hecho de que estas dos regiones se inhiban mutuamente significa que funcionan como un flip-flop: tan solo una región puede estar activa en un momento dado. [Durante la vigilia, la región REM-OFF recibe input excitador de las **neuronas orexinérgicas** del hipotálamo lateral, y esta activación inclina el flip-flop de REM al estado OFF.] [La región REM-OFF recibe input excitador adicional procedente de dos grupos de neuronas de vigilia: las **neuronas noradrenérgicas** del locus coeruleus y las **serotoninérgicas** de los núcleos del rafe.] Cuando el flip-flop de sueño-vigilia cambia a la fase de sueño, comienza el sueño de ondas lentas y la actividad de las aferencias orexinérgicas, noradrenérgicas y serotoninérgicas excitadoras a la región REM-OFF comienza a disminuir. Finalmente, el flip-flop del sueño REM cambia al estado ON y comienza el sueño REM. Una vez que comienza el sueño, la actividad de las neuronas orexinérgicas cesa, lo que elimina una de las fuentes del input excitador a la región REM-OFF. [A medida que progresa el sueño, la actividad de las neuronas noradrenérgicas y serotoninérgicas va disminuye gradualmente. En consecuencia, se suprime la mayor parte del input excitador a la región REM-OFF, el flip-flop se inclina hacia la posición ON y comienza el sueño REM.] Podemos entender ahora por qué la degeneración de las neuronas orexinérgicas causa la narcolepsia. La somnolencia diurna y la fragmentación del sueño ocurren porque, sin la influencia de la orexina, el flip-flo sueño-vigilia se vuelve inestable. La liberación de orexina en la región REM-OFF mantiene normalmente el flip flop REM en el estado OFF, pero, debido a la pérdida de neuronas orexinérgicas, sucesos emocionales como la risa o la ira, que activan la amígdala, inclinan el flip- flop REM al estado ON (incluso durante la vigilia) y el resultado es una crisis de cataplejía. - Núcleo Sublateral Dorsal (SLD): Región de la protuberancia dorsal, ventral al locus coeruleus, que **contiene neuronas REM-ON**. Forma parte del mecanismo oscilador flip -flop que controla el sueño REM. - Sustancia gris periacueductal ventrolateral (SGPAvl): Región del mesencéfalo dorsal, que **contiene neuronas REM-OFF**. Forma parte del mecanismo oscilador flip -flop que controla el sueño REM. [**La pérdida de neuronas orexinérgicas elimina una influencia inhibidora del hipotálamo en la amígdala**.] El aumento de actividad de la amígdala podría explicar, al menos en parte, el aumento de actividad de las neuronas REM-OFF que tiene lugar incluso durante la vigilia en pacientes con cataplejía. ~~Las lesiones que hizo Jouvet destruían un grupo de neuronas responsables de la atonía muscular que ocurre durante el sueño REM. Estas neuronas se localizan en la zona inmediatamente ventral al área que ahora sabemos que forma parte de la región REM-ON.~~ **Algunos de los axones que salen de esta región llegan hasta la médula espinal, donde activan interneuronas inhibidoras cuyos axones forman sinapsis con neuronas motoras.** Esto significa que cuando el flip-flop se inclina hacia el estado ON, las neuronas motoras de la médula espinal se inhiben y no pueden responder a las señales procedentes de la corteza motora en el transcurso de un sueño. Las lesiones de la región REM-ON suprimen esta inhibición y la persona (o uno de los gatos de Jouvet) representa sus sueños. Quizá la práctica que nuestro sistema motor adquiere durante el sueño REM nos ayuda a mejorar nuestra ejecución de conductas que hemos aprendido durante el día. La inhibición de las neuronas motoras de la médula espinal impide que los movimientos que se practican en el sueño ocurran realmente, con la excepción de unas cuantas **sacudidas musculares (twitches)** inofensivas de pies y manos. **Las neuronas de la región REM-ON también envían axones a las regiones del tálamo implicadas en el control del arousal cortical**, lo cual puede explicar, al menos en parte, la activación EEG que se observa durante el sueño REM. [**Además, envían axones a neuronas glutamatérgicas de la formación reticular medial pontina, y esta, a su vez, envía axones a las neuronas colinérgicas del prosencéfalo basal.** La activación de estas neuronas prosencefálicas origina arousal y desincronización cortical.] [El control de los movimientos oculares rápidos al parecer se consigue mediante proyecciones de neuronas colinérgicas de la región dorsal de la protuberancia al **tectum**.] [En un estudio realizado por Schmidt y cois. (2000) se halló que la lesión del área preóptica lateral en ratas suprimía las erecciones del pene durante el sueño REM, pero no tenía efecto en las erecciones durante la vigilia.] Salas y cois. (2007) encontraron que las erecciones del pene podían inducirse mediante estimulación eléctrica de las neuronas colinérgicas de la protuberancia que se activan durante el sueño REM. Los investigadores señalan que los datos sugieren que estas neuronas pontinas pueden estar conectadas directamente con neuronas del área preóptica lateral y, por lo tanto, ser la causa de las erecciones. Relojes Biológicos **[Ritmos Circadianos y Sincronizadores]** A través del mundo vegetal y animal pueden observarse ritmos diarios **tanto en la conducta como en los procesos fisiológico.**Estos ciclos suelen denominarse ritmos circadianos. **[Por lo tanto, un ritmo circadiano es aquel que tiene un ciclo de aproximadamente 24 horas.]** Algunos de estos ritmos son respuestas pasivas a los cambios de iluminación. Sin embargo, otros están controlados por mecanismos internos del organismo ---los llamados «relojes internos»---. - Ritmo Circadiano: Cambio rítmico diario que se produce en la conducta o en un proceso fisiológico. Un reloj de curso libre, con un **ciclo aproximado de 25 horas**, controla algunas funciones biológicas ---en este caso, el sueño y la vigilia---. Las variaciones diarias regulares del nivel de iluminación (es decir, luz del sol y oscuridad) normalmente tienen el reloj sintonizado con las 24 horas. La luz actúa como un sincronizador (o zeitgeber, término alemán que significa «marcador de tiempo») que sincroniza el ritmo endógeno. Los estudios realizados en muchas especies de animales han demostrado que, si se les mantiene en condiciones de oscuridad constante (o de iluminación débil constante), basta un breve periodo de luz brillante para reajustar su reloj interno, adelantándolo o retrasándolo según el momento en que se produzca el destello de luz. - Sincronizador (Z - eitgeber): Estímulo (habitualmente, la luz del amanecer) que reinicia el reloj biológico que rige los ritmos circadianos. **[El núcleo supraqulasmático]** **FUNCIÓN EN EL CONTROL DE LOS RITMOS CIRCADIANOS** El principal reloj biológico de la rata se localiza en el **núcleo supraquiasmático (NSQ)** del hipotálamo, y encontraron que su lesión altera los ritmos circadianos de actividad desarrollada en la rueda giratoria, ingesta de líquidos y secreción hormonal. **El NSQ también aporta el control básico de la distribución temporal de los ciclos de sueño.** Puesto que la luz es el principal sincronizador de la mayoría de los ciclos de actividad de los mamíferos, cabría esperar que el NSQ recibiera fibras del sistema visual. Y, efectivamente, los estudios anatómicos han puesto de manifiesto que hay fibras que se proyectan directamente desde la retina hasta el NSQ: la **vía retinohipotalámica**. Los fotorreceptores de la retina que aportan información luminosa al NSQ no son los bastones ni los conos ---las células que nos proporcionan la información que utilizamos en la percepción visual---. [La sustancia fotoquímica responsable de estos efectos, a la que llamaron **melanopsina**.A diferencia de otros fotopigmentos retinianos, que se encuentran en los bastones y los conos, **la melanopsina se halla en las células ganglionares** ---las neuronas cuyos axones transmiten información desde los ojos al resto del cerebro---.] Las células ganglionares que contienen melanopsina son sensibles a la luz y sus axones terminan en el NSQ. También terminan en la región del **mesencéfalo** que controla la respuesta de las pupilas a los cambios en el nivel de iluminación. **Al parecer, son las células ganglionares que contienen melanopsina, y no los conos y bastones, las que participan en la respuesta pupilar a la luz.** - Núcleo supraquiasmático (NSQ): Núcleo situado por encima del quiasma óptico. Contiene un reloj biológico cuya función es organizar muchos de los ritmos circadianos del organismo. - Melanopsina: Fotopigmento que se encuentra en las células ganglionares de la retina cuyos axones transmiten información **al SNC, el tálamo y los núcleos olivares pretectales**. ¿Cómo controla el NSQ los ciclos de sueño y vigilia? Los axones eferentes del NSQ responsables de la organización de los ciclos de sueño y vigilia finalizan en la **zona subparaventricular (ZSP)**, una región dorsal al NSQ. La parte ventral de la ZSP proyecta al **núcleo dorsomedial del hipotálamo (DMH),** el cual, a su vez, proyecta a diversas regiones cerebrales, entre las que se incluyen dos que juegan una función decisiva en el control del sueño y la vigilia: el **APOvl** y las **neuronas orexinérgicas del hipotálamo lateral**. **NSQ → ZSP → DMH → OREXINA O NSQ → ZSP → DMH → APvl** Las proyecciones al APOvl son inhibidoras y, por lo tanto, inhiben el sueño; mientras que las proyecciones a las neuronas orexinérgicas son excitadoras y, por lo tanto, favorecen la vigilia. Por supuesto, la actividad de estas conexiones varía a lo largo del ciclo día-noche: en los animales diurnos (como el ser humano), la actividad de estas conexiones es alta durante el día y baja por la Noche. Aunque las conexiones de las neuronas del NSQ con la ZSP desempeñan una función esencial en el control circadiano del sueño y la vigilia, varios experimentos sugieren que **el NSQ puede también controlar estos ritmos segregando sustancias químicas que se difunden a través del líquido extracelular del cerebro.** Los datos científicos indican que la señal química podría ser la **PROCINETICINA 2 (PK2)**, proteína presente en un subgrupo de neuronas del NSQ. Posiblemente, las sustancias químicas segregadas por las células del NSQ afecten a los ritmos de sueño y vigilia al difundirse dentro de la ZSP y unirse con los receptores de las neuronas que allí se localizan. Ciertamente, Hu y cois. (2007) descubrieron que los ratones con una mutación dirigida contra el gen de PK2 presentaban ritmos circadianos alterados. **LA NATURALEZA DEL RELOJ** El NSQ asimismo, ha de contener un mecanismo fisiológico que fraccione el tiempo en unidades. Tras muchos años de estudios, finalmente los investigadores están empezando a descubrir la naturaleza del reloj biológico del NSQ. El mecanismo de tictac del reloj biológico en el interior del NSQ podría implicar interacciones entre circuitos neuronales o podría ser una propiedad intrínseca de las propias neuronas individuales. Los datos indican esto último: que **[cada neurona contiene un reloj.]** Varios estudios han logrado mantener vivas a neuronas individuales del NSQ en un medio de cultivo ¿Qué es lo que produce el mecanismo de tictac intracelular? Durante muchos años, los investigadores han pensado que los ritmos circadianos se debían a la acción de una proteína que, al alcanzar cierto nivel en la célula, inhibía su propia producción. Como resultado, los niveles de la proteína empezarían a descender, lo que suprimiría la inhibición, y el ciclo de producción se iniciaría de nuevo. **El sistema implica al menos SIETE GENES y sus proteínas, y DOS BUCLES de retroalimentación ligados.** Cuando una de las proteínas producida por el primer bucle alcanza un nivel suficiente, comienza la actividad del segundo, lo que finalmente inhibe la producción de proteínas en el primer bucle y el ciclo comienza de nuevo. **Así, el tictac intracelular está regulado por el tiempo que lleva producir y degradar un conjunto de proteínas.** En el estudio de Toh y cois. (2001) se observó que una mutación del cromosoma 2 de un gen de una de las proteínas implicadas en los bucles de retroalimentación mencionados antes en este subapartado (per2) es lo que causa el síndrome de avance de fase del sueño. Este síndrome provoca un avance de 4 horas en los ritmos de sueño y de temperatura corporal. **Parece ser que la mutación cambia la relación entre el sincronizador (luz matutina) y la fase del reloj circadiano que opera en las células del NSQ.** El síndrome de retraso de fase del sueño, puede deberse a una mutación del gen per3, localizado en el cromosoma 1. En este síndrome se da un retraso de 4 horas en el ritmo de sueño-vigilia. Las personas que lo padecen, por lo general, no pueden quedarse dormidas antes de las 2.00 de la madrugada y tienen dificultades para despertarse antes de media mañana. - Síndrome de avance de fase del sueño: **Avance de 4 horas de los ritmos de sueño y temperatura corporal**, al parecer debido a la mutación de un **gen (per2)** implicado en controlar la actividad rítmica de las neuronas del NSQ. Cromosoma 3 - Síndrome de retraso de fase del sueño: **Retraso de 4 horas de los ritmos de sueño** y temperatura corporal, posiblemente debido a la mutación de un **gen (per3)** implicado en controlar la actividad rítmica de las neuronas del NSQ. Cromosoma 1 **[Control de los ritmos estacionales: la glándula pineal y la melatonina]** Aunque el NSQ tiene un ritmo intrínseco de aproximadamente 24 horas, interviene en ritmos mucho más largos (se podría decir que actúa como un **[calendario biológico]** además de como un reloj biológico). Es posible que las lesiones altere estos ciclos anuales debido a que destruyen el reloj de 24 horas mediante el cual se mide el período de luz diario para determinar la estación del año. Esto es, si el periodo de luz es considerablemente más corto de 12 horas, es invierno; si es considerablemente más largo de 12 horas, es verano. En el control de los **ritmos estacionales** participa otra parte del cerebro: la **glándula pineal**. Esta estructura se sitúa por encima del mesencéfalo, delante del cerebelo. La glándula pineal segrega una hormona, llamada **melatonina** porque en algunos animales , puede oscurecer transitoriamente la piel (la coloración oscura se debe a una sustancia química llamada melanina). **En mamíferos, la melatonina controla los ritmos estacionales.** **Las neuronas del NSQ establecen conexiones sinápticas con neuronas del núcleo paraventricular del hipotálamo (el NPV)**, **y los axones de estas neuronas recorren todo el trayecto hasta la médula espinal, donde forman sinapsis con neuronas preganglionares del sistema nervioso simpático. Las neuronas posganglionares inervan la glándula pineal y controla la secreción de melatonina.** **EN RESPUESTA A LAS AFERENCIAS DEL NSQ, LA GLÁNDULA PINEAL SEGREGA MELATONINA DURANTE LA NOCHE.** Esta melatonina actúa retroactivamente sobre varias estructuras del cerebro (incluido el NSQ, cuyas células contiene receptores de melatonina) y **controla hormonas, procesos fisiológicos y conductas que presentan variaciones estacionales.** **Las lesiones que afectan al NSQ, al NPV o a la glándula pineal alteran los ritmos estacionales que están controlados por la duración del día** (lo mismo que hace un corte hecho con un bisturí que interrumpe las conexiones neurales entre el NSQ y el NPV, lo cual indica que esta es una función del NSQ, mediada por sus conexiones neurales con otra estructura). Además, aunque los trasplantes de núcleos supraquiasmáticos fetales pueden restaurar los ritmos circadianos en animales con lesiones en el NSQ no restauran los ritmos estacionales, ya que el tejido trasplantado no establece conexiones neurales con el NPV. **[Cambios en los ritmos circadianos: cambio de turno de trabajo y desfase horario]** Cuando la persona cambia bruscamente su ritmo diario de actividad, sus ritmos circadianos internos, controlados por el NSQ se desincronizan de los de su medio ambiente. Esta discrepancia entre los ritmos internos y la señales ambientales provoca alteraciones del sueño cambios del estado de ánimo, y perjudica su capacidad de actuar adecuadamente durante las horas de vigilia. Problemas como las úlceras, la depresión y los accidentes relacionados con la somnolencia son más frecuentes en quienes tienen horarios laborales que cambian a menudo. El **desfase horario (jet-lag)** es un fenómeno transitorio: al cabo de varios días, a las personas que han cruzado, varios husos horarios les resulta más fácil dormirse en el momento adecuado y su nivel de alerta durante el día mejora. Por el contrario, el cambio de turno de trabajo puede ser un problema persistente cuando la persona tiene que hacerlo con frecuencia. Obviamente, la solución, al desfase horario y a los problemas que origina el trabajo a turnos rotatorios es conseguir que el reloj interno se sincronice con las señales ambientales lo más pronto posible. El modo más obvio de empezar a hacerlo es proporcionar fuertes sincronizadores en el momento adecuado. En efecto, si se expone a alguien a una luz intensa antes de que el ritmo circadiano de temperatura corporal esté en su punto más bajo (lo cual ocurre 1 o 2 horas antes del momento habitual del despertar), su ritmo circadiano se retrasa; y si la exposición a la luz intensa tiene lugar después del punto más bajo, el ritmo circadiano se adelanta. Como se ha expuesto, la melatonina se segrega durante la noche, que, para los mamíferos diurnos como somos nosotros, es el periodo durante el que se duerme. Pero, aunque en nuestra especie no existen ritmos estacionales pronunciados, el ritmo diario de secreción de melatonina persiste. Así pues, la melatonina ha de tener otras funciones aparte de la de regular los ritmos estacionales. **Hay estudios en los que se ha encontrado que la melatonina, al actuar sobre receptores del NSQ, puede afectar a la sensibilidad de sus neuronas a los sincronizadores y puede alterar por sí misma los ritmos circadianos**. La secreción de melatonina suele alcanzar su nivel más alto al principio de la noche, hacia la hora de acostarse.