RITMOS BIOLÓGICOS

CRONOBIONOGIA: disciplina que estuda os ritmos biológicos Circadianos: vigília-sono (periodicidade em torno de 24h) Ultradianos: batimento cardíaco (periodicidade < 24h) Infradianos : ciclo menstrual, ciclo das marés (periodicidade > 24h) Marcapassos: osciladores primários, que exibem ritmicidade geneticamente determinada, auto-sustentada, endógena, mesmo na ausência de pistas temporais externas (= relógio biológico). EX: pessoas mantidas em cavernas por períodos de várias semanas ou meses continuam dormindo e acordando com uma periodicidade de aproximadamente 25h! http://www.crono.icb.usp.br/

Natureza rítmica dos processos biológicos A cigana adormecida". Henri Rousseau

Relógio ambiental =temporizador externo A privação de temporizadores externos (ritmo claro-escuro) não abole e nem desorganiza o ciclo vigília-sono, ainda que fique um pouco defasado.

Duração do fotoperíodo ZEITGEBERS Vias aferentes Vias eferentes Ritmos Biológicos Temporizador externo Claro-escuro Duração do fotoperíodo Temporizador interno Relógio biológico SNC Relógio Biológico Trato retino-hipotalâmico Núcleo-supraquiasmático (HIPOTÁLAMO) Outras áreas do SNC Órgãos efetuadores Ritmos circadianos Órgão fotossensível Glândula Pineal Ritmos Infradianos

Mecanismos neurais da ritmicidade Núcleo supraquiasmatico (NSQ) : Relógio biológico AFERÊNCIAS Retina (Trato retino-hipotalamico) EFERÊNCIAS Outros núcleos do hipotálamo Tálamo O NSQ cicla mesmo quando as conexões neurais são eliminadas ou quando os núcleos são mantidos em cultura e possui um ritmo próprio. Porem pode se sincronizar aos ritmos ambientais externos como as oscilações fotoperiodicas.

Lesão no NSQ: abole o ciclo vigília-sono e vários outros ritmos

GÂNGLIO CERVICAL SUPERIOR EPITÁLAMO Glândula pineal (epífise): sintetiza e libera a melatonina; associado a regulação dos ritmos ultradianos GÂNGLIO CERVICAL SUPERIOR (neurônio pós-ganglionar) RETINA Trato retinohipotlamico HIPOTÁLAMO NSQ  N. paraventricular MEDULA TORACICA Coluna intermédio lateral (neurônio pre-ganglionar)

Liberação do SNA simpático RETINA + HIPOTÁLAMO NSQ - N. paraventricular + pré-ganglionar SNA simpático pós-ganglionar Liberação do SNA simpático Melatonina Gl. pineal EPITÁLAMO Diminuição da luz INDUÇÃO DE SONO Durante o dia, a retina estimula o NSQ cujos neurônios são inibitórios. Como conseqüência, os neurônios do núcleo paraventricular deixam de estimular os neurônios pré-ganglionares simpáticos da medula e a produção de melatonina é baixa durante o dia (ou quando o fotoperiodo é longo). Quando anoitece (pouca luz) acontece o contrário: a concentração de melatonina aumenta e ajuda a induzir o sono. Dessa forma, o ritmo circadiano integra-se ao ritmo circanual.

Durante o sono há estimulação para o aumento de GH RETINA HIPOTÁLAMO N. paraventricular NSQ + - Diminuição do efeito inibitório do NSQ Liberação da atividade de núcleos hipotalâmicos neuroendócrinos. + Adeno-hipófise + GH

Ciclo vigília-sono Por que dormimos? O que é sono? - Não sabemos direito mas a sua privação causa muitos transtornos. O que é sono? - Perda reversível do estado de consciência - Estado de limiar reduzido aos estímulos ambientais, postura estereotipada (deitado e de olhos fechados) e período de reduzida atividade motora - Experiências oníricas = sonho Caracterizando o sono (polissonografia) 1) Comportamento 2) Atividade cerebral (Eletroencefalograma – EEG) 3) Atividade muscular (Eletromiograma – EMG) 4) Movimentos oculares (eletro-oculograma – EOG) 5) Atividades viscerais (FC, Pa, FR, etc) Não dormir ou dormir mal: dificuldades para realizar atividades cognitivas Instituto do Sono http://www.sono.org.br/

DISTÚRBIOS DO SONO Insônia: dificuldade de iniciar o sono, mantê-lo continuamente durante a noite ou o despertar antes do horário desejado. Depende de fatores predisponentes (ansiedade) e precipitantes (estresse). Sintomas de quem dorme mal: sonolência diurna exagerada!! Alem disso, alterações do humor e as alterações de memória e capacidades mentais (cognitivas), como aprendizado, raciocínio e pensamento. Apnéia obstrutiva do sono (5% da população geral): parada da respiração, que dura em média 20 segundos, facilitando problemas cardíacos. Ronco é o indicador. Síndrome das pernas inquietas (7% da população): sensação desagradável nas pernas, profunda, nos ossos às vezes, como se fosse uma coceira ou friagem, choque, formigamento, e eventualmente dor. Evoca uma sensação de angústia e imensa necessidade de mover as pernas, ou ainda massageá-las, alongá-las ou mesmo espancá-las em algumas situações. A pessoa não consegue iniciar o sono. Doença do Sono Narcolepsia

Vários sistemas corticais em funcionamento VIGILIA Vários sistemas corticais em funcionamento

SONO Todos os sistemas são desligados simultaneamente; perda temporária de consciência

Coma Euforia Vigília Epilepsia Sono Nosso melhor desempenho ocorre quando há um equilíbrio entre excitação e inibição do córtex 100% Nível máximo de atenção Desempenho Comportamental Sono Vigília Epilepsia Coma Euforia Nível de atividade cortical

VIGILIA Nível da atenção Atenção Estado Consciente VIGILIA: estado no qual respondemos facilmente aos estímulos sensoriais; a função cortical é operante (percepção, planejamento de movimentos voluntários, raciocínio, aprendizagem usando memória explicita, sentimento, etc.)

SONO P R O F U N Fases do sono D I A E Estado Inconsciente SONO: estado de consciência complementar ao de vigília durante o qual nos proporciona repouso reparador; há suspensão temporária da atividade perceptivo-sensorial e motora voluntária.

Deus da escuridão subterrânea Deusa das trevas Noite Erebo Morte Thanatos Hipnos Sono Morfeu Sonhos Morte cerebral - Todo o cérebro, incluindo o tronco cerebral, perde irreversivelmente todas as suas funções. Mesmo em coma, o paciente é considerado legalmente vivo. Hipnos e Thanatos (deus da morte): irmãos gêmeos Leitura par reflexão http://www.unifesp.br/dneuro/mortencefalica.htm

CONSCIÊNCIA: capacidade de reconhecimento da realidade externa e interna e a capacidade de responder aos estímulos: é o grau de vigília que se encontra uma pessoa. ALTERAÇÕES DO ESTADO DE CONSCIÊNCIA Coma: estado em que não é possível despertar uma pessoa mesmo com fortes estímulos. Estupor: estado em que apenas estímulos externos vigorosos e diretos são capazes de despertar o paciente. Confusão/Obnubilação: compreensão inadequada das impressões exteriores, com perplexidade e prejuízos de atenção e orientação; é estar "sonolento". Hiperalerta: estado de hiperatividade autonômica e respostas exageradas (causadas por uso de drogas (anfetaminas, cocaína), abstinência (benzodiazepínicos), ou estresse pós-traumático.

Quando dormimos somos “desligados” de uma vez Quando dormimos somos “desligados” de uma vez. E quando acordamos também. Haverá um sistema geral atenuador/ativador do córtex? Características dos neurônios de modulação difusa - Origem no tronco encefálico; - Cada neurônio influencia uma grande quantidade de células pós-sinápticas em diferentes regiões do SNC - Os NT são liberados no fluido extracelular ao invés de numa fenda sináptica; - Os receptores dos NT são metabotrópicos - A velocidade de transmissão nervosa é muito baixa. Sim. Possuímos um sistema de modulação (atenuador/ativador) que regula o nosso estado de consciência

SARA Cerebelo Impulsos visuais FORMAÇÃO Tronco RETICULAR Encefálico Formação reticular: rede difusa de neurônios com projeção ascendente e descendente. Recebe todas as aferências sensoriais do corpo. O SARA promove a ativação cortical e é responsável pela atenção dirigida. Cerebelo Impulsos visuais FORMAÇÃO RETICULAR Tronco Encefálico Impulsos auditivos Medula Vias ascendentes Vias descendentes

O SISTEMA DE MODULAÇÃO CEREBRAL Mod. cardiovascular e endócrina Mod. excitabilidade cortical e subcortical; Reg. ciclo vigília-sono Controle do tônus muscular Regulação do SNA simpático Modulação nociceptiva Modulação da excitabilidade cortical e subcortical

O SISTEMA DE MODULAÇÃO CEREBRAL Coordenação motora Modulação emocional e comportamento motivado. Cont. neuroendocrino e regulação do SNA simpático Modulação da adaptação retiniana Modulação da atividade cortical e da memória Manutenção da vigília, iniciação do sono paradoxal.

ELETROENCEFALOGRAFIA (EEG): registro das atividades elétricas cerebrais O EEG capta a atividade elétrica cerebral resultante de populações de neurônios corticais em função do tempo.

O EEG é analisado conforme a freqüência e a amplitude das ondas FREQUENCIA - no. de ondas na unidade de tempo (ritmo) AMPLITUDE - tamanho da onda Eletrodo superficial EEG rápido: as células corticais estão em ritmo dessincronizado EEG lento: as células corticais estão em ritmo sincronizado; Córtex cerebral

Durante a vigília o EEG apresenta ritmos de ondas dessincronizadas e bastante rápidas. Rítmo : Ondas de amplitude mais baixa de maior freqüência (14Hz). Acordado e atento. Ritmo : Ondas de baixa amplitude e freqüência entre 8-13Hz. Acordado e relaxado. Quando começamos adormecer os rimos EEG alteram-se profundamente, apresentando 4 estágios distintos. Acordado de olhos fechados Olhos abertos

VIGILIA: Predominam as ondas b ESTÁGIO 1 (5 min) Predominam as ondas ; Responde a perguntas mas não se lembra do que disse ou ouviu; quando estimulado, desperta com sobressalto ESTÁGIO 2 (10 a 20min) Surgem os fusos e os complexos K ESTÁGIO 3: Fusos interrompidos por ondas d ESTÁGIO 4: Sono profundo Predominam as ondas δ; redução do tônus cervical (Ambos somam 20 a 40 min) SONO REM (5 a 15 min) Sono com sonhos O EEG e o EOG se assemelham da vigília

Tipos e estágios do Sono O sono tem dois estados: SONO NÃO-REM (N-REM) SONO REM (REM) O sono N-REM apresenta 4 estágios, durante os quais as ondas se tornam cada vez mais lentas e aumentam de amplitude. O EEG torna-se sincronizado e a profundidade do sono aumenta. O sono REM é o sono onde EEG fica dessicronizado e ocorre movimentos rápidos dos olhos (rapid eyes movements). Por isso é chamado de sono paradoxal.

Intervalo de alternância entre dois sonos: em torno de 90min Numa noite de sono (8horas), passamos por ciclos que se repetem umas 5 vezes. Entre a fase IV e a I ocorre o sono REM. A medida que o sono chega ao fim, a profundidade diminui e a duração do sono REM aumenta. Intervalo de alternância entre dois sonos: em torno de 90min

Duração de um ciclo de sono Sono Não-REM I: 5 minutos II: 10 a 20 minutos III e IV: 20 a 40 minutos Sono REM 5 a 15 minutos

Além das alterações cíclicas do EEG ocorrem oscilações viscerais e somáticas, particularmente durante os episódios de sono REM. Aumento dos movimentos oculares Atonia muscular Aumento da freqüência cardíaca Aumento na freqüência respiratória Ereção peniana

A arquitetura do sono varia entre as pessoas e com a idade

MECANISMOS NEURAIS DO SONO

Ao despertar as ondas cerebrais se tornam rápidas Ativação cortical Percepção sensorial, integração sensório-motora, orientação

EVIDÊNCIA DE QUE O TRONCO ENCEFALICO É RESPOSAVEL PELO NOSSO ESTADO DE CONCIENCIA Animal dormindo: estimulação do SARA  desperta  EEG dessincroniza Animal acordado: estimulação do tálamo  dorme  EEG sincroniza

O tálamo Radiação talâmica Caudado

EEG NEURÔNIOS TALÂMICOS 2 1 comportam-se de duas maneiras: 1. VIGÍLIA - altamente excitáveis (Glu) - modo de transmissão continuo - EEG: ondas dessincronizadas 2. SONO - inexcitáveis (GABA) mas os canais de Ca++ sensíveis à hiperpolarizaçâo se abrem - modo em salvas de PA - EEG: ondas sincronizadas 1

Neurônios talamo-corticais V I G I L I A Córtex os neurônios corticais estão em franca atividade arrítmica; EEG desssincronizado Neurônios talamo-corticais + Glu A estimulação glutamatérgica nos neurônios talâmicos geram PA em modo continuo, conforme a atividade da via aferente. Vias aferentes

Neurônios talamo-corticais Córtex SONO DE ONDAS LENTAS Os neurônios corticais passam a exibir ritmos sincronizadas. EEG sincronizado Neurônios talamo-corticais - GABA A estimulação gabaergica do núcleo reticular do tálamo causa salvas de PA do neurônio talâmico. Núcleo reticular do tálamo

A atividade talâmica é regulada pelo sistema de modulação difuso Neurônios talamo-corticais Salvas de PA N. reticular GABA FOR ACh SONO EEG de ondas lentas Neurônios colinérgicos do sistema de modulação difuso ? Vias aferentes Glu Modo de Transmissão continuo VIGÍLIA EEG de ondas rápidas His Hipotálamo posterior Hipotálamo anterior GABA

O que causa o sono REM? Atividades do núcleo da formação reticular pontina (N. reticular pontino oral e caudal) pois sua destruição abole o sono REM e estão em atividade durante o sono REM Dispara em salvas e quando isso acontece os núcleos tálamo-corticais disparam em modo de transmissão dessincronizando o EEG (ondas PGO ou ponto-geniculo-occipitais). São controladas por aferências colinérgicas e aminérgicas (5-HT e Dopamina) que se silenciam durante os estágios do sono. No sono REM predomina um clima colinergico. Os neurônios colinergicos pontinos causam forte inibição dos neurônios motores somáticas causando intensa atonia

Mecanismos neurais do Sono REM Núcleo reticular pontino ACh REM On Tálamo Córtex Cerebral PA em salvas Modo de transmissão Sono REM EEG de ondas rápidas Lócus ceruleus (Nor) REM off Núcleos da Rafe (5HT) Ach Nor 5HT REM

Os neurônios histaminérgicos do HIPOTALAMO POSTERIOR VIGÍLIA EEG de ondas rápidas CÓRTEX CEREBRAL + Modo de Transmissão continuo Tálamo Glu Vias aferentes sensoriais Hipotálamo anterior GABA A atividade GABAergica do HA inibe o HP e induz o sono HIS Coma permanente Sincronização do EEG Hipotálamo posterior Drogas anti-histamínicas causam sonolência

Normal, a ponte inibe o trato reticulo espinhal (não mostrado aqui), causando uma paralisia funcional (atonia) e temporária dos músculos esqueléticos. Lesão ou tumor: rompimento das conexões inibitórias para a medula.

Como despertamos? Estimulação das vias sensoriais aferentes com maior intensidade, ativando o SARA e dessincronizado o córtex Atividade aumentada do locus ceruleus durante a transição sono REM e a vigília, dessincronizando ainda mais o EEG. Garfield, acordou irritado destruindo a fonte de estimulação externa ativadora do SARA e do córtex...

Ocorre com freqüência durante o sono paradoxal Cesar Timo-Iaria SONHO é uma experiência consciente enquanto dormimos. A matéria-prima dos sonhos é, evidentemente, informação memorizada no sistema nervoso. Ocorre com freqüência durante o sono paradoxal Cesar Timo-Iaria INSONIA “ ...sintoma que pode ser definido como dificuldade em iniciar ou manter o sono, presença de sono não reparador, ou seja, insuficiente para manter uma boa qualidade de alerta e estado físico e mental durante o dia e com o comprometimento conseqüente das atividades diurnas.” Consenso de Insônia http://www.sbsono.com.br/hypnos/IConsensodeInsonia.pdf