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Os Ritmos do Encéfalo
Profa. Dra. Eliane ComoliDepartamento de Fisiologia da FMRP
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1) Rítmos de EEG e Geração de rítmos sincronizados;
2) Sono e nível de atenção;
3) Ciclo e fases do Sono: Sono não-Rem e sono REM;
4) O que regula o sono e a vigília?
Processo homeostático e processo circadiano;
5) Mecanismos neurais do sono;
6) SARA e Sistemas neuromoduladores difusos: acetilcolina, noradrenalina,
serotonina, histamina, hipocretina, dopamina, histamina, glutamato;
7) Área promotora do sono e GABA;
8) Fator molecular promotor do sono: adenosina;
9) O que causa o sono REM?
10) Como despertamos?
11) Distúrbios do Sono: Insônia, Hipersônia e Parassônias.
ROTEIRO DE AULA TEÓRICA:
Rítmos Biológicos: Regulação do ciclo Sono-Vigília
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Primeiro EEG registrado por Hans Berger, aproximadamente em 1928.Hans Berger,
psiquiatra alemão
Em 1929, Hans Berger (Jena), anunciou que:
1) atividade elétrica encefálica modificava-se de com o estado funcional do cérebro, tais como no sono, na anestesia, na hipóxia e
em certas doenças nervosas, como na epilepsia.
2) era possível registrar as fracas correntes elétricas geradas no cérebro humano, sem abrir o crânio, e mostrá-las na forma de um registro em papel.
Berger denominou a esta nova forma de registro fisiológico de eletroencefalograma (ou EEG).
Foram descobertas revolucionárias. Berger acabou sendo o fundador de um ramo inteiramente novo e muito importante da ciência médica, a neurofisiologia clínica.
Encefalograma Humano
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O registro eletroencefalográfico é realizado através de eletrodos afixados com
um gel condutor de eletricidade à pele. Um amplificador eletrônico aumenta a
amplitude do sinal elétrico que é gerado pelo cérebro e pode ser captado.
O galvanômetro, que tem uma pena inscritora presa ao seu ponteiro, escreve
sobre a superf'ície de uma tira de papel, que se desloca a velocidade constante. O
resultado é a inscrição de uma onda tortuosa.
Um par de eletrodos constitui um canal de EEG.
Os aparelhos modernos permitem o registro simultâneo de muitos canais, em
paralelo. Este é chamado de registro multicanal do EEG.
Registro Encefalográfico
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Registro eletroencefálicoO EEG mede a diferença de correntes que fluem
durante a excitação sináptica dos dendritos de muitos
neurônios piramidais no córtex cerebral.
São necessários milhares de
neurônios subjacentes ativados em
conjunto para gerar um sinal de EEG.
A amplitude do sinal do EEG
depende de quão sincrônica é a
atividade dos neurônios subjacentes.
Liberação de GLU, abertura de canais catiônicos; influxo de corrente +; negatividade no líquido extracelular; difusão da corrente das proximidades do soma; fluido torna-se levemente -
Neurociências-Desvendando o sistema nervoso, M.F. Bear, B.W. Connors & M.A. Paradiso
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Atividade sincrônica e Atividade Irregular
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Geração de Ritmos SincronizadosAs oscilações sincronizadas podem ser geradas de duas maneiras:
A) Neurônios podem receber informação de um
marcapasso.
B) Neurônios podem compartilhar ou distribuir a função de marcador de tempo entre si, excitando ou inibindo um ao outro (mecanismo coletivo).
No encéfalo de mamíferos, a atividade rítmica sincrônica é coordenada por combinação de marcapasso e método coletivo.
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Ritmos do EEG
Ritmos rápidos,Córtex AtivadoNeurônios dessincronizados
Estados de vigília, em repouso
Estados de sono
Ritmos muito lentos,Grande amplitude,Indica sono profundoAlta sincronia dos neurônios
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Sono... é um estado facilmente reversível de reduzida
responsividade e interação com o meio ambiente.
O sono é universal e altamente conservado em animais desde as moscas de frutas até humanos.
A privação do sono é devastadora para um funcionamento adequado do organismo, sendo essencial para a vida.
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De
sem
pen
ho
Co
mp
ort
ame
nta
l
Nível de atividade cortical
100%
EuforiaComa
Sono Vigília
Nível máximo de atenção
Nível de Atenção
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Porque dormimos Para que propósito serve o sono
Conservação de energia: reposição de estoques/suprimento
energético do encéfalo, os quais diminuem durante as horas de vigília.
Sobrevivência: falta de sono leva à prejuízos de memória,
redução de capacidades cognitivas; alteração de humor, e até alucinações se persistir; isolamento e proteção de predadores.
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Média de horas dormidas por dia para sentirmos descansados e revigorados ao acordar.
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Evolução do sono ao longo dos anos do indivíduo
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O ciclo Sono-Vigília
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Fases do SonoEstágios NREM e REM
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Estados do SonoSono REM e NREM
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O Sono tem fases distintas:
O sono REM (rapid eyes movements): *EEG se parece mais com o do estado acordado do que dormindo;
* corpo imobilizado (atonia) exceto músculos dos olhos,respiração e coração;
* evocações de ilusões detalhadas e vívidas chamadas sonhos;* sono paradoxal (consumo de O2 é mais elevado que quando acordado);
* sistema de controle dominados pelo simpático.
O sono não-REM ou sono de ondas lentas: * tensão muscular reduzida em todo o corpo;
* movimento do corpo para ajustes de posição corporal;* oscilação em sincronia dos neurônios corticais;
* aferências sensoriais não alcançam o córtex;* sistema de controle dominados
pelo parassimpático.
EEG estado de Alerta
EEG sono profundo (não-REM)
EEG sono REM
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Dessincronizado (ritmo β) → baixa voltagem e alta freqüência
Sono sincronizado (ritmo α) →maior voltg e menor frequência
Ritmo Teta (θ)
(ritmo /delta, profundo) →alta voltagem e baixa freqüência
Sono Paradoxal ou REM →(rapid eye movement)
rítmo dessincronizado
Eletroencefalograma da transição da vigília para o sono de ondas lentas e paradoxal
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Ciclo do Sono
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Registros de EEG na primeira hora do sono01 ciclo de sono leva 70-90 min
ritmo ultradiano
O ciclo do Sono
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Mudanças fisiológicas duranteestágios do sono
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Episódios de Sono no Jovem e Adulto
Adulto: Desperta mais vezes, não chega a estágios de sono mais profundos do sono de ondas lentas;menos episódios de sono REM.
Jovem: vários episódios de sonoREM alternados com estágiosde sono de ondas lentas, e momentos de vigília
vermelho= sono paradoxallaranja = vigília
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O que regula o sono e a vigília ?
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Modelo de dois processos de regulação do sono.Processo Homeostático de regulação do sono se acumulando ao longo do dia e sendo dissipado durante o sono (cinza). Sol e lua formam a curva que representa o Processo Circadiano de regulação do sono. Em Vermelho outra curva representando a propensão ao sono consequente da ação dos dois processos.
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Mecanismos neurais do sono
Na década de 40 acreditava-se que o sono era um mecanismo passivo:
prevenção do encéfalo de aferências sensoriais.
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Frédéric Bremer (1930)
Sinais sensoriais são importantes para manutenção da vigília
Horace Magoun e Giuseppe Moruzzi (1949)Animal dormindo: estimulação do SARA desperta EEG dessicronizado
Walter HessAnimal acordado: estimulação do tálamo dorme EEG sincronizado
Interação entre o Tálamo e o Córtex
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Mecanismos neurais do sono
Hoje sabe-se que o sono é um processo ativo que requer a
participação de uma variedade de regiões encefálicas:
*Modo de operação dos núcleos relés talâmicos:
tonicamente ativos (+) ou em estado oscilatório;
* Sistemas de neurotransmissores modulatórios;
* Modulação inibitória dos motoneurônios medulares
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Núcleos relés talâmicos
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Registro de células talâmicas:
Canais iônicos dependentes de
voltagem permitem geração
de padrão de descarga rítmicas
altamente sustentáveis na ausência
de aferência ativadora.
Potenciais de ação são gerados quando as células
talamocorticais estão suficientemente
hiperpolarizadas para ativar canais de Ca+2 de
baixo limiar
Atividade marcapasso dos neurônios talâmicos.
fase oscilatória fase tonicamente ativa
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EEG
Registro intracelular de neurônios talâmicos
Estado de Vigília Sono
Modo tonicamente ativo Modo oscilatório(sincronia com o córtex)
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A estimulação
glutamatérgica nos
neurônios talâmicos geram
PA em modo continuo,
conforme a atividade da
via aferente.
Os neurônios corticais
estão em franca atividade
arrítmica; EEG
dessincronizado
Córtex
Glu +
Vias aferentes
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Tálamo: núcleos relés corticais e núcleo
reticular do tálamo
O núcleo reticular controla o modo de operação dos núcleos relés talâmicos, inibido na vigília.
Subgrupo colinérgico aumenta a frequência de disparo dos neurônios do núcleo reticular do tálamo.
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Modo oscilatório pode ser acionado por projeções colinérgicas
do prosencéalo sob a atividade dos neurônios no n.reticular
talâmico que hiperpolarizam os neurônios talâmicos (GABA).
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A estimulação
gabaergica do núcleo
reticular do tálamo
causam salvas de PA.
Os neurônios corticais passam
a exibir ritmos sincronizadas.
EEG sincronizado
NGL
Córtex
Gaba -
Núcleo reticular
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Sistemas Moduladores do Ciclo Sono-Vigília:
Coletivamente fazem sinápse diretamente em todo o tálamo,
córtex cerebral e outras regiões do encéfalo.
Efeitos gerais são a despolarização de neurônios, um aumento
da sua excitabilidade.
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Características dos neurônios
Origem no tronco encefálico;
Cada neurônio influencia uma grande
quantidade de células pós-sinápticas em
diferentes regiões do SNC;
Aumentam a excitabilidade;
Inibem ativamente os neurônios
espinhais, previnindo a atividade motora
descendente.
Ritmicidade (frequência constante).
Sistema de Modulação Difuso
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Impulsos
visuais
FORMAÇÃO
RETICULAR
Sistema Ativador Reticular Ascendente - SARA
Cerebelo
Vias descendentes
Medula
Impulsos auditivos
Vias ascendentes
Tronco
Encefálico
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Sistema de Modulação Difuso
Antagonistas colinérgicos diminuem os sinais de ativação cortical e agonistaaumenta esses sinais (Vanderwolf, 1992).
Estimulação de neurônios localizados na ponte e prosencéfalo basal, induzem a ativação e dessincronização cortical (Jones, 1990; Steriade, 1996).
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Redução na frequência de disparo antes e durante o sono e aumento abrupto quando o animal acorda. (Aston-Jones e Bloom, 1981)
Ativação dos neurônios do Locus Coeruleus aumenta a vigilância. (Aston-Jones et al., 1994)
Sistema de Modulação Difuso
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A frequência de disparo de potencias diminui durante o sono de ondas lentas e quase zero durante o sono REM. (Trulson e Jacobs, 1979)
Sistema de Modulação Difuso
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Sistema de Modulação Difuso
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Projeções Glutamatérgicas
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Vias aferentes sensoriais
Glu
Modo de Transmissão continuo
VIGÍLIA EEG de ondas rápidas
Relé talâmico
TÁLAMO
CÓRTEX
CEREBRAL
Salvas
de PA
N. reticularGABA
ACH
ACh
SONO EEG de ondas lentas
A atividade talâmica é regulada pelo sistema de modulação difuso
SARA
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Hipotálamo Anterior – Grupo GabaérgicoHipotálamo Posterior – Grupo Histaminérgico
Lesões na Área pré-óptica ventrolateral (POVL) produz insônia. Nauta, 1946.
Estudos eletrofisiológicos demonstrou ativação de neurônios localizados no POVL durante o sono. Szymusiak etal.,1998.
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Sistema de Modulação Difuso
Sistema da Histamina
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Tálamo Vias aferentes sensoriais
Glu
Modo de Transmissão continuo
VIGÍLIA EEG de ondas rápidas
CÓRTEX
CEREBRAL
Hipotálamo
posterior
HIS
+
Neurônios histaminérgicos do hipotálamo posterior e GABAérgicos do hipotâlamo anterior
Hipotálamo
anteriorGABA
A atividade GABAergica
do HA inibe o HP e induz
o sono Drogas anti-histamínicas causam sonolência
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Estado de Vigília
VigíliaHipocretinas
Noradrenalina
Serotonina
Histamina
Acetilcolina
Dopamina
GABA
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Hipotálamo Anterior – Grupo GabaérgicoÁrea Pré-Óptica Ventrolateral – área promotora do sono
SonoNREMGABA
Hipocretinas
Noradrenalina
Serotonina
Histamina
Acetilcolina
Dopamina
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Área Pré-Óptica Ventrolateral – Área Promotora do Sono
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Hipotálamo Anterior – Grupo GabaérgicoÁrea Pré-óptica ventrolateral
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Fator promotor do sono - Adenosina
Recente candidato é a adenosina, que atua como um neuromodulador nas
sinápses por todo encéfalo.
A atividade neural no encéfalo acordado adenosina.
adenosina progressivo, supressão dos sistemas que modulam a vigília,
probabilidade o encéfalo entrar em atividade sincrônica de ondas lentas,
características do sono.
No sono, adenosina e a atividade nos sistemas modulatórios
gradativamente até acordarmos.
Hipótese de abordagem molecular: a adenosina seria um sinal para
restauração do encéfalo, devido a à depleção do glicogênio encontrado nos
astrócitos e usado como fonte de energia pelos neurônios durante a vigília.
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Adenosina como Neuromodulador do SonoReceptores purinérgicos A1 (inibitório) e A2(facilitatório)
Adenosina extracelular no prosencéfalo basal (n.colinérgicos) desempenhariam um papel na avaliação da necessidade homeostática do sono.
Ação via receptor A2 no VLPO. Adenosina fornece um índice do estado energético celular.
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Área Pré-Óptica Ventrolateral – área promotora do sono
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O que causa o sono REM??????
Atividades do núcleo da formação
reticular pontina (n. reticular pontino)
durante o sono REM; sua destruição
abole o sono REM.
Ondas espontâneas de disparo colocam
os núcleos tálamo-corticais em modo de
transmissão dessincronizando o EEG
(ondas PGO - pontino-genículo-occipitais).
No sono REM predomina um clima
colinérgico.
Ondas
PGO
Os neurônios pontinos causam forte inibição
dos neurônios motores somáticas causando intensa atonia.
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Esse mesmo sistema inibe ativamente
os neurônios motores espinhais, previnindo a
atividade motora descendente de se
expressar como movimento real (mecanismo adaptativo de proteção).
Atonia muscular durante sono REM
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Como despertamos?
Estimulação das vias
sensoriais aferentes com
maior intensidade, ativando
o SARA e os sistemas
moduladores;
Atividade aumentada do
locus ceruleus durante a
transição sono REM e a
vigília, dessincronizando
ainda mais o EEG.
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Efeito da luz na Área Pré-Óptica Ventrolateral – área promotora do sono
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Ao despertar as ondas cerebrais se tornam rápidas
1) Ativação cortical
2) Percepção sensorial, integração sensório-motora, orientação
Como despertamos???
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Distúrbios do Sono
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Insôniasintoma que dificultam o início ou manutenção do sono.
Desbalanço nos sistemas colinérgico, serotoninérgico e noradrenérgico; Fatores emocionais, preocupações do dia-a-dia, etc...;
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Privação do Sono e Obesidade
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Apnéia do Sono: interrupção da respiração durante o sono repetidamente impedindo que ocorra estágio de sono profundo e sono REM (causas neurológicas ou mecânicas)
Insôniasintoma que dificultam o início ou manutenção do sono.
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Hipersônias: causam sonolência exagerada e crises de
sono na vigília.
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Narcolepsia: freqüentes ataques de sono REM durante o dia, entrando em sono REM diretamente do estado de vigíla, sem passar pelo sono de ondas lentas. O indivíduo pode tornar-se catapléticos(perda do controle muscular) consciente (acompanhada por intensa expressão emocional) ou inconsciente, podendo sofrer quedas.
Hipersônias: causam sonolência exagerada e crises de
sono na vigília.
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Parassônias: distúrbios passageiros e brandos
do acordar.
Sonambulismo (Estágio 4, Sono NREM, )
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Parassônias: distúrbios passageiros e brandos do
acordar.
Sleep-related eating disorder (Estágio 4, Sono NREM )
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Parassônias: distúrbios passageiros e brandos do
acordar.
Sono paradoxal sem atonia ou Transtorno de comportamento do sono REM
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