RITMOS BIOLÓGICOS
CRONOBIONOGIA: disciplina que estuda os ritmos biológicos
Ritmos
a) Circadianos: vigília-sono (periodicidade em torno de 24h)
b) Ultradianos: batimento cardíaco (periodicidade < 24h)
c) Infradianos : ciclo menstrual, ciclo das marés (periodicidade > 28h)
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
O sono faz a gente perder contato, temporariamente, com
mundo externo...
O sono nos faz perder tônus
muscular...
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.
Ritmos Biológicos Vias eferentes Vias aferentes
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
ZEITGEBERS
AFERÊNCIAS
Retina (Trato retino-hipotalamico)
EFERÊNCIAS
Outros núcleos do hipotálamo
Tálamo
Mecanismos neurais da ritmicidade
Núcleo supraquiasmatico (NSQ) : Relógio biológico
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
EPITÁLAMO
Glândula pineal (epífise):
sintetiza e libera a melatonina; associado a regulação dos ritmos infradianos
GÂNGLIO CERVICAL SUPERIOR
(neurônio pós-ganglionar)
MEDULA TORACICA
Coluna intermédio lateral
(neurônio pre-ganglionar)
HIPOTÁLAMO
NSQ N. paraventricular RETINA
Trato
retinohipotlamico
HIPOTÁLAMO
NSQ -
-
RETINA
+
Diminuição da luz
Melatonina
Gl. pineal
EPITÁLAMO
N. paraventricular
+ pré-ganglionar
SNA simpático
pós-ganglionar
+
Liberação do SNA simpático
+
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.
GH
N. paraventricular NSQ
RETINA HIPOTÁLAMO
Adeno-hipófise
+ Diminuição do efeito inibitório do NSQ
Liberação da atividade de núcleos
hipotalâmicos neuroendócrinos.
-
+
+
Durante o sono há estimulação para o aumento de GH
Por que dormimos? - 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)
Ciclo vigília-sono
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
VIGILIA Vários sistemas corticais em funcionamento
SONO Todos os sistemas são desligados simultaneamente;
perda temporária de consciência
De
se
mp
en
ho
Co
mp
ort
am
en
tal
Nível de atividade cortical
100%
Euforia Coma
Sono Vigília
Nível máximo
de atenção
Nosso melhor desempenho ocorre quando há um
equilíbrio entre excitação e inibição do córtex
Epilepsia
VIGILIA N
íve
l d
a a
ten
çã
o
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.)
Estado Inconsciente
Fa
se
s d
o s
on
o
SONO
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.
P
R
O
F
U
N
D
I
D
A
D
E
Hipnos
Erebo Noite
Morfeu
Sono
Sonhos
Hipnos e Thanatos (deus da morte): irmãos gêmeos
Deus da escuridão
subterrânea Deusa das trevas
Morte cerebral - Todo o cérebro,
incluindo o tronco cerebral, perde
irreversivelmente todas as suas funções.
Mesmo em coma, o paciente é considerado
legalmente vivo.
Thanatos Morte
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.
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
Quando dormimos somos “desligados” de uma vez. E quando
acordamos também. Haverá um sistema geral atenuador/ativador
do córtex?
Impulsos
visuais
FORMAÇÃO
RETICULAR
SARA
Cerebelo
Vias descendentes
Medula
Impulsos auditivos
Vias ascendentes
Tronco
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.
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
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.
O SISTEMA DE MODULAÇÃO CEREBRAL
ELETROENCEFALOGRAFIA (EEG): registro das atividades elétricas cerebrais
O EEG capta a atividade elétrica cerebral
resultante de populações de neurônios
corticais em função do tempo.
FREQUENCIA
- no. de ondas na unidade de tempo (ritmo)
AMPLITUDE
- tamanho da onda
O EEG é analisado conforme a freqüência e a amplitude das ondas
EEG rápido: as células
corticais estão em ritmo
dessincronizado
EEG lento: as células corticais
estão em ritmo sincronizado;
Eletrodo
superficial
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
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 4:
Sono profundo
Predominam as ondas δ;
redução do tônus cervical
(Ambos somam 20 a 40 min)
ESTÁGIO 3:
Fusos interrompidos por
ondas d
VIGILIA:
Predominam as ondas
SONO REM (5 a 15 min)
Sono com sonhos
O EEG e o EOG se
assemelham da vigília
O sono tem dois estados:
a) SONO NÃO-REM (N-REM)
b) 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.
Tipos e estágios do Sono
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
6,3
25,0
50,0
18,8 I
II
III
IV
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.
a) Aumento dos movimentos oculares
b) Atonia muscular
c) Aumento da freqüência cardíaca
d) Aumento na freqüência respiratória
e) Ereção peniana
A arquitetura do sono varia entre as pessoas e com a idade
MECANISMOS
NEURAIS
DO SONO
a) Animal dormindo: estimulação do SARA desperta EEG dessincroniza
b) Animal acordado: estimulação do tálamo dorme EEG sincroniza
EVIDÊNCIA DE QUE O TRONCO ENCEFALICO É RESPOSAVEL PELO
NOSSO ESTADO DE CONCIENCIA
O tálamo
1. Radiação talâmica
2. Caudado
1. VIGÍLIA
- altamente excitáveis (Glu)
- modo de transmissão continuo
- EEG: ondas dessincronizadas
1
2. SONO
- inexcitáveis (GABA) mas os canais de Ca++
sensíveis à hiperpolarizaçâo se abrem
- modo em salvas de PA
- EEG: ondas sincronizadas
NEURÔNIOS TALÂMICOS
comportam-se de duas maneiras:
EEG
2
os neurônios corticais estão em
franca atividade arrítmica;
EEG desssincronizado
A estimulação glutamatérgica nos
neurônios talâmicos geram PA em
modo continuo, conforme a atividade
da via aferente.
Neurônios
talamo-
corticais
Córtex
Glu +
Vias aferentes
V I G I L I A
Os neurônios corticais
passam a exibir ritmos
sincronizadas.
EEG sincronizado
A estimulação gabaergica do núcleo
reticular do tálamo causa salvas de PA
do neurônio talâmico.
Córtex
GABA -
Núcleo reticular
do tálamo
SONO DE ONDAS LENTAS
Neurônios
talamo-
corticais
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
Lócus ceruleus (Nor)
REM off
Núcleos da Rafe (5HT)
REM off
Núcleo reticular pontino ACh
REM On
Tálamo
Córtex Cerebral
PA em salvas
Modo de transmissão
Sono REM EEG de ondas rápidas
Ach
Nor
5HT
REM REM REM REM REM
Tálamo Vias aferentes sensoriais
Glu
Modo de Transmissão continuo
VIGÍLIA EEG de ondas rápidas
CÓRTEX
CEREBRAL
Hipotálamo
posterior
HIS
+
Os neurônios histaminérgicos do HIPOTALAMO POSTERIOR
Hipotálamo
anterior GABA
A atividade GABAergica
do HA inibe o HP e induz
o sono
Coma permanente
Sincronização do EEG
Drogas anti-histamínicas
causam sonolência
A) Normal, a ponte inibe o trato reticulo espinhal (não mostrado aqui), causando uma
paralisia funcional (atonia) e temporária dos músculos esqueléticos.
B) 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...
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
http://www.sbsono.com.br/hypnos/IConsensodeInsonia.pdf
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
Ao despertar as ondas cerebrais se tornam rápidas
1) Ativação cortical
2) Percepção sensorial, integração sensório-motora, orientação
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