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Mecanismo do ciclo sono-vigília

O sono é um fenômeno universal em todas as espécies estudadas até agora, e é um estado fisiológico com motilidade e responsividade reduzida a estímulos sensoriais. Segue um ciclo regular a cada noite e existem duas formas básicas de sono: sono de ondas lentas (SWS) e sono de movimento rápido dos olhos (REM) [1].

O ciclo sono-vigília, que se repete com periodicidade aproximada do ciclo dia-noite de 24h, é o exemplo prototípico de um comportamento que demonstra um ritmo circadiano. Os ritmos circadianos também são discerníveis nas propriedades fisiológicas e bioquímicas do corpo humano, como temperatura corporal central e corticosteróides e níveis de melatonina.

O ciclo sono-vigília é mantido por diferentes sistemas neuro anatômicos e neuroquímicos. A interação multifacetada dos sistemas Glutamato, Noradrenalina (NA), Adenosina (DA), Serotonina (5-HT), Hipocretina (HCRT), Acetilcolina (ACh) e histaminérgicos são necessários para a geração e manutenção de vigília (W). Esses centros neuro anatômicos se projetam para o córtex cerebral, subcorticais e tronco cerebral. De acordo com diversos estudos, as taxas de disparo desses núcleos foram descritas como mais altas durante o W, enquanto sua atividade diminui durante o SWS e se torna completamente silenciosa durante o sono REM.

Em humanos saudáveis, a vigília (W) é caracterizada por baixa voltagem (10-30 V) e rápida (16-25 Hz) atividade eletroencefalográfica (EEG) cortical [2]. A excitação comportamental é evidente no eletromiograma (EMG) pela atividade de alta amplitude nos músculos posturais, particularmente no pescoço (Fig. 1).

A passagem de W para SWS é caracterizada por frequências progressivamente mais lentas e atividades de voltagem mais altas no EEG.

O estágio 1 é caracterizado por aproximadamente 5 minutos da transição de W para SWS, que inclui movimentos oculares lentos e rolantes e atividade de EEG de baixa voltagem e frequência mista. O estágio 2, geralmente subsequente ao estágio 1, é caracterizado por rajadas de sono. O sono REM geralmente segue o estágio 4 e é caracterizado por atonia muscular, ativação de várias áreas do cérebro, como o córtex, e movimentos oculares que ocorrem de forma fásica, espasmos musculares e alterações significativas na pressão arterial e na taxa de respiração. Além disso, os padrões de EEG dos neurônios durante o sono REM se assemelham aos do W.

O ciclo sono-vigília observado em humanos saudáveis apresenta uma progressão no início do sono caracterizada pela atividade do EEG do estágio 1 ao estágio 4. Em seguida, esta atividade é seguida pela presença do sono REM. A sequência se repete ciclicamente ao longo da noite em intervalos de 90-100 minutos [3].

(Figura 1). O ciclo sono-vigília em humanos é caracterizado por diferentes estágios. Nesta figura, podemos notar que durante a vigília há uma atividade de baixa voltagem vista no eletroencefalograma (EEG). A transição da vigília para o Estágio 1 apresenta no EEG uma atividade mais lenta. O estágio 2 é caracterizado pela presença de complexos K e fusos do sono. Durante o Estágio 3, as ondas delta estão presentes no EEG e estão presentes mais de 50% do tempo no Estágio 4. Durante o sono REM, o padrão de EEG apresenta novamente baixa voltagem e atividade fásica que lembra a vigília. A atividade no eletromiograma (EMG) é maior durante a vigília e diminui ao longo dos estágios do sono até praticamente ausente durante o sono REM. Abreviaturas: EEG, eletroencefalograma; EOG, eletrooculograma; EMG, eletromiograma; REM, sono de movimento rápido dos olhos.

Durante todo o estado de alerta neurônios do prosencéfalo são ativos. (Fig. 2). Os neurônios laterais do hipotálamo são considerados como sendo um “interruptor de vigília” através do qual o hipotálamo exerce o controle do sono e da vigília, uma vez que começam a disparar antes da transição do sono para W [4]. Dentre as múltiplas projeções enviadas pelo hipotálamo lateral, vários grupos têm indicado conexões excitatórias para diversas áreas promotoras de vigília, como núcleos adrenérgicos, histaminérgicos, dopaminérgicos e colinérgicos [4].

No início do século XX, Constantine von Economo sugeriu que o hipotálamo estava ligado ao ciclo sono-vigília. Seus estudos mostraram que o hipotálamo anterior estava presumivelmente associado ao sono, enquanto o hipotálamo posterior estava relacionado ao estado de alerta.

(Figura 2). A distribuição cerebral dos núcleos reguladores da vigília é mostrada neste desenho.

Mecanismos neuroquímicos de indução e manutenção da vigília

O despertar é gerado e mantido pela atividade de vários sistemas de excitação empregando diferentes neuroquímicos [6]. Entre essas moléculas estão a histamina [5], glutamato [7- 8], noradrenalina (NA) [9-10], Adenosina (DA) [6, 11], 5-hidroxitriptamina (5-HT) [12-13], ACh [14] e neurônios contendo hipocretina (HCRT) [15-16].

Hipocretina (HCRT) o importante fator de vigília

A vigília é mantida pela ação de diversas áreas cerebrais e seus transmissores específicos, como a hipocretina (HCRT). O HCRT-1 e -2, (também denominados orexina A e B, respectivamente) são dois neuropeptídeos derivados do mesmo precursor cuja expressão é restrita a alguns milhares de neurônios no hipotálamo lateral [17-18]. Os neurônios HCRT estão localizados entre o fórnice e os tratos mamilotalâmicos no hipotálamo lateral de onde as fibras HCRT se projetam por todo o cérebro e medula espinhal, incluindo várias áreas implicadas na regulação do ciclo sono-vigília [19-20] (Fig. 2).

 Essas projeções excitam os principais sistemas de excitação, incluindo o histaminérgico [21], noradrenérgico [22] e serotoninérgico [23, 24], bem como os neurônios colinérgicos localizados no núcleo tegmental látero-dorsal [25] e prosencéfalo basal [26].

Núcleo supraquiasmático (NQS)

Dois mecanismos básicos na modulação do sono são reconhecidos: um mecanismo homeostático e um mecanismo circadiano. A primeira determina que uma determinada cota de duração e intensidade do sono precisa ser obtida em um curto período e que as necessidades atuais dependem da história imediata de sono-vigília do indivíduo.

O mecanismo circadiano, circadiano (do latim “circa diem” – “cerca de um dia”) está presumivelmente localizada no núcleo supraquiasmático (NQS) do hipotálamo. Esses núcleos funcionam como “relógios mestres” que reiniciam e sincronizam os ritmos circadianos dos tecidos periféricos.

Acredita-se que alterações no NQS, bem como outras, estão subjacentes aos distúrbios do sono em pessoas idosas. Mesmo no envelhecimento saudável este relógio endógeno parece enfraquecer, resultando em tempo de sono alterado e fases de sonos menos consolidadas. [27]

Núcleo Pré-Óptico Ventrolateral

O núcleo VLPO está localizado na área pré-óptica do hipotálamo anterior. Este núcleo representa um centro “gerador de sono”, que se opõe ao efeito de despertar do hipotálamo posterior [28] (Fig. 3).

(Figura 3) O desenho representa os centros indutores do sono. A atividade de VLPO induz o sono, em grande parte através da inibição das áreas promotoras de vigília (ver Fig. 2). Abreviaturas: LC, locus coeruleus; LDT, núcleo tegmental látero-dorsal; LH, hipotálamo lateral; TMN, núcleo tuberomamilar; PPT, núcleo tegmental pedunculopontino.

O mecanismo neuroquímico de indução de indução e manutenção do sono.

Ácido gama-aminobutírico (GABA)

O GABA é o principal neurotransmissor inibitório no cérebro contido nos neurônios do prosencéfalo basal e da área pré-óptica. Vários estudos demonstraram que a taxa de descarga desses neurônios é maior durante o sono do que durante W [30]. Consistente com seu papel na modulação do sono, os neurônios contendo GABA na área pré-óptica exibem uma expressão aumentada de Fos durante o sono [31].

Acetilcolina (ACh)

Tem sido repetidamente demonstrado que o sono REM é gerado pela atividade de núcleos colinérgicos específicos [32-33] (Fig. 3)

Verificou-se que o conteúdo extracelular de ACh é maior durante o sono REM em comparação com W e SWS.

Adenosina

A adenosina (AD) é um produto do metabolismo natural que tem sido relacionado à promoção do sono. A AD pode ser um fator hipnagógico, aumentando o SWS em resposta ao despertar. O mecanismo proposto sugere que AD atua em um autorreceptor AD-1 em neurônios colinérgicos no prosencéfalo basal [36] e que as projeções colinérgicas do prosencéfalo basal inibem os neurônios GABA no VLPO. Desta forma, AD desinibe a projeção GABAérgica indutora do sono do VLPO, induzindo o sono [35-35-36].

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Noradrenalina

As propriedades promotoras de vigília da noradrenalina (NA) envolve Alfa 1-adrenorreceptores que estão associados a uma despolarização pelo fechamento dos canais de K+, enquanto os alfa 2- adrenorreceptores estão ligados a uma hiperpolarização pela abertura de canais de  K+.

Drogas que antagonizam o alfa 1- adrenorreceptores facilitam o início do sono, provavelmente por bloquearem a ação pós-sináptica de NA em diferentes neuronios alvos. Em contraste, os antagonistas dos alfa 2-adrenoreceptores retardam o sono. Ao contrário dos efeitos descritos acima, os agonistas dos receptores alfa 2-adrenérgicos inibem a liberação de NA e diminuem a W [37].

O ciclo sono-vigília envolve a expressão de cerca de mais de 10.000 transcritos que são expressos no córtex cerebral e em várias estruturas cerebrais. Dada a expansão do conhecimento na área do sono, é realmente ambicioso descrever todos os sistemas neuroanatômicos e neuroquímicos envolvidos na modulação do sono. 

Referências bibliográficas

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Larissa Tullio

@Larissatullio.nutri

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