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RITMOS BIOLÓGICOS
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Cronobiologia: disciplina que estuda os ritmos biológicos
Ritmos a) Circadianos: vigília-sono (periodicidade em torno de 24h)b) Infradianos: batimento cardíaco (periodicidade < 24h)c) Ultradianos: 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!
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Natureza rítmica dos processos biológicos
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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.
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Ritmos BiológicosRitmos BiológicosVias eferentesVias eferentes
Vias aferentesVias aferentes
Temporizador externoClaro-escuro
Duração do fotoperíodo
Temporizador internoRelógio biológico
SNC
Relógio Biológico
Trato retino-hipotalâmico
Trato retino-hipotalâmico
Núcleo-supraquiasmático
(HIPOTÁLAMO)
Núcleo-supraquiasmático
(HIPOTÁLAMO)Outras áreas do SNCÓrgãos efetuadores
Outras áreas do SNCÓrgãos efetuadores Ritmos
circadianos
Ritmos circadianos
Órgãofotossensível
Órgãofotossensível
GlândulaPineal
GlândulaPineal Ritmos
infradianos
Ritmos infradianos
ZEITGEBERS
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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.
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Lesão no NSQ: abole o ciclo vigília-sono e vários outros ritmos
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Glândula pineal: sintetiza e libera a melatonina
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). A noite, acontece o contrário e a concentração de melatonina aumenta. O seu aumento induz o sono.
GÂNGLIO CERVICAL SUPERIOR(neurônio pós-ganglionar)
MEDULA TORACICAColuna intermédio lateral (neurônio pre-ganglionar)
HIPOTÁLAMONSQ N. paraventricular
RETINATrato
retinohipotlamico
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Melatonina
pré-ganglionarN. paraventricular Gl. pineal
SNA simpático
NSQ
RETINA HIPOTÁLAMO
pós-ganglionar
EPITÁLAMO
-
-
+ +
parada de postura
Primavera/Verão Outono/Inverno
RegressãoGonadal
Indução do sono
Diminuição do efeitoinibitório do NSQ
Diminuição da luz
Liberação do SNA simpático
+ +
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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 estenotipada (deitado e de olhos fechados) e período de reduzida atividade motora - Experiências oníricas = sonho
Caracterização do sono 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
Medicina do trabalho
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VIGILIA
Estado Consciente
Atenção
Nív
el d
a at
ençã
o
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Estado Inconsciente
Fas
es d
o s
on
o
SONO
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Des
emp
enho
Com
por
tam
enta
l
Nível de atividade cortical
100%
EuforiaComa
Sono Vigília
Nível máximo de atenção
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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
- 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.
Sistema de modulação difuso
Quando dormimos somos “desligados” de uma vez. E quando acordamos também. Haverá um sistema geral atenuador/ativador do córtex?
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Impulsos visuais
FORMAÇÃORETICULAR
SARA
Cerebelo
Vias descendentes
Medula
Impulsos auditivos
Vias ascendentes
TroncoEncefálico
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Que mecanismos estão envolvidos no processo de alternância entre os estados
de vigília e sono?
Já que dormimos de uma vez haveria um sistema atenuador/ativador geral de todo o sistema nervoso
central?
Há um sistema modulador das atividades corticais?
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O sistema de modulação difuso
Participação no ciclo
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O sistema de modulação difuso
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Alterações do estado de consciência
CONSCIÊNCIA: capacidade de reconhecimento da realidade externa e interna e a capacidade de responder aos estímulos: refere-se ao 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.
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ELETROENCEFALOGRAFIA (EEG)
O EEG revela a atividade elétrica cerebral resultante de populações de neurônios corticais em atividade em função do tempo.
Dois eletrodos pareados na superfície do couro cabeludo captam essa atividade elétrica.
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FREQUENCIA- no. de ondas na unidade de tempo (ritmo)
AMPLITUDE- tamanho da onda
Ritmos das ondas do EEG (eletroencefalograma)
EEG rápido: as células corticais estão em ritmo dessincronizado
EEG lento: as células corticais estão em ritmo sincronizado;
Eletrodosuperficial
Córtexcerebral
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Durante a vigília o EEG apresenta ritmos de ondas dessincronizadas e bastante rápidas.
Ritmo : Ondas de baixa amplitude e freqüência entre 8-13Hz.
Rítmo : Ondas de amplitude mais baixa de maior freqüência (14Hz)
Quando começamos adormecer os rimos EEG alteram-se profundamente, apresentando 4 estágios distintos.
Acordado de olhos fechados Olhos abertos
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O sono tem dois estados:
a) SONO NÃO-REMb) SONO REM
O sono Não-REM apresenta 4 estágios, durante os quais as ondas se tornam cada vez mais lentas e aumentam a amplitude. O EEG se torna sincronizado e a profundidade do sono aumenta.
O sono REM é um tipo de sono onde EEG fica dessicronizado e ocorre movimentos rápidos dos olhos (rapid eyes movements).
Tipos e estágios do Sono
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Numa noite de sono (8horas), passamos por ciclos de sono 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.
Total de SonoEstagio I: 4 a 5%Estagio II: 45 a 55% Estagio III: 4 a 6 % Estagio IV: 12 a 15%
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ESTÁGIO 1 (5 min) Predomina 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 profundoPredominam as ondas δ; redução do tônus cervical
Ambos somam 20 a 40 min)
ESTÁGIO 3: Fusos interrompidos por ondas
VIGILIA: Predominam as ondas
SONO REM (5 a 15 min)Sono com sonhosO EEG e o EOG se assemelham da vigília
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Além das alterações cíclicas do EEG ocorrem oscilações viscerais e somáticas, particularmente durante os episódios de sono REM.
a) Aumento dos movimentos ocularesb) Atonia muscularc) Aumento da freqüência cardíacad) Aumento na freqüência respiratóriae) Ereção peniana
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A arquitetura do sono varia entre as pessoas e com a idade
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MECANISMOS NEURAIS DO SONO
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Ao despertar as ondas cerebrais se tornam rápidas
1) Ativação cortical2) Percepção sensorial, integração sensório-motora, orientação
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a) Animal dormindo: estimulação do SARA desperta EEG dessicronizadob) Animal acordado: estimulação do tálamo dorme EEG sincronizado
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O tálamo
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Neurônios talâmicos
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
12
Córtex
Tálamo
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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
desssincronizado
NGL
Córtex
Glu +
Vias aferentes
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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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Vias aferentes visuais
Glu
Modo de Transmissão continuo
VIGÍLIA EEG de ondas rápidas
NGLTÁLAMO
Relê tálamo-cortical
CÓRTEX CEREBRAL
Salvas de PA
N. reticularGABA
Tronco encefálico
FOR
ACh
SONO EEG de ondas lentas
Neurônios colinérgicas do sistema de
modulação difuso
A atividade talâmica é regulada pelo sistema de modulação difuso
?
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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
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Mecanismos neurais do Sono REM
Lócus ceruleus (Nor)REM off
Núcleos da Rafe (5HT)REM off
Núcleo reticular pontino AChREM On
Tálamo
Córtex Cerebral
PA em salvas
Modo de transmissão
Sono REM EEG de ondas rápidas
Ach
Nor5HT
REM REM REM REM REM
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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 permanenteSincronização do EEG
Drogas anti-histamínicascausam sonolência
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Como despertamos?
• Estimulação das vias sensoriais aferentes com maior intensidade, ativando o SARA
• Atividade aumentada do locus ceruleus durante a transição sono REM e a vigília, dessincronizando ainda mais o EEG.
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GH
N. paraventricularNSQ
RETINA HIPOTÁLAMO
Adeno-hipófise
+Diminuição do efeito inibitório do NSQLiberação da atividade de núcleos hipotalâmicos neuroendócrinos.
-
+
+
Durante o sono há estimulação para o aumento de GH