CRONOBIOLOGIA

Prof. Alex Jones

Prof. José Martins

FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE FERNANDÓPOLIS - FEF

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!

Natureza rítmica dos processos biológicos

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 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

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

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

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

+ +

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

VIGILIA

Estado Consciente

Atenção

Nív

el d

a at

ençã

o

Estado Inconsciente

Fas

es d

o s

on

o

SONO

Des

emp

enho

Com

por

tam

enta

l

Nível de atividade cortical

100%

EuforiaComa

Sono Vigília

Nível máximo de atenção

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?

Impulsos visuais

FORMAÇÃORETICULAR

SARA

Cerebelo

Vias descendentes

Medula

Impulsos auditivos

Vias ascendentes

TroncoEncefálico

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?

O sistema de modulação difuso

Participação no ciclo

O sistema de modulação difuso

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.

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.

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

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

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

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%

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

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

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

MECANISMOS NEURAIS DO SONO

Ao despertar as ondas cerebrais se tornam rápidas

1) Ativação cortical2) Percepção sensorial, integração sensório-motora, orientação

a) Animal dormindo: estimulação do SARA desperta EEG dessicronizadob) Animal acordado: estimulação do tálamo dorme EEG sincronizado

O tálamo

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

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

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

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

?

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 AChREM On

Tálamo

Córtex Cerebral

PA em salvas

Modo de transmissão

Sono REM EEG de ondas rápidas

Ach

Nor5HT

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 permanenteSincronização do EEG

Drogas anti-histamínicascausam sonolência

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.

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

Sonho é uma experiência consciente enquanto dormimos. A matéria-prima dos sonhos é, evidentemente, informação memorizada no sistema nervoso.

Cesar Timo-Iaria

Hipnos

Erebo Noite

Morfeu

Sono

Sonhos

RITMOS BIOLÓGICOS

CRONOBIOLOGIA

cassenote@usp.br

Fernandópolis, 2009

FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE FERNANDÓPOLIS - FEF