Mecanismos do Sono


Processo ativo cuja periodicidade é determinada por ritmos biológicos, dormir é indispensavel para manter as boas condições psicofísicas e cognitivas.

Neurofisiologia - Revista American Scientific - por Ivana Gritti

Desde que o homem procurou interpretar o misterioso fenômeno do sono, as duas hipóteses dominantes seguiram direções opostas. Para alguns, o sono era análogo à morte, porque aparentemente suspendia as funções mentais. Para outros, representava - assim como a vigília - uma atividade mental particular. Foi por isso que Hesíodo, quase oito séculos antes de Cristo, chamou o sono de "irmão da morte", enquanto Hamlet, de Shakespeare, equiparava o sono ao sonho, uma ocasião para experimentar formas especiais de atividade mental. No começo do século XX, Sigmund Freud desenvolveu esse conceito, publicando uma série de trabalhos que influenciariam por décadas as pesquisas sobre o sono.

Em 1913, o fisiologista francês Henri Piéron definiu três particularidades do sono: é necessário periodicamente, tem ritmo relativamente independente das condições externas e caracteriza-se pela completa interrupção da percepção dos impulsos sensoriais e motores que ligam o sistema nervoso ao ambiente. A terceira característica, porém, não é completamente exata. Durante o sono, os impulsos sensoriais originários das extremidades do corpo (pernas e braços ou ouvido e retina, por exemplo), não atingem as áreas do córtex cerebral responsáveis pela elaboração desses dados, no entanto, os comandos motores emitidos pelo córtex alcançam, em fases particulares do sono, os respectivos neurônios da medula, mesmo se as informações que chegam estiverem ativamente inibidas. Mas a definição de Piéron conserva sua atualidade e levanta uma questão crucial: por que nosso sistema nervoso central é sujeito a variações de atividade tão profundas?

Ao longo da vida, o tempo utilizado para dormir é rigidamente controlado. O ciclo do sono e da vigília do recém-nascido é polifásico, isto é, sono e vigília - como bem sabem os pais - alternam-se. Na criança, torna-se bifásico; no adulto, monofásico e circadiano (do latim circa + dies, de aproximadamente 24 horas) e novamente bifásico no idoso. Esse ciclo representa também um ritmo orgânico interno, sincronizado com a alternância entre dia e noite e influenciado por fatores externos e sociais. Na ausência desses fatores, isto é, no isolamento, tende a passar de 24 para 25 horas, em média.

Existem provas experimentais da existência de mais de um relógio biológico. Quando as condições de referência não estão presentes (tais como o ciclo luz-escuridão), as diversas funções rítmicas - temperatura, excreção de urina e secreção de cortisol - comportam-se diversamente. A temperatura corporal varia segundo um ritmo circadiano, com um pico máximo no final da tarde e mínimo no início da manhã, durante o sono. Em condições normais, temperatura e ciclo sono-vigília são sincronizados.

Até os anos 50, pensava-se que o sono fosse um fenômeno passivo, devido à diminuição das informações provenientes dos diversos sistemas sensoriais, que consequentemente não conseguiam manter o indivíduo acordado. Em outros termos, o sono era considerado um cessar do estado de vigília. A idéia de que fosse um fenômeno ativo surgiu somente na década seguinte.

Hoje sabe-se que os estágios do sono são programados segundo uma sequência temporal relativamente preestabelecida e controlados por mecanismos fisiológicos e sistemas neuroquímicos cerebrais encadeados.

O controle do ciclo sono-vigília baseia-se em dois processos fundamentais: um ligado ao centro rítmico circadiano (C) e outro aos mecanismos que regulam especificamente o sono (S). A organização dos mecanismos circadianos é bastante conhecida. Mas só recentemente surgiram novos dados sobre a determinação ultradiana (referente aos ritmos que ocorrem em ciclos mais frequentes que a cada 24 horas) do processo sono-vigília e os mecanismos que controlam cada estado.

O processo C, organizador da alternância entre sono e vigília, é relativamente independente do S e ocorre no núcleo supraquiasmático, situado no hipotálamo anterior. O processo S, que regula e executa o ciclo, se distribui nas áreas bulboponto-mesencefálicas, diencefálicas, telencefálicas e corticais, e é influenciado pela temperatura e por fatores humorais, nervosos, genéticos, psicológicos, ambientais, socioculturais.

Atualmente considera-se o sono um estado global, cujos mecanismos de controle são identificáveis em todos os níveis da organização biológica: nos genes, mecanismos intracelulares e circuitos dos vários grupos de células nervosas, sistemas neuronais centrais responsáveis pelo controle do movimento, do ato de acordar, das funções autônomas, do comportamento e do estado mental.

Recentes descobertas genéticas indicam que os mecanismos moleculares e comportamentais que controlam os ritmos circadianos e determinam o estado de sono são inseparáveis do ponto de vista biológico mais profundo e foram mantidos ao longo história evolutiva das espécies, conferindo aos mamíferos ancestrais uma vantagem que se perpetuou até o presente. A privação de sono altera o controle da temperatura, o metabolismo e as funções imunológicas, podendo levar à morte.

No sistema nervoso central dos mamíferos, as instruções genéticas são transcritas e expressas até nos mais altos níveis - como o da transcrição de ge enes, da síntese protéica e da dinâmica dos neurônios, considerados individualmente ou em populações - para influir sobre o comportamento. Do ponto de vista molecular, os ritmos circadianos do sono são vinculados à interação de mecanismos de retroalimentação positiva e negativa dos genes ligados a esses ritmos e à regulação das proteínas que tais genes sintetizam nos neurônios do núcleo supraquiasmático, sujeito à luminosidade do ambiente. As informações circadianas são integradas aos dados homeostáticos, que regulam a necessidade de sono nos núcleos do hipotálamo anterior e interagem com os sistemas da vigília do hipotálamo posterior, prosencéfalo basal e tronco encefálico.

Durante o sono, um centro ultradiano situado no tronco encefálico controla a alternância regular do sono em ondas lentas com o sono REM (do inglês rapid eye movement, movimentos oculares rápidos). Os ciclos do sono são também acompanhados por influências reguladoras provenientes das estruturas encefálicas subcorticais e corticais com função específica na regulação do sono e dos estados de consciência comportamentais e cognitivos.

Ao contrário das hipóteses dos primeiros fisiologistas, sabenos que o cérebro todo participa (em diferentes graus) da organização, regulação e manutenção do sono. A história da pesquisa que desvendou seus vários mecanismos começa com Ivan Pavlov, que na década de 20, na então União Soviética, observou um animal de laboratório induzido ao sono por estimulação condicional repetida. Pavlov acreditava que o sono fosse um fenômeno ativo produzido por um estímulo sensorial repetitivo capaz de produzir uma área de inibição. A essa hipótese se contrapunha, nos anos 30, a do belga Frederic Bremer, cujos experimentos com gatos tornaram-se clássicos. Depois de produzir um corte no tronco encefálico de um felino, o fisiologista o induziu a uma espécie de sono permamente. Bremer considerava que o sono fosse um fenômeno passivo, produzido pelo desligamento dos sistemas sensoriais, responsáveis pela manutenção da vigília.

  • Fenômeno ativo

    Na década de 40, o fisiologista suíço Walter Hess descobriu que o sono podia ser induzido estimulando-se o tálamo medial, uma zona anterior àquela lesada por Bremer. Concluiu então que o sono era um fenômeno ativo. Mas eis que depois de alguns anos, Giuseppe Moruzzi e Horace V. Magoun, da Universidade de Chicago, Estados Unidos, demonstraram a possibilidade de acordar o animal adormecido, estimulando a substância reticular, um grupo de neurônios localizados no tronco cerebral. Se a mesma área fosse lesada, o animal adormeceria. O sono voltava a ser um fenômeno passivo presente quando os neurônios responsáveis pela vigília paravam de ativar-se.

    A mesma teoria reticular foi se complicando nos anos seguintes: pesquisadores do laboratório do sono da Universidade de Pisa, na Itália, entre os quais Mauro Mancia, conseguiram demonstrar que na substância reticular mais posterior já existiam neurônios em condições de produzir ativamente sono. Tal teoria permaneceu a única capaz de explicar a alternância rítmica de sono e vigília. Nos anos 70, foi demonstrado que outras estruturas, como as áreas hipotalâmicas anteriores e basais, intervinham no processo do adormecimento juntamente com os núcleos talâmicos. Essas estruturas representavam o verdadeiro núcleo do sono.

    Mas mesmo o cérebro mais antigo - constituído pelo sistema límbico, que inclui o hipocampo participa da organização do sono e, em particular, do sono REM. De fato, é justamente em algumas áreas do córtex cerebral e o hipocampo que, em consonância com o sono REM, aparecem ondas típicas do sono como expressão de uma ativação dessa importante estrutura. Portanto, é evidente que, contemporaneamente, o sono remete ao cérebro arcaico (tronco encefálico), ao cérebro antigo (sistema límbico) e ao cérebro moderno (sistema tálamo-cortical e o neocórtex).

    Paralelamente a esses fenômenos relacionados ao cérebro, há também sinais dirigidos à medula espinhal que alteram a atividade motora e do tônus muscular. A ação descendente inibitória dos neurônios localizados no tronco cerebral, por exemplo, é máxima durante o sono REM, o que justifica a queda a zero do tônus muscular. Além disso, os sinais enviados aos neurônios neurovegetativos na medula espinhal durante o sono REM são responsáveis por arritmias cardíaco-respiratórias e variações da pressão arterial.

    Importantes são também as relações entre os mecanismos do sono e os da termorregulação. Durante o sono, porém, a temperatura do corpo cai e esse comportamento pode ser visto como um tipo de adaptação homeostática. Esses mecanismos operam particularmente no sono sincrônico e cessam no REM.

    O estudo da vigilia, do sono e de suas fases foi possível graças à descoberta do eletroencefalograma (EEG) pelo fisiologista inglês Richard Caton. Em 1875, ao desenvolver pesquisas sobre o cérebro do coelho. Caton observou que, aplicando-se ao córtex alguns eletrodos ligados a um galvanômetro, registrava-se uma oscilação do potencial. As oscilações modificavam-se com a anestesia e desapareciam com a morte do animal. Mas foi preciso esperar o ano de 1929 para que o eletroencefalograma fosse testado no homem. O psiquiatra austríaco Hans Berger registrou as ondas elétricas cerebrais que se modificavam após estímulos sensoriais, sono ou durante crises epiléticas.

    Nas décadas seguintes, o eletroencefalograma encontrou mais aplicações que os primeiros experimentadores poderiam imaginar. Demonstrou ser um instrumento muito útil para distinguir as variações da atividade cerebral correspondentes ao ciclo sono-vigília. Atualmente essa análise é realizada por uma técnica mais sofisticada, a polissonografia, que faz o registro simultâneo de uma série de variáveis fisiológicas permitindo definir com precisão os estágios do sono e avaliar eventuais anomalias.

    No homem, o ciclo sono-vigília compreende três fases maiores: a vigília, o sono de ondas lentas, ou sem movimentos oculares (composto de quatro estágios), e o sono de movimentos oculares rápidos.

  • Monitoramento cerebral

    Quando o indivíduo está acordado e ativo, a polissonografia intercepta uma série de sinais que se revelarão preciosos para analise do ciclo sono-vigília. O er um instrumento muito útil para distinguir as variações da atividade cerebral correspondentes ao ciclo sono-vigília. Atualmente essa análise é realizada por uma técnica mais sofisticada, a polissonografia, que faz o registro simultâneo de uma série de variáveis fisiológicas permitindo definir com precisão os estágios do sono e avaliar eventuais anomalias.

    No homem, o ciclo sono-vigília compreende três fases maiores: a vigília, o sono de ondas lentas, ou sem movimentos oculares (composto de quatro estágios), e o sono de movimentos oculares rápidos.

  • Monitoramento cerebral

    Quando o indivíduo está acordado e ativo, a polissonografia intercepta uma série de sinais que se revelarão preciosos para analise do ciclo sono-vigília. O exame de eletroencefalograma mostra uma predominância de ondas cerebrais de baixa voltagem alta frequência (beta e gama, de 15 a 60 ciclos por segundo) flutuações espontâneas da atividade que variam em cada região cerebral (visual, auditiva, sensorial, motora) conforme o tipo e estimulação sensorial (um sinal luminoso, um ruído, uma pluma que toca o braço), a atividade motora (um movimento, mesmo que apenas de um dedo, de uma extremidade ou de um grupo muscular), ou os diversos estados mentais da pessoa (a execução de um cálculo matemático, por exemplo).

    As variações espontâneas EEG podem ser analisadas por meio das mudanças de frequência e voltagem do traçado. Na maioria dos adultos normais, acordados e relaxados, prevalece uma atividade rítmica relativamente lenta, o ritmo alfa. Este pode variar entre as pessoas e tem uma frequência de 8 - 12 ciclos por segundo. Se o indivíduo estiver deitado com os olhos fechados e relaxado, a amplitude das ondas alfa é maior; se estiver em estado de alerta (por causa de um alarme que toca, por exemplo), envolvido em um processo mental, ou simplesmente para abrir os olhos, no traçado EEG aparece um ritmo mais rápido, pedominante nas regiões frontais e centrais. Essa atividade é denominada ritmo beta, tem uma frequência entre 15 e 30 ciclos por segundo e é descrita como rápida, de baixa voltagem. O método principal para determinar no homem os estados do sono é representado pelo EEG e/ou polissonografia. Ondas particulares que normalmente não são visíveis no EEG de um homem normal acordado aparecem no sono. A atividade alfa, predominante na vigília, desaparece e dá origem a outras ondas lentas que surgem durante estado de sono de ondas lentas (SWS, do inglês slow wave sleep). O eletroencefalograma muda progressivamente nessa fase. Essa é a razão pela qual ela foi subdividida em quatro estágios ( 1, 2, 3 e 4) caracterizados por uma atividade eletroencefalográfica de frequência progressivamente mais lenta e de voltagem crescente, correspondentes a níveis de sono sempre mais profundo.

    Quando uma pessoa adormece, seu EEG passa pelos estágios 1 a 4 do sono de ondas lentas no intervalo de 30 - 45 minutos e, em seguida, percorre os mesmos estágios na ordem inversa, no mesmo tempo. No sono de ondas lentas, os músculos antigravitários do corpo relaxam-se progressivamente, mas a atividade não é totalmente ausente. Uma pessoa dormindo muda de posição em média a cada 20 minutos. Nesse estágio, predomina a atividade parassimpática (atividade do sistema nervoso autônomo que sintetiza o neurotransmissor acetilcolina). A frequência cardíaca e a pressão arterial diminuem e a motilidade gastrintestinal aumenta. O limiar para o despertar do sono de ondas lentas é inversamente proporcional à frequência das ondas eletroencefalográficas, portanto o estágio 4 de ondas lentas é o mais difícil de interromper e é uma das fases mais restauradoras do sono.

  • Fase paradoxal

    Depois de aproximadamente 60 - 90 minutos do momento em que a pessoa adormeceu, verificam-se numerosas modificações fisiológicas. O EEG torna-se subitamente - e paradoxalmente - dessincronizado, com uma atividade rápida de baixa voltagem parecida, mas não idêntica, àquela registrada na vigília. Esse tipo de atividade cerebral é associado a um considerável grau de ativação simpática (isto é, associada a um aumento da secreção de noradrenalina, pelos nervos adrenérgicos e da secreção e emissão em circulação de adrenalina, pelas glândulas suprarenais). O sistema nervoso simpático é ativado em situações de ataque, emergência, fuga, stress e provoca também o aumento da frequência cardíaca e respiratória e da pressão sanguínea, bem como o bloqueio dos movimentos gastrointestinais. Tem-se uma considerável redução do tônus dos músculos antigravitários, com exceção dos músculos oculares e do ouvido médio. Como consequência, o ronco, quando presente, diminui. O indivíduo perde a capacidade de regular a temperatura corporal, que lentamente começa a aproximar-se daquela ambiental. Essa fase está presente em todos os mamíferos, e, em forma rudimentar, também nos pássaros.

    A primeira descrição desta fase do sono, também conhecido como sono paradoxal, deveria ser atribuída ao italiano Sante De Sanctis que, já em 1899, havia observado movimentos oculares sob as pálpebras do filho desacordado. O estudioso formulou a hipótese de que os movimentos oculares fossem os responsáveis pelo fenômeno onírico. Em 1957, William Dement, Nathaniel Kleitman e Eugene Aserinsky, da Universidade de Chicago, registraram em um paciente que estava próximo de uma fase de sono síncrono sem movimentos oculares uma fase de sono dessincronizado, aquele que em seguida foi definido sono REM.

    Nesse estado, o EEG se assemelha ao observado na vigília, mesmo que esteja presente uma atividade lenta - teta - muito mais regular do que aquela que aparece na fase inicial S 1 do sono. Além disto, justaposta a essa atividade rítmica, muitas vezes outra atividade muito rápida é visível, entre as ondas beta e gama (de 15 a 30 e de 31 a 60 ciclos por segundo), acompanhada por movimentos oculares rápidos. Tal atividade é considerada o corolário da atividade mental imaginária e dos processos que se realizam durante o sono com movimentos oculares rápidos: o sonho. A atividade eletroencefalográfica de alta frequência (beta e gama) que se registra durante o sono REM indica um estado de alerta, apesar de o perfil comportamental ser análogo àquele do sono.

    O despertar do sono REM pode ser induzido por estimulação sensorial, com limiar de resposta muito mais elevado que o da vigília. Além disso, observa-se uma subsequente queda das respostas a est

    • Leitura Dinâmica e Memorização

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