Struttura del sonno

Laurea Specialistica in Fisica

a.a. 2005/2006

9/5/2006

Corso di Fisica Medica 1

MacrostrutturaUn modello con tre processi principali (ritmi) che regolano i differenti cicli del sonno

Omeostatico o Processo S (propensione al sonno per stanchezza)Circadiano o Processo C (ciclo sonno-veglia che non dipende dalle abitudini!)Ultradiano(ciclo REM-NREM)

Processo fisicoFunzioni matematiche astratte e schematiche, che descrivono la ciclicità del sonno nel tempo

Processo S (veglia: carica di un condensatore, sonno: scarica del condensatore)varia tra soglia minima (risveglio fisiologico Lm) e massima (addormentamento fisiologico Hm)

Connessione con il ciclo circadianodato che le soglie sono modulate da un singolo processo C(t)

L(t)= Lm+ C(t) H(t) =Hm + C(t)

Ciclo REMON e REMOFF

Il ciclo ultradiano è governato da “interruttori”REMON, REMOFF

Il sonno REM parte se ho una certa soglia si SWA (slow wave activity) ed è presente un interruttore REMON

IL REMON ed il REMOFF competono inibendosi l’un l’altro (modello preda-predatore)

⎪⎩

⎪⎨

⎧

+−=

−=

)(Re)(Re)(Re)(Re

)(Re)(Re)(Re)(Re

tmtmdtmcdt

tmd

tmtmbtmadt

tmd

OFFONOFFOFF

OFFONONON

Ciclo macroscopico

Studio polisonnografico

Bande di frequenzaLe bande di frequenza(sonno NREM):• Delta: [0.5-4.0 Hz]• Theta: [4.0-8.0 Hz]• Alpha: [8.0-12.0 Hz]Che si susseguono i stadi 1-4 ovvero non-rem(NREM) sonno è tanto più profondo minore è la risposta a stimoli esterniquanto più si trovano nell’EEG onde LENTE:

SlowWaveActivity (SWA)

Sigma (12Sigma (12--16 16 HzHz)) Beta (16Beta (16--32 32 HzHz))

Veglia e addormentamentoS1 (3’-12’): onde-alpha (veglia fisiologica) onde-theta

Sonno S2S2 (10’-20’): fusi (spindles) e complessi K onde-theta

ralle

ntam

ento

del

trac

ciat

o

Sonno S4S4: (∼ 30’-50’): onde-delta >50% per epoca

Fase REM20’-30’ durata in 4-5 episodi: movimenti oculari rapidi

Slow wave activitygrandezza fisica più significativa

base dopo deprivazione di sonno

25 50 75 100 125 150

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

25 50 75 100 125 150

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

Episodi REMIl ciclo ultradiano determina, il trigger per glistati di REM e di NREM

è guidata dall’omeostatico che rendegli eventi di REM sempre

più durevoli perchèla soglia viene

“allungata”

Media sonnoSlow Wave Activity mediata su 9 soggetti sani durante 8 ore di sonno

2 4 6 8

100

200

300

400

500

Modello sonno

Episodi REM ottenuti dall’interazione tra S e il RemON che modulano le singole frequenze

NREM: ∼60’-90’S1(3’-12’): addormentamento↓onde-alpha (veglia fisiologica) ↑onde-theta → > 50% per epoca

S2(10’-20’):fusi (spindles) e complessi K prevalenza di onde-thetarallentamento del tracciato

S3(∼10’): sonno sincrono o ad onde lente (slow-wave-sleep, SWS)prevalenza onde-delta→20-50% per epoca. Compaiono fusi e compessi-K

S4: (∼ 30’-50’)onde-delta→ >50% per epoca.Nottambulismo, incubi, sleeptalking.

REM

• EEG simile ad S1:intensa desincronizzazione

• Movimenti oculari rapidi a gruppi e isolati

• Compaiono aritmie cardiache e modificazioni respiratorie con apnee anche di 10”- 30”

• La durata del sonno REM e massima nel neonato e si riduce progressivamente con l’età

20’-30’ duratain 4-5 episodi

Stadio 1Addormentamento• EEG basso voltaggio alpha lento, basso theta• movimenti oculari pendolari lenti• riduzione segnale muscolare

Stadio 21. aumenta voltaggio, frequenza diminuisce

predominano le onde theta, compaiono i delta fusi e i complessi K

2. assenza movimenti oculari 3. riduzione segnale muscolare

Fusi e complessi K

• fusi del sonno:12-14 Hz, 20-30 μV

• complessi K:onde puntute negative con fronte salita rapido, fronte discesa lento

Stadio 31. onde lente o profonde 20% -50% delta

(maggiore ampiezza minore frequenza)2. assenza movimenti oculari3. riduzione segnale muscolare

Stadio 41. EEG > 50% delta lento: maggiore ampiezza

minore frequenza (0.5 - 2 Hz)2. assenza movimenti oculari3. riduzione segnale muscolare

Stadio REMsonno paradosso• EEG basso voltaggio, frequenze miste• rapidi movimenti oculari • riduzione segnale muscolare

Microstruttura

Vi è un continuo compromesso tra:conservazione del sonno

bisogno di riposo

risposta a stimoli perturbantisopravvivenza individuo

(apnee, mioclono, rumori molesti)

Prossimo e ultimo passo:quali sono i problemi del sonno!?!?