O documento discute os principais conceitos da cronobiologia, incluindo: 1) A definição de cronobiologia como a disciplina que estuda os ritmos biológicos circadianos, infradianos e ultradianos. 2) Os mecanismos do relógio biológico e como ele regula os ritmos circadianos mesmo na ausência de pistas temporais externas. 3) Os principais aspectos do ciclo vigília-sono e como ele é regulado pelo relógio biológico no núcleo supraquiasmático do

1. CRONOBIOLOGIA Prof. Alex Jones Prof. José Martins FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE FERNANDÓPOLIS - FEF

2. Cronobiologia : disciplina que estuda os ritmos biológicos Ritmos Circadianos: vigília-sono (periodicidade em torno de 24h) Infradianos: batimento cardíaco (periodicidade < 24h) 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!

3. Natureza rítmica dos processos biológicos

4. 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.

5. Ritmos Biológicos Vias eferentes Vias aferentes Temporizador externo Claro-escuro Duração do fotoperíodo Temporizador interno Relógio biológico SNC ZEITGEBERS Relógio Biológico Trato retino-hipotalâmico Núcleo-supraquiasmático (HIPOTÁLAMO) Outras áreas do SNC Órgãos efetuadores Ritmos circadianos Órgão fotossensível Glândula Pineal Ritmos infradianos

6. 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.

7. Lesão no NSQ : abole o ciclo vigília-sono e vários outros ritmos

8. 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 TORACICA Coluna intermédio lateral (neurônio pre-ganglionar) HIPOTÁLAMO NSQ  N. paraventricular RETINA Trato retinohipotlamico

9. Melatonina pré-ganglionar N. paraventricular Gl. pineal SNA simpático NSQ RETINA HIPOTÁLAMO pós-ganglionar EPITÁLAMO - - + + + + parada de postura Primavera/Verão Outono/Inverno Regressão Gonadal Indução do sono Diminuição do efeito inibitório do NSQ Diminuição da luz Liberação do SNA simpático

10. 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

11. VIGILIA Estado Consciente Atenção Nível da atenção

12. Estado Inconsciente Fases do sono SONO

13. Desempenho Comportamental Nível de atividade cortical 100% Euforia Coma Sono Vigília Nível máximo de atenção

14. Quando dormimos somos “desligados” de uma vez. E quando acordamos também. Haverá um sistema geral atenuador/ativador do córtex? 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

15. Impulsos visuais FORMAÇÃO RETICULAR SARA Cerebelo Vias descendentes Medula Impulsos auditivos Vias ascendentes Tronco Encefálico

16. 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?

17. O sistema de modulação difuso Participação no ciclo

18. O sistema de modulação difuso

19. 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 &quot;sonolento&quot;. Hiperalerta : estado de hiperatividade autonômica e respostas exageradas (causadas por uso de drogas (anfetaminas, cocaína), abstinência (benzodiazepínicos), ou estresse pós-traumático.

20. 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.

21. 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; Eletrodo superficial Córtex cerebral

22. 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

23. O sono tem dois estados: SONO NÃO-REM 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

24. 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 Sono Estagio I : 4 a 5% Estagio II: 45 a 55% Estagio III: 4 a 6 % Estagio IV: 12 a 15%

25. 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 profundo Predominam as ondas δ; redução do tônus cervical Ambos somam 20 a 40 min) ESTÁGIO 3: Fusos interrompidos por ondas  SONO REM (5 a 15 min) Sono com sonhos O EEG e o EOG se assemelham da vigília VIGILIA: Predominam as ondas 

26. Além das alterações cíclicas do EEG ocorrem oscilações viscerais e somáticas, particularmente durante os episódios de sono REM. Aumento dos movimentos oculares Atonia muscular Aumento da freqüência cardíaca Aumento na freqüência respiratória Ereção peniana

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

28. MECANISMOS NEURAIS DO SONO

29. Ao despertar as ondas cerebrais se tornam rápidas Ativação cortical Percepção sensorial, integração sensório-motora, orientação

30. Animal dormindo : estimulação do SARA  desperta  EEG dessicronizado Animal acordado : estimulação do tálamo  dorme  EEG sincronizado

31. O tálamo

32. 1 2 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 Córtex Tálamo

33. 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

34. 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

35. A atividade talâmica é regulada pelo sistema de modulação difuso Vias aferentes visuais Glu Modo de Transmissão continuo VIGÍLIA EEG de ondas rápidas NGL TÁLAMO Relê tálamo-cortical CÓRTEX CEREBRAL Salvas de PA N. reticular GABA Tronco encefálico FOR ACh SONO EEG de ondas lentas Neurônios colinérgicas do sistema de modulação difuso ?

36. 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

37. Mecanismos neurais do Sono REM Lócus ceruleus (Nor) REM off Núcleos da Rafe (5HT) REM off Núcleo reticular pontino ACh REM On Tálamo Córtex Cerebral PA em salvas Modo de transmissão Sono REM EEG de ondas rápidas Ach Nor 5HT REM REM REM REM REM

38. 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 Drogas anti-histamínicas causam sonolência Hipotálamo anterior GABA A atividade GABAergica do HA inibe o HP e induz o sono Coma permanente Sincronização do EEG

39. 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.

40. GH N. paraventricular NSQ RETINA HIPOTÁLAMO Adeno-hipófise + Diminuição do efeito inibitório do NSQ Liberação da atividade de núcleos hipotalâmicos neuroendócrinos. - + + Durante o sono há estimulação para o aumento de GH

41. 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

42. RITMOS BIOLÓGICOS

43. CRONOBIOLOGIA [email_address] Fernandópolis, 2009 FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE FERNANDÓPOLIS - FEF