altrimondiLa ricerca sul sonno ha compiuto notevoli progressi grazie all’utilizzo di metodologie avanzate come la registrazione poligrafica, nota anche come polisonnografia. Questo approccio multidimensionale consente la misurazione simultanea di variabili fisiologiche fondamentali, tra cui l’attività elettrica cerebrale (EEG), la motilità oculare (EOG), il tono muscolare (EMG), nonché la fisiologia cardiaca e respiratoria. Queste misurazioni consentono un’analisi dettagliata delle diverse fasi del sonno, offrendo una comprensione più chiara dei fenomeni neurobiologici e comportamentali coinvolti. Sebbene la polisonnografia rappresenti il gold standard in termini di oggettività e precisione, è spesso complementata da strumenti soggettivi come i diari e i questionari del sonno.
parliamo di.
Introduzione alla Registrazione Poligrafica nel Sonno
La registrazione poligrafica, o polisonnografia, rappresenta una delle metodologie più complete e oggettive per lo studio del sonno, grazie alla sua capacità di monitorare simultaneamente numerosi indici fisiologici, come l’attività elettrica cerebrale, la motilità oculare, il tono muscolare, l’attività cardiaca e respiratoria. Tuttavia, nel campo della ricerca sul sonno, esistono anche tecniche soggettive che offrono una prospettiva diversa ma complementare. Queste includono strumenti come i diari del sonno o del sogno, il Morningness-Eveningness Questionnaire (MEQ) e il Pittsburgh Sleep Quality Index (PSQI).
Mentre la polisonnografia offre una misurazione precisa e oggettiva delle variabili fisiologiche del sonno, le tecniche soggettive, come i diari del sonno, il MEQ e il PSQI, forniscono un complemento cruciale che permette di cogliere le percezioni individuali e i fattori psicologici associati al sonno. L’integrazione di questi approcci consente una visione più olistica del sonno umano, combinando dati quantitativi e qualitativi per una comprensione più completa e personalizzata.
Indici Fisiologici Monitorati nella Polisonnografia
La registrazione poligrafica (o polisonnografica) rappresenta la metodologia ad hoc impiegata nello studio del sonno, infatti, essa consente la registrazione simultanea di più indici fisiologici:
- attività elettrica corticale (tramite l’elettroencefalografia, EEG),
- motilità oculare (tramite l’elettrooculografia, EOG),
- attività tonica muscolare (tramite l’elettromiografia, EMG),
- attività cardiaca (tramite l’elettrocsrdiografia ECG)
- attività respiratoria.
La scelta di registrare più variabili fisiologiche simultaneamente è alla base del concetto di stato a cui si rimanda per un approfondimento.
Applicazione degli elettrodi EEG mediante una cuffia sullo scalpo. La tecnica consente di posizionare in modo accurato gli elettrodi per il monitoraggio dell’attività cerebrale, essenziale per studi neuroscientifici e applicazioni cliniche.
Vantaggi e Sfide della Polisonnografia
I vantaggi della polisonnografia riguardano la possibilità di valutare precisamente e simultaneamente le diverse variabili fisiologiche e la loro associazione a determinati stati comportamentali.
Purtroppo, la poligrafia dato che richiede l’applicazione di elettrodi e sensori sul soggetto, comporta una certa invasività che può inizialmente disturbare il sonno del soggetto. A tal proposito, è necesario prevedere una notte di adattamento, scartando la prima registrazione e dando la possibilità al soggetto di adattarsi a dormire in laboratorio.
Esplorazione dell’Elettroencefalografia (EEG) nel Sonno
Nascita dell’EEG
Già nel 1875, il medico britannico Richard Caton compì un’osservazione rivoluzionaria. Utilizzando un semplice galvanometro, riuscì a registrare l’attività elettrica del cervello in conigli e scimmie. Caton ipotizzò addirittura che queste fluttuazioni elettriche potessero essere correlate a specifiche funzioni cerebrali.
Fu Hans Berger, un psichiatra tedesco, a fare la vera svolta nel 1928. Partendo dai primi studi di Caton, Berger riuscì a sviluppare l’elettroencefalografo, uno strumento in grado di registrare l’attività elettrica cerebrale in modo più accurato. La sua scoperta segnò la nascita dell’EEG, una tecnica che da allora è diventata uno strumento indispensabile per lo studio del cervello e la diagnosi di numerose patologie neurologiche. Grazie a questo strumento, Berger scoprì le onde cerebrali, in particolare le onde alfa, associate allo stato di rilassamento.
Hans Berger, foto in laboratorio. Grazie all’EEG, Berger dimostrò che il cervello produce ritmici pattern elettrici, come le onde alfa, associate allo stato di rilassamento. Le sue ricerche, basate sui primi studi di Richard Caton, gettarono le fondamenta per la neurofisiologia moderna.
Caratteristiche delle Onde EEG
L’elettroencefalografia (EEG) rappresenta una tecnica fondamentale nell’ambito delle neuroscienze e più in particolare per la ricerca del sonno.,Questa tecnica consenten la registrazione dell’attività elettrica cerebrale tramite elettrodi posizionati sullo scalpo. Questa metodica, non invasiva, si basa sulla rilevazione delle differenze di potenziale elettrico generate dall’attività di popolazioni neuronali, principalmente a livello corticale.
Si utilizzano elettrodi a cupola, generalmente in argento/cloruro d’argento, applicati sullo scalpo con una pasta conduttrice per garantire un buon contatto e minimizzare le interferenze. La disposizione degli elettrodi segue un sistema standardizzato internazionale, il sistema 10-20, che con la sua nomenclatura standardizzata (es. Fp1, F3, Cz, O2), garantisce la riproducibilità e la comparabilità delle registrazioni tra diversi laboratori e studi.
La figura illustra il posizionamento degli elettrodi sullo scalpo secondo il sistema internazionale 10-20, uno standard ampiamente utilizzato nell’elettroencefalografia (EEG). Questo sistema assicura la standardizzazione e la riproducibilità delle registrazioni EEG, permettendo la comparazione dei dati tra diversi laboratori e studi di ricerca.
| Come funziona il sistema 10-20? |
| Il sistema 10-20 prende il nome dal fatto che la distanza tra gli elettrodi è calcolata come una percentuale del 10% o del 20% della distanza tra due punti di riferimento craniometrici fondamentali: il nasion (punto più profondo della depressione nasofrontale) e l’inion (punto più prominente della protuberanza occipitale esterna). Gli elettrodi vengono identificati da una lettera che indica la regione cerebrale corrispondente (F per frontale, P per parietale, C per centrale, T per temporale e O per occipitale) e da un numero che indica la posizione laterale (numeri dispari per l’emisfero sinistro, pari per quello destro) o mediana (Z). Il sistema 10-20 rappresenta uno strumento standardizzato per l’elettroencefalografia, consentendo una precisa localizzazione delle attività cerebrali e garantendo la comparabilità dei dati a livello internazionale. |
Il segnale elettrico captato dagli elettrodi è molto debole e viene amplificato da appositi strumenti. Il segnale amplificato viene poi visualizzato su un monitor e memorizzato in formato digitale per le successive analisi.
L’analisi dell’EEG può essere visiva (interpretazione delle onde da parte di un esperto) o quantitativa (analisi computerizzata delle frequenze e delle ampiezze delle onde).
La riproduzione su carta viene detta elettroencefalogramma, ed è studiata facendo riferimento ad alcune caratteristiche delle onde lasciate sul tracciato:
- Ampiezza: è il voltaggio tra il minimo ed il massimo di un’onda, ed è misurato in milionesimi di Volt (μVolt). L’ampiezza tende ad aumentare proporzionalmente al diminuire della coscienza; dalla veglia attiva fino al sonno profondo.
- Frequenza: è il numero di onde o cicli che si verificano all’interno di un secondo, espresso in hertz (Hz, cicli per secondo).
Le gamme di frequenze rilevate sull’uomo variano generalmente tra 0.5 Hz e 25 Hz. Le frequenze sopra i 15 Hz sono definite “onde rapide”, e quelle al di sotto dei 3.5 Hz sono definite “onde lente” e come sarà discusso successivamente sono le onde tipiche del sonno ad onde lente (SWS). Mentre l’ampiezza aumenta man mano che il sonno diviene più profondo, la frequenza diminuisce.
Bande di Frequenza EEG e i Loro Significati nel Sonno
Dato che nell’uomo, soprattutto durante la veglia, l’elettroencefalogramma mostra aspetti molto complessi, spesso si considerano alcune bande di frequenza (vedi fig. in basso). Queste sono identificate con le lettere dell’alfabeto greco; in ordine di frequenza decrescente sono:
- La banda beta: generalmente sopra i 15 Hz, composta da onde rapide di bassa ampiezza (sotto i 10 microVolt). Si rileva nelle condizioni di elevata vigilanza e di ansietà.
- La banda alfa: compresa tra 8 e 11 Hz, tipica della veglia rilassata e in condizione di scarsa stimolazione delle vie visive.
- La banda theta: riflette uno stato di sonnolenza o sonno leggero, ed è compresa tra 3.5 e 7.5 Hz.
- La banda delta: caratterizza il sonno ad onde lente e ha frequenze sotto i 3.5 Hz. Hanno un’ampiezza elevata (sopra i 100 microVolt) e aumentano notevolmente, quando il sonno diviene profondo.
| Banda di frequenza | Frequenza (Hz) | Stato mentale associato |
|---|---|---|
| Beta | >15 | Veglia attiva, ansia |
| Alfa | 8-11 | Veglia rilassata con occhi chiusi |
| Theta | 3,5-7,5 | Sonnolenza, sonno leggero |
| Delta | 0.5-3,5 | Sonno profondo |
EEG dei diversi stadi di sonno nell’uomo. Durante la veglia è presente attività alfa (soggetto rilassato) e beta (veglia attiva). L’attività theta può essere presente durante lo stadio 1 di sonno. Durante lo stadio 2 di sonno sono presenti i fusi del sonno ed i complessi K. Lo stadio 4 è costituito prevalentemente dalle onde lente (o delta), le quali si riscontrano in quantità minori anche nello stadio 3. Gli stadi 3 e 4 insieme costituiscono il sonno ad onde lente (SWS). L’EEG durante il sonno REM assomiglia a quello dello stadio 1 e presenta una mescolanza di attività beta e theta (Modificato da Horne, 1993). Durante il sonno troviamo inoltre delle peculiari attività EEG transitorie come le “punte al vertice” tipiche nell’attività theta all’addormentamento, i fusi e complessi K che predominano lo stadio 2 del sonno.
Ruolo dell’Elettrooculografia (EOG) nel Monitoraggio del Sonno
L’elettroculografia (EOG) è utilizzata per la registrazione dei movimenti oculari rapidi che si verificano durante la fase REM del sonno.
L’EOG si basa sulla registrazione della differenza di potenziale elettrico che esiste tra la cornea e la retina (potenziale corneo-retinico). Quando l’occhio si muove, questa differenza di potenziale varia, generando un segnale elettrico che può essere rilevato e registrato.
Tipicamente vengono registrate le componenti orizzontale e verticale del movimento oculare. Questo permette di analizzare sia i movimenti saccadici (rapidi e balistici) che i movimenti lenti.
L’EOG è una tecnica non invasiva, in quanto richiede semplicemente l’apposizione di elettrodi sulla cute periorbitale. L’acquisizione dei segnali EOG è relativamente semplice e richiede una strumentazione di base. L’EOG è in grado di rilevare anche piccoli movimenti oculari, offrendo una risoluzione temporale molto buona.
Il segnale EOG può essere influenzato da numerosi artefatti, come i movimenti muscolari della faccia, le palpebre e le ciglia, che possono rendere difficile l’interpretazione dei dati.
Importanza dell’Elettromiografia (EMG) nella Valutazione del Tono Muscolare
L’elettromiografia (EMG) è una tecnica che permette di misurare l’attività elettrica dei muscoli. Durante uno studio del sonno, l’EMG fornisce informazioni preziose sull’attività muscolare, in particolare quella dei muscoli mentonieri. Questi muscoli, situati sotto il mento, sono particolarmente indicativi del tono muscolare generale durante il sonno.
Immaginiamo di collegare degli elettrodi ai muscoli mentonieri di una persona che sta dormendo. Mentre il sonno procede, l’EMG registrerà i segnali elettrici prodotti dai muscoli. Durante le fasi di sonno leggero e profondo, l’attività muscolare sarà ancora presente, anche se ridotta. Tuttavia, durante il sonno REM, fase caratterizzata da sogni vividi e movimenti oculari rapidi, si verifica un fenomeno chiamato “atonia muscolare“: i muscoli volontari si rilassano quasi completamente, impedendo all’individuo di mettere in atto i movimenti che sta sognando. Questo rilassamento muscolare si manifesta come una drastica riduzione dell’attività elettrica registrata dall’EMG .
L’analisi dell’EMG , quindi, permette di identificare con precisione la fase REM del sonno e di valutare la presenza di eventuali anomalie, come ad esempio la persistenza di un tono muscolare elevato durante il REM, che può essere indicativo di alcune patologie del sonno.
In conclusione, l’EMG è uno strumento fondamentale per lo studio del sonno, in quanto fornisce informazioni preziose sull’attività muscolare e sulla presenza di particolari fasi del sonno
Monitoraggio delle Funzioni Cardiache e Respiratorie durante il Sonno
Per ottenere un quadro completo del sonno, oltre all’attività elettrica del cervello (misurata con l’EEG), dei muscoli (misurata con l’EMG) e dei movimenti oculari (misurata con l’EOG), i ricercatori e i clinici spesso includono la registrazione di altre importanti funzioni neurovegative.
Durante un esame polisonnografico, che mira a studiare il sonno in modo approfondito, si utilizzano diversi strumenti per monitorare le funzioni del corpo. Tra questi, l’elettrocardiografo (ECG) svolge un ruolo cruciale per la valutazione dell’attività cardiaca. Per registrare l’ECG, vengono applicati degli elettrodi adesivi sulla pelle del torace del paziente. Questi elettrodi, collegati a un apparecchio di registrazione, captano i segnali elettrici prodotti dal cuore durante il suo ciclo di contrazione e rilasciamento.
Questi segnali elettrici, una volta rilevati, vengono inviati a un computer che li elabora e li trasforma in un tracciato grafico, l’elettrocardiogramma vero e proprio. Questo tracciato mostra l’attività elettrica del cuore sotto forma di onde, ciascuna delle quali corrisponde a una fase specifica del ciclo cardiaco. Durante il sonno, l’ECG permette di osservare diverse variabili. Innanzitutto, si monitora la frequenza cardiaca, ovvero il numero di battiti del cuore al minuto. È normale che la frequenza cardiaca rallenti durante il sonno, soprattutto nelle fasi più profonde, per poi accelerare leggermente durante la fase REM.
Oltre alla frequenza, l’ECG analizza il ritmo cardiaco, verificando che i battiti siano regolari e che non ci siano anomalie come aritmie, ovvero alterazioni del ritmo normale. Queste aritmie possono manifestarsi con battiti troppo veloci (tachicardia), troppo lenti (bradicardia) o irregolari. L’ECG fornisce anche informazioni sulla conduzione elettrica all’interno del cuore, ovvero sul percorso che l’impulso elettrico segue per far contrarre il muscolo cardiaco. Eventuali problemi nella conduzione possono predisporre a disturbi del ritmo.
Un altro parametro fondamentale è la respirazione. Per misurarla, si utilizzano spesso delle fasce elastiche posizionate intorno al torace e all’addome. Queste fasce rilevano i movimenti respiratori e ci permettono di calcolare la frequenza respiratoria, il volume d’aria inspirata ed espirata e di individuare eventuali apnee o ipopnee notturne, ovvero delle pause o delle riduzioni del flusso d’aria durante il sonn
Conduzione di una polisonnografia in ambiente controllato. Il paziente viene sottoposto a una serie di elettrodi per la registrazione simultanea di molteplici parametri fisiologici (EEG, EOG, EMG, flusso aereo, sforzo respiratorio, saturazione di ossigeno, etc.). Tale procedura consente una dettagliata analisi delle fasi del sonno e l’identificazione di eventuali alterazioni correlate a disturbi respiratori, del movimento, e del ritmo circadiano
Conclusioni
La polisonnografia si rivela uno strumento diagnostico di inestimabile valore nello studio e nella comprensione del sonno. Attraverso il monitoraggio simultaneo di diverse variabili fisiologiche – attività cerebrale (EEG), movimenti oculari (EOG), tono muscolare (EMG), attività cardiaca (ECG), flusso respiratorio e saturazione dell’ossigeno – la polisonnografia offre un quadro dettagliato su ciò che accade al nostro organismo durante le ore di riposo.
Questa tecnica non si limita a registrare dati, ma consente di:
- Approfondire la ricerca scientifica sul sonno: La polisonnografia è uno strumento essenziale per la ricerca scientifica sul sonno, consentendo di studiare i meccanismi fisiologici che regolano il ciclo sonno-veglia, di identificare nuovi biomarcatori dei disturbi del sonno e di sviluppare nuove strategie terapeutiche.
- Identificare e diagnosticare i disturbi del sonno: La polisonnografia è fondamentale per la diagnosi di una vasta gamma di patologie, tra cui l’apnea ostruttiva del sonno, l’insonnia, la narcolessia, la sindrome delle gambe senza riposo e i disturbi del ritmo circadiano. La registrazione simultanea di diversi parametri permette di distinguere tra diverse tipologie di disturbi e di quantificarne la gravità.
- Monitorare l’efficacia dei trattamenti: Una volta diagnosticato un disturbo del sonno, la polisonnografia può essere utilizzata per monitorare l’efficacia delle terapie intraprese, come la terapia con CPAP per l’apnea ostruttiva del sonno, la terapia cognitivo-comportamentale per l’insonnia o la terapia farmacologica.
In conclusione, la polisonnografia non è solo un esame diagnostico, ma una tecnica fondamentale per la comprensione e la gestione del sonno e dei suoi disturbi. Grazie alla sua capacità di fornire informazioni oggettive e dettagliate sull’attività fisiologica durante il sonno, la polisonnografia svolge un ruolo cruciale nel migliorare la qualità della vita delle persone che soffrono di disturbi del sonno e nel promuovere la ricerca scientifica in questo importante campo della medicina e della psicologia.
