Privazione totale di sonno nell’uomo

La privazione totale di sonno prevede la totale assenza di sonno per periodi più o meno prolungati. Lo scopo di queste ricerche è determinare gli effetti dei periodi di veglia prolungati sulle funzioni cognitive e biologiche dell’organismo. Negli studi sui ratti è stato osservato che essi soppravvivono circa 21 giorni senza dormire. Per questioni etico-morali gli studi sull’uomo non hanno mai supearato questo limite e come vedremo l’organismo sopporta abbastanza bene lunghi periodi di privazione di sonno (anche 11 giorni), mentre le funzioni più compremesse sono quelle cognitive. Infine, studiando le caratteristiche poligrafiche del sonno  dopo il periodo di privazione (sonno di recupero) e possibile ricavare informazioni utili per capire quale tipo di sonno è maggiormente recuperato e quindi più importante per l’organismo.

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Introduzione

Oggi, questi tipi esperimenti sono condotti in un ambiente controllato quale il laboratorio. Rispetto alle ricerche che utilizzano gli animali, i soggetti umani durante lo studio provano situazioni meno stressanti. Sono, infatti, consapevoli di quello che sta accadendo loro e possono rivolgersi in ogni momento  agli sperimentatori . Anzi, può capitare che i soggetti mostrino più stress prima dell’inizio dello studio (condizione di base), questo perché possono essere eccitati dalla sfida della privazione di sonno o essere preoccupati per le conseguenze spiacevoli che essa comporta.

In generale il soggetto è ben nutrito, sotto l’attenzione dei ricercatori e trascorre una situazione tranquilla. Durantre il periodo sperimentale generalmente è sottoposto ad una serie di registrazioni poligrafiche, e deve effettuare una lunga serie di test per verificare le performance. Cognitive e motorie. Di solito avrà molto tempo libero a disposizione, ma sarà esplicitamente proibito addormentarsi e a tal fine non potrà assumere sostanze eccitanti quali caffeina, nicotina etc.

Prime ricerche di privazione totale di sonno

Da un punto di vista storico le prime ricerche di privazione totale di sonno sono state effettuate in ambito militare. Si tratta di “operazioni prolungate” (battaglie simulate);  in cui gli effetti della privazione di sonno devono tuttavia essere valutati tenendo conto anche di altri elementi presenti in tali situazioni quali sforzi fisici, restrizioni alimentari, ansia da prestazione, impossibilità di un’interruzione volontaria da parte del soldato.

Effetti della privazione di sonno nel corso di missioni militari

Giorni di privazione	Sintomi osservati	Capacità di svolgere gli incarichi
1° giorno	Nessun effetto significativo, alto morale	Ottima
2° e 3° giorno	* Difficoltà a rimanere svegli (soprattutto all’alba) * Difficoltà di espressione * Allucinazioni (parlare da soli, con oggetti) * Alterazioni visive	Discreta, con peggioramento durante la notte
4° giorno (oltre 80h)	Sintomi simili ai giorni precedenti	Buona, dimostrando una notevole capacità di adattamento e resistenza

Durante una missione di addestramento militare chiamata “Il Salto dell’Acrobata”, 64 soldati hanno dovuto affrontare 4 giorni di privazione di sonno.

Nella prima notte non si sono verificati effetti significativi: il morale era alto e tutti i soldati sembravano sopportare bene la mancanza di riposo.

Nella seconda e nella terza notte, invece, sono emersi i primi sintomi: difficoltà a restare svegli soprattutto nelle prime ore del mattino e difficoltà a esprimersi. Alcuni soldati hanno anche riferito di aver parlato da soli o con oggetti scambiati per persone. Si sono manifestate inoltre alterazioni visive, come nel caso di un soldato che vide se stesso marciare in direzione opposta.

Questi disturbi tendevano a raggiungere il picco durante la notte, ma a scomparire gradualmente nel corso della giornata. Infatti, anche dopo 4 giorni (oltre 80 ore senza dormire), i soldati erano ancora capaci di svolgere gli incarichi con efficacia. Questo dimostra una grande capacità di adattamento e resistenza da parte loro.

Il primo e vero esperimento di privazione totale di sonno

Il primo e vero esperimento di privazione totale di sonno è quello di Patrick e Gilbert condotto nel 1896. Nonostante sia una ricerca che ha più di 100 anni, essa colpisce per l’accuratezza della metodologia impiegata. Infatti, i soggetti sono stati sottoposto a ben 14 test ogni 6 ore. Le misurazioni comprendevano: la temperatura corporea, il peso corporeo,  la frequenza cardiaca, la forza del pugno, i tempi di reazioni semplici, la sensibilità al dolore  etc. Inoltre, gli autori hanno hanno preceduto lo studio principale da uno studio pilota in cui un ricercatore (Gilbert) fece da soggetto.

Studio pilota

Nello studio pilota l’unico soggetto (Gilbert), era definito come un “giovane uomo di 28 anni, non sposato, in perfetta salute, di temperamento nervoso, di grande vitalità e attività, abituato a circa 8 ore di sonno dalle 22 alle 6”.

La condizione sperimentale prevedeva 90 ore di privazione totale di sonno seguite da una notte di recupero, durante la quale,  per valutare la profondità del sonno, Gilbert veniva  risvegliato ogni ora  attraverso la somministarzione di stimoli elettrici alla caviglia che aumentavano fino a quando, il soggetto premeva un interruttore per segnalare il risveglio.

Durante la privazione Gilbert non ebbe grossi problemi sebbene:

la seconda notte non si sentisse bene e soffrisse molto la sonnolenza. La terza notte soffrì meno. Il quarto giorno e la sera successiva si senti bene e fu capace di passare il tempo eseguendo le occupazioni abituali.

Patrick e Gilbert, 1896

In particolare a partire dalla 2° notte di privazione i principali effetti che sono stati registrati sono:

• alterazioni visive
• aumento peso corporeo (diminuisce nella prima notte)
• aumento dei tempi di reazione
• diminuzione della vigilanza
• miglioramento dell’ acuità visiva
• aumento sonnolenza in partocolare tra a le 24 e le 12

Notte di recupero

Nel corso della 1° notte di recupero i ricercatori osservarono che la  profondità del sonno era maggiore durante  la 2° ora seguiva la 1° ora ed infine la 3° ora. Nelle 2 notti successive di recupero il sonno supplementare recupearato è stato solo del 25% rispeto al sonno totale perso.

Studio principale

Due settimane più tardi gli autori eseguirono lo studio principale reclutando 2 soggetti volontari di sesso maschile di 24 e 27 anni abituati a 8-9 ore di sonno che furono privati di sonno per 90 ore.

Nel corso del periodo sperimentale i risultati principali sono stati:

• Nessuna presenza di allucinazioni, malattie o malesseri
• I compiti introdotti (addizione, riconoscimento lettere e i test mnestici) furono deteriorati soprattutto in un soggetto
• Presenza di “colpi di sonno” (periodi di estrema sonnolenza o microsonni)
•  Diminuzione della temperatura (in media di circa 0,2-0,4° C, fino anche di 1,5 C per un breve periodo.

Notte di recupero

Nel corso della notte di recupero entrambi i soggetti dormirono dalle 23:15 alle 10:30 e fecero un sonnelino diurno di 45 minuti e 4 ore. In totale un soggetto recuperò il 16% del sonno perso e l’altro il 35%.

Esperimento di Privazione Totale di Sonno (Patrick e Gilbert, 1896)
Studio Pilota
Soggetto Unico	Gilbert, 28 anni, uomo, in salute, abituato a 8 ore di sonno (22:00 – 6:00)
Privazione del Sonno	90 ore di privazione
Test Effettuati	Risvegli durante la notte di recupero con stimoli elettrici alla caviglia
Effetti Osservati	Alterazioni visive, aumento del peso corporeo dopo la prima notte, aumento dei tempi di reazione, diminuzione della vigilanza, miglioramento dell’acuità visiva, aumento della sonnolenza
Notte di Recupero	Maggiore profondità del sonno durante la seconda ora della notte di recupero
Studio Principale
Soggetti	2 uomini, 24 e 27 anni, abituati a 8-9 ore di sonno
Privazione del Sonno	90 ore di privazione
Effetti Osservati	Nessun allucinazione o malessere, deterioramento dei compiti in uno dei soggetti, “colpi di sonno”, diminuzione della temperatura corporea
Notte di Recupero	Dormito dalle 23:15 alle 10:30, sonnellino di 45 minuti e 4 ore, recupero del 16% e 35% del sonno perso

Il periodo più lungo trascorso senza dormire: 260 ore senza sonno!

Il periodo più lungo trascorso senza dormire che è stato accertato è detenuto da Randy Gardner. Uno studente di 17 anni che nel gennaio del 1964 superò il record mondiale di 260 ore (11 giorni) senza sonno tenuto da Tom Rounds di Honolulu.

Nonostante Randy sia entrato nei guinnes dei primati e sia uno dei personaggi più conosciuti tra gli studiosi del sonno,  egli iniziò ad essere seguito da un medico militare locale e dopo poco si aggiunsero  un numero crescente di ricercatori del sonno del calibro di Dement, a partire però solo dalla 150° ora di veglia ininterrotta.

Durante la maratona Randy non usò caffé o altre sostanze stimolanti e arruolò due amici che a turno cercarono di tenerlo sveglio durante l’arco delle 24 ore. I metodi principali utilizzatti per questo obiettivo erano farsi docce fredde e fare attività fisica come camminare, svolgere sport (es. basket) e attività stimolanti (es. giocare ai videogames).

Durante il periodo di privazione, a partire dal 2° giorno iniziarono a comparire disturbi visivi;sensazione di avere gli occhi molto pesanti e stanchi, e difficoltà a concentrarsi, infatti, Randy dovette smettere di guardare la tv in quanto non riusciva più a seguire le trasmnissioni.

Dal 3° giorno sono stati segnalati cambiamenti di umore, disturbi di linguaggio, leggera atassia e nausea.

Durante il 4° giorno, comparvero i disturbi di memoria, e le illusioni visive; Randy  cominciò a vedere “nebbia” attorno ai lampioni stradali e ebbe l’illusione che un segnale stradale fosse una persona. Inoltre, era di umore particolarmente irritabile ed evidenziava mancanza di cooperazione. Ad esempio; immaginò di essere un grande giocatore di football e si arrabbiava se veniva contraddetto.

Nel  5° giorno, invece, è stato osservato un leggero miglioramento (messo in evidenza anche in studi successivi) sebbene persistessero le alterazioni visive.

Durante il 6 ° giorno si aggravarono i disturbi di memoria e concentrazione. Randy era anche molto irritabile, mostrava sintomi di atassia  e scarsa collaborazione.

Nel corso del 7° e  8°  giorno: continuavano i precedenti disturbi.

Mentre nel 9° giorno il  pensierodi Randy era  frammentato, non riusciva a completare le frasi e si aggravarono i  disturbi visivi.

Il 10° e 11° giorno cominciò a credere “che si tentasse di farlo passare per pazzo perché stava dimenticando delle cose”.

Alla fine dell’esperimento, all’esame neurologico di Randy è stato rilevato:

• Leggero strabismo con un nistagmo (movimento involontario a scatti degli occhi)
• Abbassamento delle palpebre (a causa della sonnolenza)
• Volto inespressivo
• Tremori alle mani con bruschi movimenti involontari
• ECG nella norma
• EEG nella norma (estrema sonnolenza)
• Analisi sangue e urina nella norma
• Diminuzione della temperatura corporea di circa 1.0° C

Effetti cognitivi : più colpiti;

• attenzione,
• linguaggio e
• memoria.

Dopo 10 giorni di recupero l’intero quadro clinico si era normalizzato.

Condizione di recupero

Nella condizione di recupero, il sonno di Randy Gardner è stato registrato in laboratorio per tre notti di recupero. Durante la prima notte di recupero Randy dormì 14 ore e 45 minuti e il risveglio avvenne spontaneamente. Randy era in buone condizioni anche se ancora un pò assonnato. Nelle successive due notti di recupero dormì 6 ore e mezza più del normale (4 ore nella seconda notte e 2 e mezza nella terza).

Come si può osservare dalla tabella, globalmente Randy recuperò il 24% del sonno totale perduto: 2/3 dello stadio 4 e ½ del sonno REM. Durante il recupero la quantità di stadio 4 fu cinque volte superiore al valore normale e quella di REM 3 volte superiore al valore normale.

Questi risultati quindi suggeriscono che  gli stadi di sonno che sono stati maggiormente recuperati sono lo STADIO 4 e  il sonno REM.

	stadi di sonno
	1+2	3	4	REM	Sonno totale
Valori Basali	234	42	23	65	364
Sonno totale perduto	2574	462	253	715	4004
Differrenza tra la durata del sonno durante le notti di recupero rispetto ai valori basali
Notte recupero 1	164	91	90	171	516
Notte recupero 2	27	67	44	123	261
Notte recupero 3	-9	56	37	87	171
Totale	182	214	171	381	948
Recupero (%)	7	46	68	53	24

La tabella presenta un’analisi dettagliata dei dati relativi al sonno di Randy Gardner durante le tre notti di recupero successive alla sua prolungata privazione del sonno. Essa offre una panoramica quantitativa dei diversi stadi del sonno, sia in condizioni normali (valori basali) che durante il recupero, evidenziando le differenze e i recuperi avvenuti.
Stadi di sonno: Indica i diversi stadi del sonno: 1+2 (sonno leggero), 3 (sonno profondo), 4 (sonno molto profondo o sonno a onde lente) e REM (movimenti oculari rapidi). Valori basali: Rappresenta la durata media, espressa in minuti, di ciascun stadio di sonno prima della privazione, ovvero in condizioni di riposo normale. Sonno totale perduto: Indica la durata totale, in minuti, di ciascun stadio di sonno non ottenuto durante la privazione. Differenza tra la durata del sonno durante le notti di recupero rispetto ai valori basali: Mostra l’incremento o il decremento, in minuti, della durata di ciascun stadio di sonno nelle tre notti di recupero rispetto ai valori basali. Notte recupero 1, 2, 3: Indica la durata, in minuti, di ciascun stadio di sonno nelle tre notti di recupero. Totale: Rappresenta la somma delle differenze di ciascun stadio di sonno nelle tre notti di recupero. Recupero (%): Indica la percentuale di recupero di ciascun stadio di sonno rispetto al sonno totale perduto.

Ricerche di privazione totale del sonno condotte il laboratorio

In un’altra ricerca, condotta in laboratorio condotta da Pasnau et al., 1968: sono stati utilizzati 4 soggetti  maschi di circa 20 anni (dietro compenso monetario) sottoposti a 205 ore di privazione (circa 9 giorni) e a una serie di misurazioni fisiologiche, endocrinologiche, neurologiche, elettroencefalografiche, psicologiche e comportamentali. I soggetti erano tenuti svegli mediante il tamponamento di alcool sul viso e l’immersione della testa in acqua gelida.

Sorprendemente tutti i soggetti riuscirono a restare svegli per 9 giorni.

In particolare a partire dal 3° giorno è iniziata la sonnolenza estrema (soprattutto tra le 2 e le 4 del mattino).

Dal 4° giorno l’irritabilità e le alterazioni percettive raggiunsero i livelli più elevati tantochè un soggetto durante l’esecuzione di un test monotono iniziò a urlare gettandosi sul pavimento.

Durantre il 5° giorno, i livelli medi alle prestazioni e le interazioni sociali raggiunsero i valori minimi. Tuttavia, al termine di questo giorno, i soggetti mostrarono un lieve miglioramento ( definito come la  SVOLTA DEL QUINTO GIORNO).

Altri risultati interessanti riguardano:

• Aumento della fame (+ 50% della razione normale, vedi esperimenti sui ratti)
• Presenza dei Microsonni: brevi periodi di non risposta della durata di pochi secondi, accompagnata da sonnolenza estrema e da modificazioni EEG che assumono l’aspetto di un sonno leggero.
• Alterazioni percettive
• Diminuzione della temperatura corporea
• Riduzione delle  prestazioni ai test psicometrici

Infine, il sonno dei soggetti è stato registrato durante 3 notti di recupero. In questa condizione, però, i soggetti non hanno potuto dormire liberamente, ma sono state concesse loro 12 ore di sonno la prima notte e 9 ore le due notti successive (12+9+9). Già dopo la prima notte di recupero le sensazioni di stanchezza e le performance ai test psicometrici migliorarono considerevolmente.

Riepilogo dei principali risultati:

Tolleranza alla privazione: Sorprendentemente, i soggetti sono riusciti a resistere a 205 ore di privazione del sonno. Evoluzione dei sintomi: La sonnolenza è aumentata progressivamente, raggiungendo il picco tra il terzo e il quarto giorno. Si sono manifestate anche irritabilità, alterazioni percettive e reazioni violente. Prestazioni: Le prestazioni cognitive e sociali sono peggiorate significativamente, raggiungendo il minimo al quinto giorno. “Svolta del quinto giorno”: A partire dal quinto giorno si è osservato un leggero miglioramento delle condizioni generali. Altri effetti: Aumento della fame, microsonni, diminuzione della temperatura corporea e alterazioni elettroencefalografiche. Recupero: Dopo la prima notte di recupero, si è osservato un rapido miglioramento della stanchezza e delle prestazio

Conclusione

In conclusione, questi studi dimostrano che sono le funzioni cognitive quelle più colpite, mentre l’organismo resiste abbastanza bene alla privazione di sonno (vedi Patrick e Gilbert; Randy Gardner)
A tal proposito, Dement che seguì Randy raccontò che il ragazzo ebbe la meglio in una partita giocata a basket alle 3 dell’ultima notte, indicando che le funzionalità fisica e motoria non erano deteriorate.
Inoltre, è emerso che l’aumento della sonnolenza mostra un profilo circadiano. Infatti, i momenti più difficili ( e di maggiore sonnolenza) sono le prime ore del mattino, momento in cui i valori della temperatura raggiungono il minimo.
I soggetti possono mostrare periodi di sonnolena elevata con assenza di risposte comportamentali agli stimoli (microsonni).
Inoltre, nella maggior parte delle ricerche sulla privazione totale di sonno, i soggeti hanno evidenziato una leggera diminuzione della temperatura corporea e un aumento di appettito.
Infine, quando si permette al soggetto di dormire, il recupero è  prevalentemente a carico dello stadio 4 e REM.