Organizzazione del sonno.

Da oltre 50 anni sappiamo che il sonno non è una condizione fisiologica relativamente costante (Aserinsky e Kleitman, 1953), infatti mostra una struttura, che può essere descritta secondo tre macro-livelli: lo stato, il ciclo e l’episodio (Salzarulo et al., 1998).

Stato di Sonno.

La registrazione poligrafica come detto in precedenza è uno strumento essenziale nella ricerca del sonno. Esso, infatti, ci fornisce la registrazione on-line di numerose variabili fisiologiche (EEG,ECG,EMG,EOG, frequenza respiratoria), permettendo di classificare lo stato comportamentale in cui si trova il soggetto.

All’interno di un episodio di sonno,  sono distinguibili, due stati principali che rientrano all’interno della definizione di stato comportamentale : il sonno REM e il sonno non-REM ( NREM ). Il sonno NREM e REM possono essere discriminati anche grazie all’osservazione comportamentale. Cioè, analizzando alcuni aspetti del comportamento del soggetto; come ad esempio, il tono muscolare che è più rilassato nel sonno REM rispetto al NREM, la frequenza cardiaca e respiratoria che sono accellerati e irregolari durante le fasi di sonno REM. Inoltre, il sonno REM si caratterizza per la presenza di movimenti oculari rapidi (REMs) nei tracciati EOG. Questi movimenti possono essere raggruppati in burst o salve. Questo fenomeno non è presente nel sonno NREM, che è caratterizzato invece da movimenti oculari lenti (SEMs) durante le fasi di addormentamento e di sonno leggero.

Grazie alla poligrafia, possiamo studiare durante il sonno numerose variabili fisiologiche del soggetto permettendo di classificare il sonno NREM in ulteriori 4 stadi; stadio 1,  stadio 2, stadio 3, stadio 4 secondo la classificazione di Rechtschaffen & Kales (1968).

Stadi del sonno non-REM (NREM)

Nel sonno NREM ,  il tono muscolare è presente, le frequenze cardiache e respiratorie sono inferiori a quelle rilevate nel sonno REM ed il loro ritmo è regolare. La diversa attività EEG che si registra durante questo stato di sonno, nell’uomo adulto, ha originato la distinzione al suo interno di quattro fasi:

Stadio 1 :

Caratteristico dell’addormentamento, presenta una diminuzione del ritmo alfa e dalla comparsa in più del 50% del tracciato dal ritmo theta. Si verificano, inoltre, diverse rotazioni degli occhi, con i globi oculari che ruotano in alto ed in basso, mentre le palpebre si aprono e chiudono alcune volte. Possono essere presenti dei movimenti oculari lenti (SEMs). Lo stadio 1 occupa circa il 5% del sonno totale e saltuariamente può comparire uno stato mentale simile al sogno (immagini ipnagogiche).

Stadio 2

E’ considerato come un “sonno leggero”, i ritmi EEG mostrano ancora una prevalenza di onde theta, ma compaiono anche i fusi del sonno e i complessi K . I primi hanno una frequenza di 12-16 Hz (ritmo sigma), mentre i secondi sono componenti bifasiche costituite generalmente da una serie di onde positive ampie ed aguzze, seguite da un’onda negativa più lenta ed ampia. Infine, si osserva una diminuzione del tono muscolare antigravitario e assenza di movimenti oculari sia rapidi sia lenti. Buona parte del sonno umano, circa il 45%, è composto dalla stadio 2.

Stadio 3

Rappresenta solo il 7% del sonno di un adulto giovane e costituisce una fase di transizione tra lo stadio 2 e lo stadio 4; contiene attività delta che occupa circa il 20 – 50% del tracciato EEG.

Stadio 4

E’ il sonno più “profondo”; l’attività cerebrale dominante è costituita dalle onde delta (più del 50% del tracciato EEG) miste a onde theta e saltuari fusi. L’ EMG si riduce ulteriormente ed i movimenti oculari sono assenti.

Attualmente lo stadio 3 e 4 sono raggruppati insieme sotto la definizione di sonno ad onde lente ( Slow Wave Sleep, SWS ).

Sonno REM

Il sonno REM  è stato scoperto nel 1953 ad opera di Aserinsky e Kleitman i quali per la prima volta registrarono contemporaneamente l’EEG e l’EOG.

Tracciati EEG durante il sonno REM

La somiglianza dei tracciati EEG della veglia e del sonno REM, ha fatto sì che esso sia stato definito anche come sonno paradosso (Jouvet, 1965) o desincronizzato .

Questo tipo di sonno è caratterizzato da un elettroencefalogramma desincronizzato che mostra un tracciato ad elevata frequenza e basso voltaggio con frequenze miste (ritmo theta simile allo stadio 1 e alla veglia), onde monofasiche negative dal ponte, dal nucleo genicolato laterale e dalla corteccia occipitale (onde ponto-genicolo-occipitali o PGO).

Tracciati EOG durante il sonno REM

A livello EOG si assiste alla comparsa di movimenti oculari rapidi (da cui la sigla REM: Rapid Eye Movements), che spesso sono raggruppati in salve (dette anche REMs burst o REMs bouffées) di 3-10 movimenti ravvicinati, molto rapidi, che possono ripetersi più volte con intervalli tra i 5 e 10 secondi. In corrispondenza dei REMs burst si ha anche un’accentuazione dell’instabilità neurovegetativa e del ritmo cardiaco e respiratorio

Tracciati EMG durante il sonno REM

Inoltre, si rileva atonia del tono posturale, variazioni neurovegetative con aritmie respiratorie e cardiache, diminuzione della pressione arteriosa sistemica e un aumento dell’afflusso sanguigno al cervello che potrebbe essere legato al fatto che durante il sonno NREM l’organismo non è in grado termoregolare in modo efficiente.

Termoregolazione durante il sonno REM

Grazie alla termoregolazione, infatti, gli animali omeotermi sono in grado di mantenere pressoché inalterata la propria temperatura corporea anche in condizioni di temperatura ambientale non ideali. La temperatura corporea è mantenuta costante a bassa temperatura ambientale dalla vasocostrizione  cutanea e dalla comparsa del brivido  muscolare. A elevata temperatura ambientale dalla vasodilatazione  cutanea e dalla sudorazione nell’uomo, o dalla polipnea termica nell’animale. Queste risposte termoregolative ai cambiamenti ambientali sono abolite nel corso del sonno REM mentre permangono nel sonno NREM (Parmeggiani e. Rabini.,1970) dell’animale sperimentale.

Spiegazioni funzionali del sonno REM e il suo ruolo nel risveglio

Secondo alcuni autori (Morrison) il sonno REM è un tipo di vigilanza esagerata in cui l’animale immobilizzato prova un gran numero di “sorprese” (cervello fortemente attivo in un corpo paralizzato). In particolare le attività fasiche presenti in REM quali REMs, onde PGO potrebbero essere l’espressione del fenomeno noto in veglia come “ risposte di orientamento ”.

Queste risposte sono riscontrate in particolare quando qualcosa di inatteso cattura la nostra attenzione. Ad es. un rumore inaspettato ci fa “raddrizzare le orecchie”, un improvviso movimento nel campo periferico visivo provoca la rotazione della testa verso lo stimolo

Il sonno REM è spesso considerato quello stato di sonno in cui si colloca più facilmente il risveglio al mattino, quando i periodi di REM si allungano. Inoltre, le sue peculiarità lo hanno reso argomento di molti dibattiti che lo hanno spesso legato ai processi mnestici.

Studiare la progressione del sonno con l’ipnogramma

Di solito nell’uomo l’andamento dei diversi stadi di sonno è rappresentato graficamente attraverso l’ ipnogramma (vedi figura di seguito), dove sull’ascissa sono riportate le ore di sonno, mentre sull’ ordinata gli stati di sonno.

Dagli ipnogrammi è possibile estrarre delle caratteristiche generali del sonno che nel giovane adulto sono: la progressiva discesa allo stadio 4 subito dopo l’addormentamento, una ciclicità regolare di circa 90 minuti del sonno REM e degli altri stadi, la prevalenza degli stadi 3 e 4 di sonno nella prima metà della notte e un aumento progressivo di sonno REM soprattutto durante la seconda metà della notte che raggiunge l’episodio più lungo al mattino, prima del risveglio (Horne, 1993).

Per quanto riguarda la progressione del sonno in generale l’ingresso nel sonno è caratterizzato dallo stadio 1: ad esso seguono progressivamente lo stadio 2, lo stadio 3, e lo stadio 4. Infine, un breve ritorno allo stadio 2 preannunzia l’inizio della fase REM. Alla fine dello stadio REM il soggetto può passare direttamente allo stadio 2, oppure può presentare un breve risveglio. Quest’ultima evenienza si manifesta soprattutto nella fasi REM successive a quelle del primo ciclo (Merica & Gaillard, 198).

I cicli di sonno REM-NREM

Durante il sonno, l’intervallo di tempo che separa un episodio REM dal successivo, è notevolmente costante all’interno di ogni specie e sembra essere correlato con le dimensioni del cervello: più grande è il cervello, maggiore è tale intervallo. La sequenza REM-NREM costituisce un ciclo che nell’uomo adulto ha una durata di circa 90-100 minuti, e si ripete nel corso della notte 4-5 volte (Horne, 1993).

Il significato del ruolo funzionale del ciclo REM-NREM e della sua ripetizione nel corso dell’episodio di sonno è ancora dibattuto, ma sembra costituire una caratteristica basilare del sonno (Kobayashi et al. 1985). Il ciclo, infatti, si è dimostrato legato a manifestazioni biologiche quali i processi anabolici e di sintesi proteica (Salzarulo e Fagioli, 1995).

Non da molto tempo, inoltre, è stato dimostrato un possibile legame tra ciclo e processi cognitivi, in particolare con la memoria (Mazzoni e coll. 1999). Questo studio ha seguito l’ipotesi speculativa secondo cui i cicli sarebbero in grado d’incrementare il processo di sintesi proteica, che a sua volta, favorirebbe la memoria attraverso la realizzazione del potenziamento a lungo termine (Mattheis, 1982; Barondes, 1983; Bliss e Collinridge, 1993). Risultati promettenti sono stati trovati da Ficca e collaboratori (2000). Nel loro studio hanno potuto constatare che il ricordo di coppie di parole era significativamente inferiore nei soggetti che avevano avuto una frammentazione sperimentale dei cicli NREM/REM rispetto ai soggetti senza interruzione dei cicli.

Infine, negli ultimi anni, a partire dagli studi di Jouvet (1995, 1996) è stata rilevata l’importanza “neurobiologica” del ciclo; infatti, le strutture e sostanze neurochimiche che controllano il sonno sono altamente organizzate in modo tale che ognuna di esse è necessaria affinché la successiva possa manifestarsi.  Ciò, mette in luce lo stretto legame e dipendenza che ogni stato ha con tutti gli altri (Salzarulo e Ficca, 2004).

L’episodio di sonno.

 Nel giovane adulto, l’episodio di sonno ha una durata media di circa 7-8 ore ed è situato abitualmente nel periodo notturno. Esso è composto da sonno NREM nella proporzione del 75-80% e da sonno REM per il restante 20-25%. La quantità totale di SWS invece, occupa circa 100 minuti e tende a rimanere stabile anche se la durata di sonno si modifica. All’interno di un episodio di sonno, comunque, s’instaurano delle brevissime interruzioni caratterizzate dalla presenza d’arousal, che generalmente non sono ricordati e percepiti dai soggetti. (Salzarulo e Ficca, 2004).

In molte specie animali, uomo compreso, l’alternanza sonno – veglia è regolata da diverse componenti: permissiva, circadiana e omeostatica (Borbely e Tobler, 1985)

Componente permissiva: la condizione ambientale può fortemente influenzare il sonno; la luce e la temperatura, infatti, hanno sicuramente la capacità di modificare il sonno di molti mammiferi. Nel ratto ad esempio, l’esposizione a brevi periodi di luce o un aumento di temperatura ambientale accresce significativamente la quantità di sonno (Mancia, 1996)

Componente circadiana: molti ritmi biologici negli animali mostrano una periodicità di circa 24 ore (Wever, 1979), e per tale motivo sono detti circadiani. Questo tipo di periodicità oscilla nel corso della giornata tra un valore massimo detto acrofase o zenit ed un minimo detto nadir o batifase.

Il nucleo soprachiasmatico, localizzato nell’ipotalamo anteriore, è considerato il principale marcatempo circadiano che regola diversi ritmi biologici tra cui la temperatura corporea (Eastmann et al., 1984) e la variazione di secrezione di diversi ormoni come il cortisolo (Moore e Eichler, 1972), l’adrenalina (Von Heuler e Holmqvist, 1934) e la melatonina (Moore e Klein, 1974).

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By altrimondi

S.Aboudan PhD in Psicofisiologia del sonno Università degli Studi di Firenze

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