Ritmi del comportamento e ciclo veglia sonno - Appunti

Mslt: propensione al sonno durante la giornata

Come dimostrare che la propensione al sonno varia in maniera regolare nell’arco della giornata? Un modo possibile consiste nel permettere ai soggetti di addormentarsi molte volte nel corso delle 24 ore, misurando ogni volta quanto tempo impiegano per addormentarsi. Il primo ricercatore che usò l’esame della velocità di addormentamento per determinare la propensione al sonno fu la professoressa Carskadon: precisamente esaminò i livelli giornalieri di sonnolenza in soggetti che, sistemati in una stanza buia e isolata dai rumori, provavano ad addormentarsi ogni 2 ore tra le 10 e le 20. Il test che usò prende il nome di MSLT (multiple sleep latency test), cioè test multiplo della latenza del sonno. Dopo un sonno notturno di 7 ore, il tempo impiegato per addormentarsi era di circa 15 minuti e in molti casi i soggetti non riuscivano ad addormentarsi. Di contro, i soggetti privati della possibilità di dormire si addormentavano molto velocemente nell’arco di 5,7 minuti. Secondo la Carskadon i soggetti tendevano ad addormentarsi più alla svelta durante il pomeriggio e incontravano difficoltà nelle ore serali, tuttavia la misurazione della latenza del sonno ogni 2 ore non bastava a garantire una descrizione precisa dei cambiamenti che si hanno nella propensione al sonno nell’arco della giornata. Così Lavie e collaboratori al Technion svilupparono un'altra tecnica che prese il nome di “esperimento 7/13”: i soggetti arrivavano al laboratorio di sera e passavano la notte svegli, sotto lo stretto e costante controllo degli sperimentatori che non li facevano addormentare.

Alle 7 del mattino successivo, venivano condotti nelle camere da letto, dove dovevano cercare di addormentarsi nel giro di 7 minuti. Durante questo intervallo, si procedeva alla registrazione completa delle onde cerebrali, dei movimenti oculari e del tono muscolare. Alla fine dell’intervallo, i soggetti dovevano lasciare la stanza per 13 minuti, qualunque esito avesse avuto il tentativo di addormentarsi. Alle 7.20 si ripeteva la prova e così ogni 20 minuti fino alle 7 del mattino successivo. In questo modo venivano concessi 72 tentativi di addormentarsi durante la giornata, così da poter delineare l’andamento della sonnolenza quotidiana di ognuno dei soggetti in base alla latenza individuale del sonno in ciascuno dei 72 tentativi. In base ai risultati si scoprì che in una giornata vi erano 3 intervalli in cui la latenza del sonno presentava cambiamenti spontanei: uno nel pomeriggio, uno alla sera e uno di notte. La sonnolenza manifestava un aumento nel pomeriggio, anche in soggetti che in genere non dormivano in quelle ore. Il dato sorprendente però fu il cambiamento del livello di sonnolenza alla sera: nonostante la fatica e l’accumulo di mancanza di sonno, i soggetti trovavano difficile addormentarsi di sera. Più precisamente, per alcuni era impossibile prendere sonno tra le 18 e le 20, ma alle 22.00 si addormentavano nell’attimo stesso in cui chiudevano la porta della loro stanza. Era come se d’un tratto si fosse aperto un “cancello del sonno” che era rimasto chiuso per tutta la sera. Questa è l’espressione che Lavie usò per descrivere il repentino cambiamento da un livello elevato di vigilanza a uno di estrema sonnolenza. Il periodo che precede l’apertura del cancello, durante il quale i soggetti incontrano molte difficoltà ad addormentarsi, è detto “zona interdetta al sonno”: questo periodo è correlato non soltanto con le ore in cui il soggetto evitava di andare a dormire, ma anche con le ore in cui si ha un minimo di incidenti stradali legati al sonno.

Fototerapia

• Trattamento tramite luce.
• Disturbi del ritmo del sonno sia in soggetti turnisti sia in persone che trascorrono la maggior parte del giorno al chiuso.
• Stimoli luminosi intensi possono influire sul sistema circadiano dell'uomo, modificando la fase di diversi ritmi tra cui quelli della temperatura e del ciclo veglia sonno.
• Esposizione per 1 ora a 2500 lux prima di coricarsi determina lo spostamento del picco di secrezione di melatonina di circa 30 minuti.
• Applicazione fototerapia: sedersi a circa 1 metro dalla luce per 1 o 2 ore ogni giorno.
• La luce deve avere intensità di almeno 2500 lux; si comincia con un'ora di esposizione e poi si aumenta fino a 2 ore.
• Durante l'esposizione si può fare qualsiasi attività.
• Non indossare occhialini perché la fototerapia funziona agendo sulla retina.
• Nel giro di qualche giorno già miglioramenti.
• Intensità e la direzione dello spostamento di fase dipendono anche dal momento in cui avviene l'esposizione:
• Effetto di riaggiustamento è maggiore quando l'esposizione alla luce si applica in vicinanza del nadir (picco negativo) della temperatura corporea (intorno alle 4).
• L'effetto è minimo quando si verifica a 180° dal nadir (verso le 16).
• Se l'esposizione alla luce avviene dopo il nadir: anticipo di fase del sistema circadiano.
• Esposizione prima del nadir: ritardo di fase.
• Dopo un volo transmeridiano verso ovest è consigliata un'esposizione tra le 24 e le 4, mentre dopo un volo verso est è consigliata dopo le 4.
• Nell'uomo però ci sono altri zeitgeber importanti quindi quando non può essere applicata la terapia della luce è consigliato ad esempio intensificare la socializzazione con la gente del posto (si accelera il processo di resincronizzazione del sistema circadiano).
• Pazienti depressi consigliati trattamenti fototerapici alla sera prima di coricarsi.
• Pazienti con disturbo affettivo stagionale trattamenti fototerapici con un'esposizione alla sera e una la mattina (risultati rapidi e soddisfacenti).
• Esposizione alla luce in orari sbagliati può causare disturbi di maladattamento circadiano (casi di eccessi maniacali in pazienti depressi dopo trattamento fototerapico. Infatti si sconsiglia la fototerapia in pazienti depressi che hanno avuto episodi maniacali).
• Lampade di fototerapia non hanno filtri per raggi UV.
• Melatonina: ormone prodotto dalla ghiandola pineale.
• Scoperta recentemente e dopo la sua scoperta le vennero attribuite molte funzioni, ma il suo ruolo fisiologico rimane ancora sconosciuto. Il metodo terapeutico con cui si affronta la sindrome di ritardo è cambiato con la scoperta che una luce brillante di almeno 2500 lux influenza l’orologio che controlla il sonno e la veglia e riduce la secrezione di melatonina. Per anticipare la fase del sonno di qualche ora, dalle 4 alle 24 ad esempio, i soggetti devono essere esposti a una luce brillante durante il mattino; per posticiparla, l’esposizione alla luce deve avvenire di sera. La fototerapia si è dimostrata di estrema efficacia per regolare l’orologio biologico. Molti giorni dopo l’ultima esposizione alla luce, di solito si osserva uno spostamento negli orari dei pazienti. Il cambiamento in genere è graduale e sono necessarie 2-3 settimane di trattamento per raggiungere il risultato desiderato. La fototerapia si effettua con una lampada speciale ad alta intensità, oppure con la luce del sole. Quando la si somministra nel momento giusto, la melatonina forza il “cancello del sonno” a seguire un ciclo giorno-notte.

L'eccentricità del sonno Rem

Come si è già detto, il sonno Rem è caratterizzato da una combinazione di cambiamenti fisiologici apparentemente impossibile: scomparsa del tono muscolare, comparsa di onde cerebrali che indicano uno stato di vigilanza durante il sonno, movimenti oculari rapidi, cambiamenti frequenti della respirazione e del polso e comparsa di erezioni del pene nei maschi. Studiando l’attività del sistema nervoso autonomo (SNA) durante il sonno Rem, si è visto che c’è un abbassamento dei livelli di controllo del cervello sui processi fisiologici più vitali. Analizzando poi i meccanismi che regolano la temperatura corporea e i livelli dei gas nel sangue, si è scoperto che funzionano in modo normale in ogni stadio del sonno tranne nel sonno Rem. Nel sonno Rem i termostati del cervello (cellule nervose che consentono i cambiamenti di temperatura) sono disattivati e quindi non trasmettono informazioni ai meccanismi che regolano la temperatura corporea. Una simile disattivazione si ha nelle cellule nervose che misurano i livelli dei gas nel sangue.

Durante il sonno Rem non si registrano cambiamenti nella respirazione fino al momento del risveglio. I cambiamenti che avvengono nel controllo dei processi che regolano l’ambiente interno durante il sonno Rem rafforzano l’idea che il sonno Rem rappresenti una condizione esistenziale insolita, completamente diversa dalla veglia e dagli stati del sonno. Gli studi sulla deprivazione del sonno Rem hanno prodotto 2 importanti risultati:

• Il numero dei risvegli necessario per impedire il sonno Rem aumenta con il prolungarsi della deprivazione. Il motivo è che aumenta la pressione a favore del sonno Rem: appena il soggetto chiude gli occhi e cerca di addormentarsi, entra immediatamente nel sonno Rem. È molto difficile protrarre per più di 5 notti consecutive un esperimento sulla deprivazione del sonno Rem negli esseri umani, poiché dopo la quinta notte i soggetti entrano nel sonno Rem appena si addormentano.
• Esiste un bisogno biologico del sonno Rem. Quando i soggetti possono dormire indisturbati, finito il periodo di deprivazione recuperano il sonno Rem di cui sono stati privati.

Gli effetti della mancanza di sonno Rem

Dement realizzò il suo esperimento in modo quanto mai originale: dovendo controllare i soggetti quasi ininterrottamente, affittò un grande appartamento a New York e ci si trasferì insieme a tutta la famiglia. Il risultato di questo esperimento fu la prova inoppugnabile del fatto che gli esseri umani hanno bisogno del sonno Rem. L’esperimento ebbe grande successo grazie a un'osservazione particolare: uno dei soggetti espresse improvvisamente il desiderio di andare in un locale notturno e di leggere riviste pornografiche, manifestando un interesse per il sesso come non gli era mai capitato in precedenza. Il risultato fornì una specie di prova incontrovertibile del fatto che i sogni sono effettivamente necessari per mantenere l’equilibrio mentale e che impedirli può sconvolgere questo equilibrio. I numerosi tentativi di convalidare i risultati di Dement risultarono, tuttavia, falliti.

Gli studi sui cambiamenti di personalità derivanti dalla mancanza di sonno Rem hanno prodotto una grande varietà di risultati: da vaghi cambiamenti, che consistevano in un atteggiamento di diffidenza e in un'estrema irascibilità, a un deciso miglioramento dello stato mentale di pazienti depressi. Il primo a segnalare quest’ultimo aspetto fu uno psichiatra della Georgia, Gerald Vogel: analizzando il sonno dei pazienti depressi si vide chiaramente che esso differisce da quello delle persone normali. Lo stadio 3 e 4 di sonno profondo compaiono in misura molto scarsa e il sonno Rem fa la sua comparsa prima, dai 20 ai 40 minuti dopo l’addormentamento (la latenza normale è invece di 80-90 minuti). Il primo sonno Rem dura molto più a lungo, è molto più turbolento ed è caratterizzato da un numero straordinario di movimenti oculari.

La tecnica usata in questi esperimenti è semplice: il sonno paradosso di un ratto si può impedire usando la tecnica del “vaso da fiori capovolto”: si prende un vaso da fiori di 7-10 cm di diametro, lo si sistema rovesciato al centro di un contenitore pieno d’acqua e vi si colloca sopra un ratto. A causa del piccolo diametro del vaso, per mantenere la testa al di sopra del livello dell’acqua il ratto è obbligato a usare i muscoli del collo. Da sveglio, se il tono muscolare è normale, riesce a tenere la testa dritta e così pure durante il sonno non paradosso, perché in questi stadi del sonno la tensione muscolare (seppur ridotta) è comunque presente. Quando il ratto entra nello stadio di sonno paradosso, non riesce a tenere dritta la testa, che quindi tocca l’acqua e lo fa immediatamente svegliare.

Cosa succede quando si impedisce il sonno paradosso per periodi più brevi?

Ci sono prove del fatto che in questo caso animali quali i topi e i ratti manifestano un aumento di attività cerebrale. È possibile verificare il fenomeno in diversi modi, per esempio valutando, con la tecnica dell’elettroshock, l’effetto della deprivazione del sonno paradosso sulla soglia di convulsione. Anche gli esperimenti condotti sui gatti provano l’esistenza di una relazione tra sonno paradosso e attività cerebrale. L’equipè di Dement impediva il sonno paradosso svegliando gli animali ogni volta che entravano in questo stadio; dopo un certo numero di giorni, i gatti cominciavano ad avere un comportamento sessuale esagerato e a mangiare sfrenatamente. Dement rilevò che la deprivazione del sonno paradosso nei gatti causava l’attivazione dei sistemi istintivi legati alla sessualità e alla nutrizione. Alla luce di questi risultati si può capire l’effetto terapeutico della deprivazione del sonno Rem sui pazienti depressi: queste persone sono affette da un abbassamento del livello di attività cerebrale e da una diminuzione degli impulsi e qualsiasi aumento di attività migliora le loro condizioni. Altre prove del collegamento tra sonno Rem e attività cerebrale sono giunte da alcune ricerche sulla relazione tra memoria e sonno Rem. Le ricerche hanno mostrato che il consolidamento delle tracce di memoria a lungo termine è associato a un periodo di intensa attività neurale in certe parti del cervello e in seguito a processi biochimici e cambiamenti molecolari strutturali in varie parti del cervello. Molti studi hanno indicato la possibilità che il consolidamento delle tracce di memoria, quanto meno per quel che riguarda alcuni tipi di apprendimento, avvenga durante il sonno Rem. In alcuni studi si è visto che la deprivazione selettiva del sonno Rem o paradosso, danneggia il consolidamento della memoria e quindi dell’apprendimento, in altri che il sonno paradosso aumenta quando il processo di apprendimento è coronato da successo.

Molti studi di questo gruppo sono stati condotti da 3 ricercatori francesi, Hennevin, Bloch e Leconte. I tre ricercatori hanno rilevato che nei topi e nei ratti sottoposti a una gran varietà di prove di apprendimento il sonno paradosso aumenta. Il risultato della deprivazione selettiva del sonno paradosso ha fornito una prova complementare dell’importanza di questo stadio del sonno per l’apprendimento. Il sonno Rem che segue immediatamente l’allenamento è essenziale per il consolidamento delle tracce di memoria. In altri studi, si è osservato, che la deprivazione del sonno paradosso influisce sull’apprendimento di alcuni compiti, ma non di altri. L’esecuzione di un compito molto importante per la sopravvivenza non viene influenzata dalla mancanza di sonno paradosso. È probabile che nell’uomo il sonno Rem sia necessario soltanto per alcuni tipi di apprendimento e di ricordo, e alcuni risultati indicano che in certi particolari compiti intellettuali gioca effettivamente un ruolo. Di recente si è anche scoperto che l’apprendimento intensivo di una nuova lingua da parte dei giovani è legato a un aumento di sonno Rem. Altre prove della relazione tra sonno Rem e capacità intellettuali sono state fornite da esperimenti su bambini con ritardi mentali. In genere in questi bambini il sonno Rem dura meno che nei bambini normali della stessa età ed è caratterizzato da un minor numero di movimenti oculari rapidi. È possibile, quindi, che il sonno Rem sia particolarmente importante per l’apprendimento di tipo procedurale in cui gli esseri umani acquisiscono capacità motorie e percettive. Poiché nei primi mesi di vita i neonati sono impegnati ad apprendere proprio questo genere di capacità, si potrebbe spiegare anche l’abbondanza di sonno Rem in quel particolare periodo della vita.

In anni recenti si sono sviluppate diverse teorie e la più famosa è quella di Crick e Mitchison, i quali sostengono che il ruolo del sonno Rem è l’organizzazione di ricordi. Secondo la loro teoria, il magazzino della memoria si può paragonare a un’immensità di reti nervose dalle innumerevoli giunzioni, in ognuna delle quali sono conservate informazioni collegate tra loro. Queste reti vengono organizzate durante il sonno Rem; le informazioni non indispensabili che si sono raccolte inavvertitamente durante il giorno vengono cancellate. Senza questo processo notturno di cancellazione, probabilmente le enormi quantità di informazioni che raggiungono il cervello ogni giorno “intaserebbero” i banchi di memoria. Gli autori sostengono che i sogni del sonno Rem sono composti dagli elementi destinati a essere rimossi dai banchi di memoria. Secondo questa teoria infine, la deprivazione di sonno Rem negli esseri umani causerebbe gravi sconvolgimenti cognitivi, simili a quelli che si riscontrano nella schizofrenia.

Y.M. – L’uomo senza sonno Rem

Y.M. era indirizzato al laboratorio perché una notte si svegliò terrorizzato. Questo particolare disturbo può derivare da un incubo avvenuto durante il sonno Rem o da una disfunzione, che ha origine nel sonno profondo e di solito è caratteristica nei bambini. Y.M. era un veterano delle Forze della Difesa israeliana e durante la guerra sulle sponde del Canale di Suez, nei primi anni ’60, una granata egiziana gli aveva causato lesioni al cervello. Era costretto su una sedia a rotelle e aveva difficoltà a muovere le mani e a parlare.