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Il sonno è una funzione biologica basilare, come alimentarsi e respirare

Il sonno esiste in tutti gli esseri viventi in forma più o meno evoluta

Senza sonno si morirebbe

Teorie sul sonno

• Varie teorie: fondamentalmente come riposo indotto dalla fatica e dall’assenza di stimoli e di comportamenti

• Moruzzi & Magoun (1949-50): lesioni a porzioni diverse della formazione reticolare del tronco dell’encefalo inducono o riducono il sonno

• Dement et al. (1950): scoperta di due tipi di sonno: REM e nREM.

Teorie sul sonno

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POLISONNOGRAFIA

Si monitorizzano simultaneamente:

EEG (attività cerebrale)

ECG (attività cardiaca)

EMG (tono muscolare)

EOG (movimenti oculari)

Nel 1968, Rechtschaffen e Kales inventarono la polisonnografia ma il termine ‘polisonnografia’ fu introdotto nel 1974 da Holland e colleghi.

SONNO ED EEG L’ETA’ D’ORO DELLA MEDICINA DEL SONNO

 Iniziò dopo le scoperte delle onde EEG nell’animale (Caton, 1875)

 Il primo studioso a registrare l’EEG nell’uomo fu il tedesco Hans Berger, che iniziò ad interessarsi all’attività elettrica del cervello nel lontano 1902

 Anche l’italiano Mario Gozzano, nel 1935, scrisse un’importante lavoro sulle registrazioni EEG sulla corteccia del cane

 Nel 1937 Loomis e colleghi scoprirono che le differenti fasi del sonno provocano modificazioni dell’EEG

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Un segnale può essere definito come una funzione che contiene informazione, in generale

riguardo allo stato o al comportamento di un sistema fisico.

Anche se i segnali possono essere rappresentati in molti modi, l'informazione è sempre contenuta

nelle variazioni di una o più grandezze in qualche dominio (tempo, spazio, ...)

Matematicamente un segnale è rappresentato come funzione di una o più variabili indipendenti

SONNO ED EEG SEGNALE EEG potenziale elettrico dell’attività del cervello

registrato sullo scalpo con elettrodi di superficie

4 frequenze base

le caratteristiche dell’EEG dipendono dallo stato di vigilanza casuale banda 0.1 Hz - 50 Hz, ampiezza 5 μV - 100 μV

stazionario per brevi tratti non periodico ma spesso con un ritmo prevalente

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Si usa il collodio per favorire la conduzione e ridurre l’impedenza

Ciascun elettrodo è connesso all’input di un amplificatore differenziale (un amplificatore per ogni coppia di elettrodi) che amplifica notevolmente il voltaggio di per sé modesto

Sistema internazionale 10 - 20 EEG E SISTEMI DIGITALI

L’applicazione dell’analisi di Fourier all’EEG consente la separazione dei vari ritmi e la stima delle loro frequenze, indipendentemente l’una dall’altra

Che cosa fa in sostanza l’analisi di Fourier all’EEG? È simile a ciò che accade alla luce quando passa attraverso un prisma di vetro Il raggio di luce si decompone nelle principali componenti e si ottiene così lo spettro

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I coefficienti di Fourier rappresentano l’ampiezza e la fase per ciascuna delle frequenze delle onde componenti. La somma dei quadrati dei coefficienti a una data frequenza forniscono la potenza a quella frequenza

Il diagramma delle frequenze fornisce lo spettro di frequenza dell’EEG, che permette di determinare il contributo relativo che le varie frequenze danno all’onda nella finestra di tempo analizzata

ANALISI DI FOURIER Trasformata di Fourier, 1811 L’analisi spettrale si basa sull’analisi di Fourier, secondo cui qualsiasi onda può

essere scomposta in una somma di onde sinusoidali, che sommate ‘ricostruiscono’ l’onda originale

Ampiezza: ampiezza del picco in una data banda di frequenza

Potenza: somma di tutte le ampiezze di una data banda di frequenza

Spettro o densità spettrale: distribuzione della potenza del segnale in funzione della frequenza f

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UN SEGNALE EEG, DESCRITTO OGNI ISTANTE DA UNA FORMA D’ONDA x(t), GRAZIE ALLA TRASFORMATA DI FOURIER PUO’ ESSERE SCOMPOSTO

IN UNA SOMMA DI COMPONENTI DETTE ARMONICHE.

SI OTTIENE COSI’ LA ‘TRASFORMATA’ DEL SEGNALE, OVVERO LA FUNZIONE X(f) CHE RAPPRESENTA LO STESSO SEGNALE EEG DESCRITTO

PERO’ NEL DOMINIO DELLE FREQUENZE

LA PRIMA ARMONICA HA FREQUENZA PARI ALL’INVERSO DELLA DURATA DEL SEGNALE

TRASFORMATA DI FOURIER QUESTE FORMULE MOSTRANO IL PASSAGGIO DAL DOMINIO DEL TEMPO x(t) AL DOMINIO

DELLA FREQUENZA X(f) E VICEVERSA

Il segnale EEG è ‘equivalente’ ad una somma di sinusoidi, ognuna con una certa ampiezza e

frequenza

Analisi Spettrale

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‘Equivalenza’ tra EEG e somma di sinusoidi

Si ottiene una rappresentazione chiamata “spettro di ampiezza”

La trasformazione di Fourier è reversibile (o bidirezionale) È solo una diversa rappresentazione dei dati originali

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EEG E STADI DEL SONNO Veglia

Onde Beta Onde Alfa

 Veglia rilassata  Attività SINCRONIZZATA  Tra gli 8 e i 12 Hz

 Veglia attiva  Attività DESINCRONIZZATA  Tra i 13 e i 30 Hz

EEG E STADI DEL SONNO Veglia

Onde Beta Onde Alfa

Stadio 1 Onde Theta

Passaggio tra veglia e sonno

Tra i 3,5 e i 7,5 Hz

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EEG E STADI DEL SONNO Veglia

Onde Beta Onde Alfa

Stadio 1 Onde Theta

Stadio 2 Fusi del sonno Complessi K

Onde Theta

 Protettori del sonno  Tra i 12 e i 14 Hz  Sono presenti anche negli altri stadi del sonno n-REM

 Protettori del sonno  Sono presenti solo in questo stadio

EEG E STADI DEL SONNO Veglia

Onde Beta Onde Alfa

Stadio 1 Onde Theta

Stadio 2 Fusi del sonno Complessi K

Stadio 3 Onde Delta

Stadio 4 Onde Delta

  inferiore ai 3,5 Hz

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EEG E STADI DEL SONNO Veglia

Onde Beta Onde Alfa

Stadio 1 Onde Theta

Stadio 2 Fusi del sonno Complessi K

Stadio 3 Onde Delta

Stadio 4 Onde Delta

REM Onde Theta Onde Beta

Architettura del Sonno • Il sonno è costituito da 4-6 cicli di sonni

non-REM e REM

• Il sonno non-REM costituisce circa il 75% del tempo totale di sonno

• Il sonno REM costituisce circa il 25% del tempo totale di sonno

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La principale funzione del sonno ad onde lente è di far riposare il cervello

Forse il sonno REM e il sogno servono alla cancellazione e/o consolidamento delle informazioni in memoria, favorendo lo sviluppo cerebrale e l’apprendimento.

Perché dormiamo? 3 soggetti non dormono per 90 h: Sonnolenza vincibile solo con stimoli forti

Illusione visive Tempi di reazione e memoria diminuiscono Forza muscolare diminuisce Acutezza visiva aumenta Presenza di microsonni Recupero rapido

Esperimento più lungo: Randy Gardner, 1964, non dormì per 11 giorni di fila (Guinnes dei Primati)

DEPRIVAZIONE DI SONNO

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Insonnia fatale familiare

Disturbo neurologico ereditario Degenerazione talamica Primi segnali -> riduzione dei complessi K

e dei fusi del sonno Poi -> scomparsa del sonno ad onde lente Deficit di attenzione e memoria Stato confusionale e sognante Perdita di controllo del SNA Insonnia

Sonno e Sogno

Sembra che la maggior parte dei sogni si verifichi al risveglio dal sonno REM (sogni carichi di emotività) e la restante al risveglio dal sonno non-REM (sogni più realistici)

• Mandsen et al. (1991): elevata attivazione della corteccia visiva e bassa attivazione della frontale inferiore.

• McCarley e Hobson (1979): le aree corticali motorie si attivano durante i sogni che contengono movimento

• Hong et al. (1996): attivazione delle aree coinvolte nel linguaggio quando si sogna di parlare

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Sonno-Veglia

• Benzodiazepine: promuovono il sonno

• Antinfiammatori: interferiscono con il sonno

• Citochine: aumentano la temperatura e la sonnolenza

• Adenosina: neurotrasmettitore nucleosidico, si accumula negli stati di deprivazione di sonno

• Melatonina: sincronizza i ritmi circadiani

Arousal Quatto sistemi:

1.   Aceticolinergici: neuroni ACh producono desincronizzazione corticale

2.   Noradrenergici: del locus coeruleus sono implicati nel controllo del sonno REM; aumenta la vigilanza

3.   Serotoninergici: i neuroni del nucleo del Rafe sono coinvolti nell’attivazione dei comportamenti automatici.

4.   Istaminergici: nel nucleo Tuberomammillare producono attivazione corticale

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Encèphale isolè

Cerveau isolè

Sonno nREM

EEG mostra segni di alternanza tra gli stadi

di veglia e sonno tracciato costante di sonno senza

alcun segno EEG di veglia

Area preottica ventrolaterale

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Sonno REM

• Agonisti ACh: facilita sonno REM

• Antagonisti ACh: Allunga gli intervalli tra le fasi REM

Sonno REM

Perdita atonia muscolare

e/o Sonno REM

•  Desincronizzazione: neuroni ACh ponte -> talamo -> formazione reticolare -> neuroni ACh proencefalo basale

•  Movimenti oculari: neuroni ACh ponte -> motoneuroni tetto

•  Atonia: neuroni ACh regione sub-LC -> nucleo magnocellulare bulbare -> motoneuroni spinali

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Disturbi del sonno

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Insonnia Apnea ostruttiva del sonno

•  Ostruzione delle vie aeree superiori •  Sonno non ristoratore •  Sonnolenza diurna •  Complicanze cardio-vascolari •  Frammentazione del sonno •  Corretta chirurgicamente o con

l’applicazione di una speciale mascherina

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Sonno cronicamente insufficiente

• Fasi del sonno normali ma si rimane svegli per molto tempo • Più frequente negli uomini fra i 30 e i 60 anni • Sonnolenza diurna • Minori ore di sonno rispetto al fabbisogno del soggetto

Narcolessia 1.   Sonnolenza diurna o Attacco di sonno

Lin et al. (1999): la mutazione del gene che produce i recettori per

il neuropeptide orexina (o ipocretina) è responsabile della

narcolessia nei cani. Completa assenza nel liquor

cerebrospinale dell’orexina in 7 su 9 pazienti narcolettici.

Antidepressivi

2.   Inizio sonno REM (sintomo patognomico)

4.   Cataplessia 3.   Paralisi nel sonno

5.   Allucinazioni ipnagogiche

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REM senza atonia I pazienti che soffrono di REM senza atonia

mettono in atto comportamenti che corrispondono al contenuto dei loro sogni.

Origine genetica o lesione cerebrale.

Benzodiazepina (Clonazepam)

Disturbi sonno onde lente

1.   Enuresi notturna 2.   Sonnambulismo 3.   Sonniloquio 4.   Pavor nocturnus 5.   Risvegli confusionali

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• Non alterano significativamente la struttura del sonno

• Evoluzione benigna (risoluzione spontanea entro l’adolescenza)

•  Importante un’anamnesi dettagliata sui sintomi, orari, periodicità degli episodi

Enuresi notturna

•  Prevalenza: 15% a 5 anni, 10% a 6 anni, 3% a 12 anni •  Maschi : femmine = 10 : 1 •  Alta familiarità •  Patogenesi:

–  Ritardo di maturazione dei meccanismi della continenza –  Ridotta o mancata risposta all’arousal –  Errato addestramento sfinterico –  Cause psicologihe (periodi di stress, equivalente depressivo) –  Fattori organici (1-2%): genito-urinari, neurologici,

endocrinologici •  Spesso associata con autismo, parasonnie nonREM

“Una o più minzioni involontarie in un mese, durante il sonno, in bambini > 5 anni, in assenza di: diabete o epilessia. •  Primaria: senza periodi di continenza •  Secondaria: dopo almeno 6 mesi di continenza Può associarsi a sintomi diurni

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Sonnambulismo

•  Esordio a 4-8 anni con picco a 12 e scomparsa in adolescenza

•  Elevata familiarità per sonnambulismo o altri disturbi dell’arousal

•  Esordio in sonno nonREM,

Movimenti automatici più o meno complessi (dal sedersi al letto al correre per la casa), che possono

sembrare finalizzati. Può associarsi vocalizzazione spesso

incomprensibile. Il bimbo può diventare aggressivo se bloccato.

Durata media: 10 minuti.

Sonniloquio

•  Frequente nell’infanzia •  Spesso associato con febbre o stress •  Spesso associato con altre parasonnie •  Non necessita di terapia. Può essere bloccato

cambiando posizione al bambino.

Verbalizzazione con linguaggio più o meno strutturato.

A volte preceduta da stimoli acustici.

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Terrori notturni (Pavor nocturnus)

•  Durata pochi minuti •  Amnesia post-episodio •  Esordio: 2-4 anni con picco fra 5-7, terminano con

la crescita •  Familiarità per altre parasonnie (96%) •  Più frequente nei maschi

Esordio improvviso con urla, intensa agitazione, sintomi autonomici (sudorazione, pallore,

tachicardia). Il bambino ha sguardo fisso, non risponde agli

stimoli esterni. Sembra terrorizzato, piange ed è inconsolabile.

Risvegli confusionali

•  Durata: da pochi minuti a un’ora •  Esordio prima dei 5 anni •  Frequente associazione con altri dist. dell’arousal •  Alta familiarità •  Più frequente in famiglie di “profondi dormitori” •  Raramente associato a lesioni organiche del SNC

Il bambino sembra sveglio ma è confuso, disorientato non risponde molto agli ordini. Inizia

con un lamento e prosegue con il pianto.

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Terapia dei disturbi dell’arousal •  Se più rari di 1/settimana e non rischio di incidenti:

–  Tranquillizzare i genitori –  Consigli per la sicurezza della casa –  Regolarità degli orari di sonno ed evitare la deprivazione –  Non svegliare il bambino –  Risvegli programmati (circa 15 min. prima dell’episodio) –  Event. psicoterapia (se sospetto di problemi psicologici)

•  Se più frequenti di 1/settimana con rischio di incidenti: –  Farmaci:

•  Benzodiazepine: stabilizzano il sonno e sopprimono gli stadi 3-4 nonREM

• Antidepressivi triciclici: molti effetti collaterali •  5-OH-triptofano (50-100 mg prima di coricarsi): agisce

positivamente sul sistema serotoninergico, non altera il sonno ed privo di effetti collaterali.

Altre parasonnie Bruxismo

•  Cause: malocclusioni, stress, ansia, distonie mandibolari •  Prevalenza: 10-50% •  Esordio tra 10 e 20 anni •  Più frequente nei bb con ritardo mentale e paralisi

cerebrale infantile •  In tutte le fasi del sonno, + spesso nel fase 2 nonREM

Contrazione involontaria e ripetitiva, in sonno, dei muscoli masseteri, temporali e pterigoidei. Episodi di 5-15 secondi che si ripetono durante il sonno

(tipico suono del “digrignare i denti”). Al risveglio possibile dolore alle tempie; a volte lesioni gengivali e dell’articolazione temporo-

mandibolare