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RITMOS BIOLÓGICOS

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CRONOBIONOGIA: disciplina que estuda os ritmos biológicos

Ritmos

a) Circadianos: vigília-sono (periodicidade em torno de 24h)

b) Ultradianos: batimento cardíaco (periodicidade < 24h)

c) Infradianos : ciclo menstrual, ciclo das marés (periodicidade > 28h)

Marcapassos: osciladores primários, que exibem ritmicidade geneticamente

determinada, auto-sustentada, endógena, mesmo na ausência de pistas temporais

externas (= relógio biológico).

EX: pessoas mantidas em cavernas por períodos de várias semanas ou meses continuam

dormindo e acordando com uma periodicidade de aproximadamente 25h!

http://www.crono.icb.usp.br/

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Natureza rítmica dos processos biológicos

A cigana adormecida". Henri Rousseau

O sono faz a gente perder contato, temporariamente, com

mundo externo...

O sono nos faz perder tônus

muscular...

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Relógio ambiental =temporizador externo

A privação de temporizadores externos (ritmo claro-escuro) não abole e

nem desorganiza o ciclo vigília-sono, ainda que fique um pouco defasado.

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Ritmos Biológicos Vias eferentes Vias aferentes

Temporizador externo

Claro-escuro

Duração do fotoperíodo

Temporizador interno

Relógio biológico

SNC

Relógio Biológico

Trato retino-

hipotalâmico

Núcleo-

supraquiasmático

(HIPOTÁLAMO)

Outras áreas do SNC

Órgãos efetuadores Ritmos

circadianos

Órgão

fotossensível

Glândula

Pineal Ritmos

Infradianos

ZEITGEBERS

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AFERÊNCIAS

Retina (Trato retino-hipotalamico)

EFERÊNCIAS

Outros núcleos do hipotálamo

Tálamo

Mecanismos neurais da ritmicidade

Núcleo supraquiasmatico (NSQ) : Relógio biológico

O NSQ cicla mesmo quando as conexões neurais são

eliminadas ou quando os núcleos são mantidos em

cultura e possui um ritmo próprio.

Porem pode se sincronizar aos ritmos ambientais externos

como as oscilações fotoperiodicas.

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Lesão no NSQ: abole o ciclo vigília-sono e vários outros ritmos

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EPITÁLAMO

Glândula pineal (epífise):

sintetiza e libera a melatonina; associado a regulação dos ritmos infradianos

GÂNGLIO CERVICAL SUPERIOR

(neurônio pós-ganglionar)

MEDULA TORACICA

Coluna intermédio lateral

(neurônio pre-ganglionar)

HIPOTÁLAMO

NSQ N. paraventricular RETINA

Trato

retinohipotlamico

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HIPOTÁLAMO

NSQ -

-

RETINA

+

Diminuição da luz

Melatonina

Gl. pineal

EPITÁLAMO

N. paraventricular

+ pré-ganglionar

SNA simpático

pós-ganglionar

+

Liberação do SNA simpático

+

INDUÇÃO

DE SONO

Durante o dia, a retina estimula o NSQ cujos neurônios são inibitórios. Como conseqüência, os neurônios do

núcleo paraventricular deixam de estimular os neurônios pré-ganglionares simpáticos da medula e a produção

de melatonina é baixa durante o dia (ou quando o fotoperiodo é longo).

Quando anoitece (pouca luz) acontece o contrário: a concentração de melatonina aumenta e ajuda a induzir o

sono. Dessa forma, o ritmo circadiano integra-se ao ritmo circanual.

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GH

N. paraventricular NSQ

RETINA HIPOTÁLAMO

Adeno-hipófise

+ Diminuição do efeito inibitório do NSQ

Liberação da atividade de núcleos

hipotalâmicos neuroendócrinos.

-

+

+

Durante o sono há estimulação para o aumento de GH

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Por que dormimos? - Não sabemos direito mas a sua privação causa muitos

transtornos.

O que é sono? - Perda reversível do estado de consciência

- Estado de limiar reduzido aos estímulos ambientais,

postura estereotipada (deitado e de olhos fechados) e

período de reduzida atividade motora

- Experiências oníricas = sonho

Caracterizando o sono (polissonografia) 1) Comportamento

2) Atividade cerebral (Eletroencefalograma – EEG)

3) Atividade muscular (Eletromiograma – EMG)

4) Movimentos oculares (eletro-oculograma – EOG)

5) Atividades viscerais (FC, Pa, FR, etc)

Ciclo vigília-sono

Não dormir ou dormir mal: dificuldades para realizar atividades cognitivas

Instituto do Sono

http://www.sono.org.br/

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DISTÚRBIOS DO SONO

Insônia: dificuldade de iniciar o sono, mantê-lo continuamente durante a

noite ou o despertar antes do horário desejado. Depende de fatores

predisponentes (ansiedade) e precipitantes (estresse).

Sintomas de quem dorme mal: sonolência diurna exagerada!! Alem disso,

alterações do humor e as alterações de memória e capacidades mentais

(cognitivas), como aprendizado, raciocínio e pensamento.

Apnéia obstrutiva do sono (5% da população geral): parada da respiração,

que dura em média 20 segundos, facilitando problemas cardíacos. Ronco é o

indicador.

Síndrome das pernas inquietas (7% da população): sensação

desagradável nas pernas, profunda, nos ossos às vezes, como se fosse uma

coceira ou friagem, choque, formigamento, e eventualmente dor. Evoca uma

sensação de angústia e imensa necessidade de mover as pernas, ou ainda

massageá-las, alongá-las ou mesmo espancá-las em algumas situações. A

pessoa não consegue iniciar o sono.

Doença do Sono

Narcolepsia

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VIGILIA Vários sistemas corticais em funcionamento

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SONO Todos os sistemas são desligados simultaneamente;

perda temporária de consciência

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De

se

mp

en

ho

Co

mp

ort

am

en

tal

Nível de atividade cortical

100%

Euforia Coma

Sono Vigília

Nível máximo

de atenção

Nosso melhor desempenho ocorre quando há um

equilíbrio entre excitação e inibição do córtex

Epilepsia

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VIGILIA N

íve

l d

a a

ten

çã

o

Atenção

Estado Consciente

VIGILIA: estado no qual respondemos facilmente aos estímulos sensoriais; a função cortical é operante

(percepção, planejamento de movimentos voluntários, raciocínio, aprendizagem usando memória explicita,

sentimento, etc.)

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Estado Inconsciente

Fa

se

s d

o s

on

o

SONO

SONO: estado de consciência complementar ao de vigília durante o qual nos proporciona repouso reparador; há

suspensão temporária da atividade perceptivo-sensorial e motora voluntária.

P

R

O

F

U

N

D

I

D

A

D

E

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Hipnos

Erebo Noite

Morfeu

Sono

Sonhos

Hipnos e Thanatos (deus da morte): irmãos gêmeos

Deus da escuridão

subterrânea Deusa das trevas

Morte cerebral - Todo o cérebro,

incluindo o tronco cerebral, perde

irreversivelmente todas as suas funções.

Mesmo em coma, o paciente é considerado

legalmente vivo.

Thanatos Morte

Leitura par reflexão

http://www.unifesp.br/dneuro/mortencefalica.htm

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CONSCIÊNCIA: capacidade de reconhecimento da realidade externa e interna e a capacidade de responder aos estímulos: é o grau de vigília que se encontra uma pessoa. ALTERAÇÕES DO ESTADO DE CONSCIÊNCIA Coma: estado em que não é possível despertar uma pessoa mesmo com fortes estímulos. Estupor: estado em que apenas estímulos externos vigorosos e diretos são capazes de despertar o paciente.

Confusão/Obnubilação: compreensão inadequada das impressões exteriores, com perplexidade e prejuízos de atenção e orientação; é estar "sonolento". Hiperalerta: estado de hiperatividade autonômica e respostas exageradas (causadas por uso de drogas (anfetaminas, cocaína), abstinência (benzodiazepínicos), ou estresse pós-traumático.

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Características dos neurônios de

modulação difusa

- Origem no tronco encefálico;

- Cada neurônio influencia uma grande

quantidade de células pós-sinápticas em

diferentes regiões do SNC

- Os NT são liberados no fluido extracelular

ao invés de numa fenda sináptica;

- Os receptores dos NT são metabotrópicos

- A velocidade de transmissão nervosa é

muito baixa.

Sim. Possuímos um sistema de modulação (atenuador/ativador)

que regula o nosso estado de consciência

Quando dormimos somos “desligados” de uma vez. E quando

acordamos também. Haverá um sistema geral atenuador/ativador

do córtex?

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Impulsos

visuais

FORMAÇÃO

RETICULAR

SARA

Cerebelo

Vias descendentes

Medula

Impulsos auditivos

Vias ascendentes

Tronco

Encefálico

Formação reticular: rede difusa de

neurônios com projeção ascendente e

descendente. Recebe todas as

aferências sensoriais do corpo. O

SARA promove a ativação cortical e é

responsável pela atenção dirigida.

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O SISTEMA DE MODULAÇÃO CEREBRAL

Mod. cardiovascular e endócrina

Mod. excitabilidade cortical e subcortical;

Reg. ciclo vigília-sono

Controle do tônus muscular

Regulação do SNA simpático

Modulação nociceptiva

Modulação da excitabilidade cortical e subcortical

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Coordenação motora

Modulação emocional e comportamento motivado.

Cont. neuroendocrino e regulação do SNA simpático

Modulação da adaptação retiniana

Modulação da atividade cortical e da memória

Manutenção da vigília, iniciação do sono paradoxal.

O SISTEMA DE MODULAÇÃO CEREBRAL

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ELETROENCEFALOGRAFIA (EEG): registro das atividades elétricas cerebrais

O EEG capta a atividade elétrica cerebral

resultante de populações de neurônios

corticais em função do tempo.

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FREQUENCIA

- no. de ondas na unidade de tempo (ritmo)

AMPLITUDE

- tamanho da onda

O EEG é analisado conforme a freqüência e a amplitude das ondas

EEG rápido: as células

corticais estão em ritmo

dessincronizado

EEG lento: as células corticais

estão em ritmo sincronizado;

Eletrodo

superficial

Córtex

cerebral

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Durante a vigília o EEG apresenta ritmos

de ondas dessincronizadas e bastante

rápidas.

Rítmo : Ondas de amplitude mais baixa

de maior freqüência (14Hz). Acordado e

atento.

Ritmo : Ondas de baixa amplitude e

freqüência entre 8-13Hz. Acordado e

relaxado.

Quando começamos adormecer os rimos

EEG alteram-se profundamente,

apresentando 4 estágios distintos.

Acordado de olhos fechados Olhos abertos

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ESTÁGIO 1 (5 min)

Predominam as ondas ;

Responde a perguntas mas

não se lembra do que disse ou

ouviu; quando estimulado,

desperta com sobressalto

ESTÁGIO 2 (10 a 20min)

Surgem os fusos e os

complexos K

ESTÁGIO 4:

Sono profundo

Predominam as ondas δ;

redução do tônus cervical

(Ambos somam 20 a 40 min)

ESTÁGIO 3:

Fusos interrompidos por

ondas d

VIGILIA:

Predominam as ondas

SONO REM (5 a 15 min)

Sono com sonhos

O EEG e o EOG se

assemelham da vigília

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O sono tem dois estados:

a) SONO NÃO-REM (N-REM)

b) SONO REM (REM)

O sono N-REM apresenta 4

estágios, durante os quais as

ondas se tornam cada vez

mais lentas e aumentam de

amplitude. O EEG torna-se

sincronizado e a profundidade

do sono aumenta.

O sono REM é o sono onde

EEG fica dessicronizado e

ocorre movimentos rápidos

dos olhos (rapid eyes

movements). Por isso é

chamado de sono paradoxal.

Tipos e estágios do Sono

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Numa noite de sono (8horas), passamos por ciclos que se repetem umas 5 vezes. Entre a fase IV

e a I ocorre o sono REM. A medida que o sono chega ao fim, a profundidade diminui e a duração

do sono REM aumenta.

Intervalo de alternância entre dois sonos: em torno de 90min

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6,3

25,0

50,0

18,8 I

II

III

IV

Duração de um ciclo de sono

Sono Não-REM

I: 5 minutos

II: 10 a 20 minutos

III e IV: 20 a 40 minutos

Sono REM

5 a 15 minutos

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Além das alterações cíclicas do EEG

ocorrem oscilações viscerais e somáticas,

particularmente durante os episódios de

sono REM.

a) Aumento dos movimentos oculares

b) Atonia muscular

c) Aumento da freqüência cardíaca

d) Aumento na freqüência respiratória

e) Ereção peniana

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A arquitetura do sono varia entre as pessoas e com a idade

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MECANISMOS

NEURAIS

DO SONO

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a) Animal dormindo: estimulação do SARA desperta EEG dessincroniza

b) Animal acordado: estimulação do tálamo dorme EEG sincroniza

EVIDÊNCIA DE QUE O TRONCO ENCEFALICO É RESPOSAVEL PELO

NOSSO ESTADO DE CONCIENCIA

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O tálamo

1. Radiação talâmica

2. Caudado

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1. VIGÍLIA

- altamente excitáveis (Glu)

- modo de transmissão continuo

- EEG: ondas dessincronizadas

1

2. SONO

- inexcitáveis (GABA) mas os canais de Ca++

sensíveis à hiperpolarizaçâo se abrem

- modo em salvas de PA

- EEG: ondas sincronizadas

NEURÔNIOS TALÂMICOS

comportam-se de duas maneiras:

EEG

2

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os neurônios corticais estão em

franca atividade arrítmica;

EEG desssincronizado

A estimulação glutamatérgica nos

neurônios talâmicos geram PA em

modo continuo, conforme a atividade

da via aferente.

Neurônios

talamo-

corticais

Córtex

Glu +

Vias aferentes

V I G I L I A

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Os neurônios corticais

passam a exibir ritmos

sincronizadas.

EEG sincronizado

A estimulação gabaergica do núcleo

reticular do tálamo causa salvas de PA

do neurônio talâmico.

Córtex

GABA -

Núcleo reticular

do tálamo

SONO DE ONDAS LENTAS

Neurônios

talamo-

corticais

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A atividade talâmica é regulada pelo sistema de modulação difuso

Neurônios

talamo-

corticais

Salvas

de PA

N. reticular GABA

FOR

ACh

SONO EEG de ondas lentas

Neurônios

colinérgicos

do sistema de

modulação difuso

?

Vias aferentes

Glu

Modo de Transmissão continuo

VIGÍLIA EEG de ondas rápidas

His Hipotálamo posterior

Hipotálamo anterior

GABA

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O que causa o sono REM?

• Atividades do núcleo da formação reticular pontina (N. reticular pontino oral e caudal) pois sua destruição abole o sono REM e estão em atividade durante o sono REM

• Dispara em salvas e quando isso acontece os núcleos tálamo-corticais disparam em modo de transmissão dessincronizando o EEG (ondas PGO ou ponto-geniculo-occipitais).

• São controladas por aferências colinérgicas e aminérgicas (5-HT e Dopamina) que se silenciam durante os estágios do sono. No sono REM predomina um clima colinergico.

• Os neurônios colinergicos pontinos causam forte inibição dos neurônios motores somáticas causando intensa atonia

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Mecanismos neurais do Sono REM

Lócus ceruleus (Nor)

REM off

Núcleos da Rafe (5HT)

REM off

Núcleo reticular pontino ACh

REM On

Tálamo

Córtex Cerebral

PA em salvas

Modo de transmissão

Sono REM EEG de ondas rápidas

Ach

Nor

5HT

REM REM REM REM REM

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Tálamo Vias aferentes sensoriais

Glu

Modo de Transmissão continuo

VIGÍLIA EEG de ondas rápidas

CÓRTEX

CEREBRAL

Hipotálamo

posterior

HIS

+

Os neurônios histaminérgicos do HIPOTALAMO POSTERIOR

Hipotálamo

anterior GABA

A atividade GABAergica

do HA inibe o HP e induz

o sono

Coma permanente

Sincronização do EEG

Drogas anti-histamínicas

causam sonolência

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A) Normal, a ponte inibe o trato reticulo espinhal (não mostrado aqui), causando uma

paralisia funcional (atonia) e temporária dos músculos esqueléticos.

B) Lesão ou tumor: rompimento das conexões inibitórias para a medula.

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Como despertamos?

• Estimulação das vias sensoriais aferentes com maior intensidade,

ativando o SARA e dessincronizado o córtex

• Atividade aumentada do locus ceruleus durante a transição sono

REM e a vigília, dessincronizando ainda mais o EEG.

Garfield, acordou irritado destruindo a fonte de

estimulação externa ativadora do SARA e do

córtex...

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SONHO é uma experiência consciente enquanto dormimos. A matéria-prima dos

sonhos é, evidentemente, informação memorizada no sistema nervoso.

Ocorre com freqüência durante o sono paradoxal

Cesar Timo-Iaria

http://www.sbsono.com.br/hypnos/IConsensodeInsonia.pdf

INSONIA “ ...sintoma que pode ser definido como dificuldade em iniciar ou manter o sono,

presença de sono não reparador, ou seja, insuficiente para manter uma boa qualidade de

alerta e estado físico e mental durante o dia e com o comprometimento conseqüente das

atividades diurnas.” Consenso de Insônia

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Ao despertar as ondas cerebrais se tornam rápidas

1) Ativação cortical

2) Percepção sensorial, integração sensório-motora, orientação