Vigília e Sono em Vertebrados

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Vigília & 
 
Sono 
Todos os vertebrados dormem: 
Privação do sono: 
Vigília: 
A vigília está associada com três efeitos principais: 
 
(1) Aumento do grau de atividade do cérebro, 
 
(2) transmissão aumentada de sinais do sistema reticular ativador 
 
(3) excitação do sistema nervoso simpático. 
 
O aumento da função cerebral é causado pelo grande número de 
impulsos que são transmitidos do centro da vigília do sistema, 
reticular ativador para o córtex cerebral e tálamo. 
Funções: Ramo Simpático: 
Quando uma pessoa é exposta a uma situação estressante, o 
sistema nervoso simpático é ativado, produzindo resposta 
conhecida como “luta ou fuga”, na qual se inclui a elevação da 
pressão arterial, aumento (+) do fluxo de sangue para os 
músculos ativos, + do metabolismo, 
+ da concentração sangüínea 
de glicose, + da atividade mental 
e estado de alerta mais intenso. 
 
 
 
 
Embora essa reposta de “luta ou fuga” só seja utilizada 
raramente, o sistema nervoso simpático atua constantemente 
para modular e adaptar o funcionamento de diversos sistemas 
orgânicos, como o coração, os vasos sangüíneos, o trato 
gastrointestinal, os brônquios e as glândulas sudoríparas. 
Sistema reticular ativador (SARA): 
Tálamo 
BULBO 
PONTE 
MESENCÉFALO 
Visão dorsal do tronco encefálico humano. O cerebelo foi removido. 
 
Sistema Reticular Ativador (SARA): regula o tono cortical, estado 
de vigília-sono 
 
Sistema reticular ativador: 
=Noradrenalina 
=Serotonina 
Noradrenalina – locus ceruleus: 
Noradrenalina: 
Serotonina – núcleos da rafe: 
O núcleo dorsal da rafe 
(DR) foi tradicionalmente 
considerado como uma 
estrutura homogênea com 
um modo global de 
operação. 
The DR is a highly heterogeneous structure with distinct 
subregions differentially involved in stress paradigms and 
affective disorders (Lowry et al. 2008; Hale & Lowry (2011). 
Grupamentos colinérgicos no tegmento mesopontino: 
Ativação do córtex via uma via direta (Noradrenalina, Serotonina) 
e uma via indireta sobre o tálamo (Acetilcolina) e em particular o 
núcleo reticularis do tálamo. 
Eletroencefalograma- Ondas Cerebrais durante vigília e sono: 
O eletroencefalograma (EEG) primeiramente descrito pelo psiquiatra austríaco 
Hans Berger em 1929 é uma medida que permite de visualizar a atividade 
generalizada do córtex cerebral. Berger já observou que o EEG do sono e da 
vigília eram nitidamente diferentes. Hoje o EEG é usado principalmente para 
auxiliar no diagnóstico de certas condições neurológicas , especialmente crises de 
epilepsia e para investigar a qualidade do sono. 
Eletroencefalograma (EEG): 
EEG: Ondas parecem corresponder à somatória de milhares de 
potenciais pós-sinápticos em dendritos de neurônios piramidais 
do córtex cerebral. 
Durante uma crise epiléptica generalizada o EEG torna-se 
sincronizada de forma extrema: 
Lesão das vias leminiscais Lesão da FRM 
COMA VIGÍLIA / SONO 
2 ritmos eletroencefalográficos fundamentais 
Sincronizado: 
Ondas de alta voltagem, 
baixa freqüência 
 
Dessincronizado: 
Ondas de baixa voltagem, 
alta freqüência 
 
vigília sono 
• Estimulação elétrica da FR 
Dessincronização do EEG 
Vigília, estado de alerta 
• Lesão da FR 
Coma 
Preparação cérebro isolado: 
 
Lesão A: Não há alterações 
do ciclo vigília-sono 
 
Lesão B: causa sincronização 
do EEG e Coma 
“Stimulation of the brain stem reticular 
formation evokes generalized desynchronization of the 
EEC, simulating the arousal reaction of sensory stimuli. 
The electrocortical arousal is mediated by 
an ascending system, which is still active after mid-
brain interruption of the classical sensory path.” 
Giuseppe Moruzzi & Horace W. Magoun (1949) 
“Brain Stem Reticular Formation and Activation of the EEG” 
 
Resumo desses experimentos: 
 
- A lesão bilateral da formação reticular mesencefálica, 
localizada na região central do mesencéfalo, causa 
sincronização do EEG e Coma. 
 
- A estimulação elétrica da formação reticular mesencefálica 
em um animal sob anestesia local provoca o seu despertar 
acompanhado de dessincronização do EEG. 
 
-A lesão bilateral de regiões laterais do mesencefálo, por 
onde trafegam importantes vias sensoriais, não afeta o ciclo 
vigília-sono nem o EEG. 
 
 
1. O sono não é um processo passivo, causado 
pela diminuição de influxos sensoriais, como 
proposto por Bremer 
 
2. O sono é um processo ativo como mostrado 
por Moruzzi, Magoun e colaboradores. 
O sono: 
Durante distintas fases da vigília e do sono predominam 
distintos ritmos (alfa, beta, teta, delta) no EEG: 
Alpha (8-13 Hz) 
Theta (4-7 Hz) 
Delta (< 4 Hz) 
Stage 1 
Stage 2 
Stage 3 
Stage 4 
REM 
NREM 
O sono não é uniforme: Existem fases distintos, que podem 
ser categorizados como sono não-REM e sono REM no EEG. 
Eletroencefalograma: 
Vigilia: baixa voltagem, alta 
freqüência 
 
 
Sono não-REM: alta voltagem, 
baixa freqüência 
 
 
 
 
 
 
 
Sono REM: baixa voltagem, alta 
freqüência 
Fases do sono: 
Sono REM ou sono paradoxal: 
Movimentos oculares: freqüente 
 
Atividade muscular: muito baixo 
 
 
Batimentos cardíacos: alto 
 
 
 
 
 
Atividade respiratória: alto 
 
 
 
 
Ereção peniana: persistente 
Variação das fases ao 
longo da noite 
Variação ontogenética 
Acetilcolina alto 0 muito alto 
 
Noradrenalina muito alto alto 0 
 
Serotonina muito alto alto 0 
 
GABA/Galanina 0 alto alto 
 
Vermelho: Serotonina, Noradrenalina 
 
Azul: Acetilcolina 
Mecanismo da indução do sono REM 
See Saper lab Nature 2006 
Sistema ativador: Doença de Narcolepsia: 
O hipotálamo como mediador entre as sistemas: 
Os sistemas ativador e desativador: 
VLPO = 
Ventrolateral 
preoptic nucleus 
 
TMN = 
Tuberomammilary 
nucleus 
 
LDT = 
Laterodorsal 
tegmental nucleus 
 
PPT = 
Pedunculopontine 
tegmental nucleus 
Estruturas envolvidas em mecanismos de vigília e sono: 
VLPO = 
Ventrolateral 
preoptic nucleus 
 
TMN = 
Tuberomammilary 
nucleus 
 
LDT = 
Laterodorsal 
tegmental nucleus 
 
PPT = 
Pedunculopontine 
tegmental nucleus 
 
O sistema desativador: 
Amines (locus coeruleus, dorsal raphe, 
tuberomammillary nucleus) 
 
Acetylcholine (LDT/PPT, basal forebr.) 
 
Orexin/Hypocretin 
 
GABA (ventrolateral preoptic nucleus) 
Wake Non-REM REM 
   
   
  
 
O 
O 
O 
O 
O 
Atividade de centros regulatórios do sono 
Orexin – Birth of a new neurotransmitter: 
HIPOTÁLAMO 
Corte transverso do hipotálamo 
Zona periventricular: neuroendócrina e autonômica 
Zona medial: comportamentos motivados 
Zona lateral: ciclo vigília-sono 
Núcleo 
arqueado 
III 
fórnix 
Eminência média 
amígdala 
Orexin: 
The orexins (also named hypocretins) were described by two 
groups in 1998, and comprise two distinct peptides (A and B, 
which are 33 and 28 amino acids in length, respectively) that 
have two distinct receptors. Orexin-expressing neurons are 
predominantly located in the posterior hypothalamus and 
extend dorsally, medially and laterally from the fornix. 
Although small in number, orexin neurons have extensive 
projections throughout CNS and affect a variety of homeostatic 
functions. 
 
Mutations in the genes encoding either prepro-orexin or the 
OXR2 receptor result in narcoleptic symptoms in mice and 
canines. In addition, narcoleptic patients have low or 
undetectable orexin levels in cerebrospinal fluid, and few if any 
orexin neurons. These results indicate that orexin neurons have 
roles in sleep–wake regulation, feeding and drug reward. 
Impaired orexin signaling and narcolepsy 
Daytime sleepiness 
Fragmented sleep 
Cataplexy 
Sleep paralysis 
Hypnagogic hallucinationsLoss of orexin neurons 
Humans Mice/Rats/Dogs 
Lack of orexin 
Loss of orexin neurons 
Lack of orexin receptors 
Narcolepsy 
Polysomnograms in control and 
untreated narcolepsy patient 
Adapted from Rogers et al. Sleep. 1994;17:590. 
Time of day 
C
o
n
tr
o
l 
U
n
tr
e
a
te
d
 
n
a
rc
o
le
p
s
y
 
Time of day 
2000 2400 0400 0800 1200 1600 
W 
REM 
1 
2 
3/4 
2000 2400 0400 0800 1200 1600 
W 
REM 
1 
2 
3/4 
MT 
MT 
Loss of orexin in human narcolepsy 
 
Crocker, et al, 05 
As orexinas inervam e ativam estruturas do sistema reticular ativador: 
Orexin may stabilize sleep/wake behavior 
Distúrbios do sono: 
1. Insônia 
2. Apnéia do sono 
3. Síndrome das pernas inquietas 
4. Narcolepsia 
O QUE É INSÔNIA? 
Caracteriza-se de diversas maneiras, podendo ser uma dificuldade em 
iniciar o sono, ter muitos despertares durante a noite, despertar muito cedo 
e não conseguir mais dormir, ou até mesmo, dormir uma quantidade normal 
porém acordar pela manhã mal, como se o sono não tivesse sido suficiente 
ou restaurador. Muitas pessoas referem acordar cansadas, com dores no 
corpo, irritadas, desanimadas e mal humoradas. 
 
POR QUE ALGUMAS PESSOAS DORMEM MAL? 
A insônia é a ponta de um enorme iceberg. Na realidade, a insônia é um 
sintoma e deve ser analisada sob três aspectos: físico, psicológico e social. 
Doenças físicas, assim como situações de ansiedade, depressão e ingestão 
de bebidas alcoólicas podem ocasionar noites mal dormidas. Problemas 
familiares, econômicos e profissionais podem prejudicar o sono. 
Freqüentemente as insônias são agravadas ou podem ser decorrentes de 
hábitos errados que adquirimos durante a vida. Geralmente é o conjunto de 
fatores que provocam dificuldades para dormir, sem falar na predisposição 
para se ter insônia. Freqüentemente quem sofre de insônia tem familiares 
com o mesmo problema. 
Awake 
Move 
REM 
Stg 1 
Stg 2 
Stg 3 
Stg 4 
 
SLEEP EFFICIENCY: 79.2% 
REM LATENCY: 49.0 min 
SLEEP LATENCY: 6.0 min 
% REM: 16.9 
% STAGE 1: 17.0 
% STAGE 2: 46.0 
% STAGE 3: 0.0 
% STAGE 4: 0.0 
SOS: 01:04:00 TIME OF NIGHT WUT: 08:51:30 
 DEPRESSED PATIENT 
O receptor de GABA A: Sítio de ação dos benzodiazepinas 
Exemplos: Diazepam (Valium), Lorazepam 
Ritmos biológicos 
• Existem variações cíclicas de fenômenos geofísicos ambientais. 
 
• Como forma de adaptação aos fatores cíclicos ambientais os seres vivos 
desenvolveram uma distribuição temporal de suas funções. 
 - Ritmos circadianos: período ~ 24h 
 - Ritmos ultradianos: período < 24h 
 - Ritmos infradianos: período > 24h 
 
• Esses ritmos são gerados por osciladores endógenos ou relógios biológicos. 
Existem ritmos circadianos para 
diversas funções fisiológicas: 
Bear et al., 2008 
Temperatura corporal 
Hormônio de crescimento 
Alerta 
Cortisol 
Potássio 
Ritmos circadianos 
 
Podem ser sincronizado por fatores ambientais (Zeitgeber) 
O claro-escuro é o principal agente sincronizador. 
P = 24h 
 
A ritmicidade circadiana também existe quando as variações 
ambientais são removidas (em livre curso). 
P ~ 24h. 
 
Ritmo circadiano do ciclo vigília-sono 
Bear et al., 2008 
A ordem temporal interna (relação temporal estável entre 
todas as funções) e a sincronização com o meio ambiente é 
necessário para a expressão funcional normal. 
 
Implicações: Trabalhadores em turno noturno, turno alternado, 
viagens frequentes transmeridianas. 
Ritmos Circadianos: Papel do núcleo supraquiasmático 
do hipotálamo como principal relógio biológico 
NSQ Luz 
Via retinohipotal. 
Regiões 
hipotalâmicas 
Glândula pineal 
Melatonina 
O hipotálamo: Papel do núcleo supraquiasmático 
Genes-relógio 
Alça de retroalimentação negativa: No NSQ e outras áreas do cérebro existem genes 
relógio produzindo proteínas que inibem transcrição adicional de si próprias. 
Um sistema de núcleos hipotalâmicos interligados é 
responsável para nossos principais ritmos circadianos: 
From: Saper (2013) 
Porque 
dormir ? 
Privação do sono: 
Nas fase de sono não-REM atividade elétrica reverberrante 
relacionado com eventos recentes. Na fase REM, ativação 
de fatores de transcrição e síntese protéica, o que induz 
plasticidade a longo prazo. 
Sono e consolidação de memória: 
Increase in Arc RNA expression in the 
CA1 pyramidal cell layer, 30 min after 
spatial water-task training. a and b show 
Arc RNA staining for a spatial water-task 
trained rat (A) and a caged control (B) 
Correlatos moleculares da aprendizagem: 
Expressão de genes de ativação imediata (immediate early 
genes): Arc, C-fos: 
Correlatos moleculares da aprendizagem: 
Formação de fatores de 
transcrição como o CREB 
A síntese protéica acontece principalmente durante o sono: 
Sidarta Ribeiro et al. Learn. Mem. 2004; 11: 686-696 
Figure 3. (A) Experience-dependent up-regulation of zif-268 brain expression during 
REM sleep 
Qual é a função dos sonhos? 
Freud: Realização de desejos ocultos 
 
Hobson e McCarley: Associações e memórias do córtex cerebral 
causadas por descargas aleatórias da ponte durante o sono REM 
2 tipos de sonhos: 
 Fase REM 
 Fases não-REM 
Sonhos – Fatos e Mitos: 
Fatos: A maioria dos sonhos acontece durante as fases REM. 
 Os sonhos das fases REM são mais intensivos que os das 
 fases não-REM, que tratam mais de aspetos cotidianas. 
 Os sonhos de uma noite muitas vezes têm um único tópico. 
 
 Lesões na parte ventral do córtex pré-frontal e no córtex 
 parieto-temporal impedem todos os sonhos. 
 Lesões no córtex de associação visual mas não no córtex 
 visual primário impedem os componentes visuais dos sonhos 
 
 A amigdala têm um papel chave nos sonhos que envolvem 
 ansiedade. 
 
Mitos: Teorias de Freud ? 
Durante o sono REM, estruturas do sistema límbico estão fortemente ativadas: 
Possível papel dos sonhos: 
REM sleep benefits learning: