Paradigma “estirpazione” FUNZIONE DEL SONNO Un metodo efficace per determinare in maniera indiretta le funzioni di un organo, di un sistema o di un comportamento è quello di rimuovere l’organo o il sistema o impedire quel dato comportamento osservandone le modificazioni intervenute Paradigma “estirpazione” utilizzato in scienze biologiche apportato con successo allo studio del sonno

DEPRIVAZIONE DI SONNO TOTALE PARZIALE SELETTIVA

DEPRIVAZIONE TOTALE (DTS) RINUNCIARE TOTALMENTE A DORMIRE Completa assenza di qualsiasi tipo di sonno per studiarne le conseguenze su variabili: fisiologiche prestazioni cognitive comportamentali e motorie tono dell’umore

LUNGHEZZA DELLA VEGLIA Durata della veglia indice fondamentale per gli effetti della deprivazione di sonno: Pilcher e Huffcut, (1992) DTS a lungo termine > 45 ore Durata minima non in totale accordo Babkoff et al., (1985) peggioramenti anche dopo DTS < 45h

Variabili situazionali VARIABILI IN GRADO DI DETERMINARE L’IMPATTO DELLA DTS SULLE PRESTAZIONI COGNITIVE E SUI LIVELLI DI SONNOLENZA Lunghezza veglia Influenze circadiane Variabili situazionali Caratteristiche soggetti Caratteristiche dei test Fatica Rumore, esercizio fisico Temperatura, farmaci Interesse, motivazione, esperienza, età, personalità, tipologia circadiana, Brevi\lunghi dormitori Durata del test, complessità, livello di abilità, memoria a breve termine, misure ogg. e sogg EEG

CONCLUSIONI Assicurarsi che i soggetti siano stati realmente deprivati di sonno Tener conto dell’andamento circadiano delle prestazione Variabili situazionali Differenze psicofisiologiche

DEPRIVAZIONE PARZIALE DI SONNO (DPS) Riduzione della durata complessiva del sonno non limitata ad uno specifico stadio del sonno Esistenza di una quantità ottimale di sonno? Differenze inter-individuali

DURATA DPS DPS breve termine = 1-2 notti DPS lungo termine = es. 60 gg DPS acuta: restrizione improvvisa da 8 a 4 ore di sonno per notte DPS progressiva: da 8 a 7 a 6 a 5 a 4ore nel corso di notti successive

DEPRIVAZIONE SELETTIVA DI SONNO Deprivazione di uno specifico stadio del sonno che permetta di ridurre al minimo o abolire la fase di sonno stessa senza modificare il TTS ed evitando di alterare la normale architettura della notte di sonno Deprivazione sonno REM Deprivazione sonno NREM

TECNICHE E CRITERI DI DEPRIVAZIONE SELETTIVA Invio di stimoli sonori Brevi scosse elettriche Tecniche non invasive Generalmente usato per deprivazione di sonno REM Svegliare il soggetto ogni volta che la registrazione poligrafica indica l’esordio del sonno REM Tecnica dei risvegli

Tecnica non invasiva per DS sonno REM non impedisce il risveglio DS REM Tecnica risveglio impatto notevole: Sul tempo totale di sonno, Sull’architettura del sonno Aumento veglia intrasonno Aumento stadio 1 Frammentazione del sonno Tecnica non invasiva per DS sonno REM non impedisce il risveglio

Criteri in base ai quali applicare la tecnica di deprivazione selettiva Criteri che sottostimano la durata del sonno REM Criteri che sovrastimano la durata del sonno REM Criteri che stimano correttamente la durata del sonno REM Criteri non valutabili

DS sonno onde lente Pochi studi Notevoli problemi metodologici Non utilizzabile tecnica del risveglio

TECNICHE E CRITERI DI DS SWS STIMOLI ACUSTICI: Somministrazione di toni di intensità variabile incrementata nei casi in cui il soggetto mostri abitudine Stimolazione uditiva mantenuta fino all’occorrenza di un arousal o al cambiamento di stato Somministrazione di tono a partire da una certa intensità sogliare, incrementata se il soggetto non si sveglia e diminuita nella prova successiva quando il soggetto si sveglia Criteri di sovrastima e sottostima SWS generalmente sovrastimato

STUDI SU ANIMALI Tecnica di deprivazione totale di sonno nei ratti Rechtshaffen anni ’80 Piattaforma rotante circolare di c.a 45cm

RISULTATI CONSUMO MAGGIORE DI CIBO PERDITA DI PESO AUMENTO CORTISOLO DIMINUZIONE TEMPERATURA CORPOREA ARRUFAMENTO DEI PELI LESIONI CUTANEE MORTE

DEPRIVAZIONE SONNO REM

RISULTATI EFFETTI SIMILI ALLA DEPRIVAZIONE TOTALE CON ALLUNGAMENTO DEL PERIODO DI MANIFESTAZIONE LA MORTE SOPRAGGIUNGEVA DOPO CIRCA 40-60 GIORNI

ESPERIMENTI SULL’UOMO PRIMI STUDI SU UN SOLO SOGGETTO DTS PER 90 ORE CONSECUTIVE PATRICK & GILBERT, (1896)

MISURE Temperatura corporea, ritmo cardiaco, peso corporeo, forza del pugno, forza di trazione Tempi di reazione a tasto del telegrafo Morse in risposta a “click” sonori Test di vigilanza usando tasto del telegrafo Morse rispondendo a “click” forti e non ai deboli Stanchezza muscolare misurata attraverso la pressione con un dito in un minuto Sensibilità al dolore, pressione sul polpastrello attraverso un algometro Acuità visiva (leggendo alla luce di una candela posta a 25cm di distanza) Memoria di sillabe senza senso e somma di serie di numeri il più velocemente possibile per 3 min.

Lo studio più lungo: 264 ore senza dormire Randy Gardner, 1965 Secondo giorno: Sonnolenza Difficoltà di accomodazione visiva (occhi pesanti e stanchi) Terzo giorno: Cambiamenti d’umore, disturbi di coordinazione Disturbi del linguaggio (in particolare nella ripetizione di scioglilingua) Quarto giorno: Irritabile non cooperante Disturbi di memoria Difficoltà di concentrazione “Sogni ad occhi aperti” Giorni successivi Progressivo peggioramento del linguaggio, flusso del pensiero frammentato Peggioramento disturbi visivi Ore del mattino particolarmente difficili per tutti gli 11 giorni in corrispondenza dell’aumento della sonnolenza

RISULTATI FISIOLOGICI NORMALE PRESSIONE SANGUIGNA ECG NELLA NORMA EEG NELLA NORMA A PARTE L’ECCESSIVA SONNOLENZA DIMINUZIONE TEMPERATURA cutanea dovuta alla vasocostrizione per ridurre la dispersione di calore VISITA NEUROLOGICA: GRAVE DETERIORAMENTO DELL’ATTENZIONE DEL LINGUAGGIO E DELLA MEMORIA EFFETTI DELLA PERDITA DI SONNO RELATIVAMENTE MODESTI ECCETTO CHE PER LA CORTECCIA CEREBRALE CHE SEMBRAVA LA PIU’COLPITA

NOTTI DI RECUPERO PRIMA NOTTE DURATA DI SONNO 14 ORE E 45 MIN. Disturbi precedentemente manifestati (memoria, linguaggio..) erano scomparsi del tutto Due notti successive dormì circa 6 ore in più del solito Recupero globale 24% del sonno perso

NOTTI DI RECUPERO Quantità di stadio 4 quasi 5 volte superiore al normale Sonno REM più di tre volte superiore ai valori di base Solo una piccola parte di stadio 1 e 2 venne recuperata

CONCLUSIONI Effetti negativi limitati al cervello e al comportamento Diminuzione della temperatura corporea ma con contromisure per ridurre la dispersione di calore Ritmo circadiano della sonnolenza molto evidente Prolungato periodo di sonno nel recupero con maggiore quantità di sonno ad onde lente e REM

CONCLUSIONI Nelle successive notti di recupero solo alcuni tipi specifici di sonno venivano recuperati In particolare la maggior parte di sonno ad onde lente e la circa la metà di sonno REM

Deprivazione su più soggetti 205 ore 9 giorni di deprivazione (8 notti) Dati fisiologici Endocrinologici Neurologici EEGgrafici Psicologici Comportamentali Sonno di recupero

RISULTATI AUMENTO CONSUMO DI CIBO SONNOLENZA ESTREMA A PARTIRE DAL TERZO GIORNO CON IMPOSSIBILITA’ DI LETTURA DIFFICOLTA’ A RIMANERE SVEGLI IN PARTICOLARE TRA LE 2 E LE 4 DEL MATTINO Alterazioni percettive, IRRITABILITA’, PEGGIORAMENTO ALLE PRESTAZIONI AL QUINTO GIORNO MIGLIORAMENTO GENERALE “SVOLTA DEL QUINTO GIORNO”

RISULTATI (2) Risultati fisiologici non hanno mostrato anomalie dal punto di vista clinico Valori del sangue e delle urine non hanno mostrato alterazioni rilevanti No cambiamenti sensibili della frequenza respiratoria, cardiaca ed EEG (oltre l’eccessiva sonnolenza) Diminuzione temperatura corporea (risalita al 5 giorno)

RECUPERO 3 NOTTI DI RECUPERO DOVE GLI è STATO CONSENTITO DI DORMIRE 12 ORE PER LAPRIMA NOTTE E 9 NELLE 2 SUCCESSIVE SENSAZIONE DI BENESSERE GIA’ DOPO LA PRIMA NOTTE NORMALIZZAZIONE PRESTAZIONI NO RECUPERO STADIO 1 E 2 RECUPERO MAGGIORE STADIO 4 SOLO UN TERZO DEL SONNO REM PERDUTO ERA STATO RECUPERATO

DUE TIPI DI SONNO SONNO NUCLEARE SONNO OPZIONALE Ripara gli effetti del logorio della veglia sul cervello si concentra nelle prime ore di sonno durante il quale predomina lo SWS stadio 4, comprende anche una parte del sonno REM SONNO NUCLEARE SONNO OPZIONALE Riempie le ore noiose di buio fino all’alba, influenzato dal ritmo circadiano molto più del sonno nucleare, sotto il controllo di un comportamento impulsivo a dormire. All’inizio della notte sia sonno nucleare che opzionale sono attivi: il sonno nucleare declina dopo poche ore per lasciar progredire il sonno opzionale.

Due tipi di sonnolenza Nucleare: Opzionale: espressione della necessità di reintegrazione tissutale del cervello Opzionale: fenomeno di tipo appetitivo con significato analogo ai crampi da fame

Il modo in cui la vigilanza e la sonnolenza fluttuano nel corso della giornata dipende in parte, dai fattori che regolano l’alternanza sonno-veglia, (processo S e processo C). Alcuni studi, però, hanno dimostrato che l’arousal fisiologico e la spinta al sonno possono essere considerati due processi relativamente indipendenti (Jones, 2000; Sangal et al., 1992)

Bonnet e Arand (1998), sonnolenza, misurata attraverso il MSLT, variava in funzione dell’attività precedente. Comportamenti attivanti, prima di andare a letto, come ad esempio guardare la tv per 25 minuti o camminare per 5 minuti, induceva un’attivazione fisiologica seguita da una maggiore latenza di sonno. Le misure oggettive della sonnolenza sembrano dunque essere il risultato della combinazione della spinta al sonno e dell’arousal

Edgar et al., (1993): l’arousal fisiologico potrebbe mascherare la sonnolenza, scavalcando l’accumulata spinta al sonno. La spinta al sonno potrebbe non esprimersi perché ad essa si opporrebbe un processo attivante modulato dal nucleo soprachiasmatico. Verosimilmente, possiamo pensare che tra i vari indicatori di sonnolenza, potrebbero esservene alcuni come ad esempio la frequenza di ammiccamento oculare, particolarmente sensibili a cogliere questo aspetto, come mostrato da Barbato et al.,

Rapporto fra ammiccamento oculare e sistema dopaminergico confermato da evidenze di tipo clinico in patologie che mostrano alterazioni di tale sistema.

VARIAZIONE DIURNA EYE-BLINK-RATE ANZIANI GIOVANI Andamento diurno costante con aumento in tarda serata (h 20,30), parallelamente ad un aumento della sonnolenza soggettiva. l’ammiccamento oculare non mostra una significativa variazione diurna. Aumento attività centrale dopaminergica per contrastare la sonnolenza. (Barbato et al, 2000) appiattimento del ritmo circadiano dell’attività dopaminergica centrale

Andamento diurno ammiccamento oculare nei giovani Andamento diurno ammiccamento oculare negli anziani

VARIAZIONE DIURNA EBR IN GIOVANI ADULTI CIRCADIANO E OMEOSTATICO Barbato et al., 2006 FATTORE CIRCADIANO Barbato et al., 2000 Andamento diurno costante con aumento in tarda serata (h 20,30), parallelamente ad un aumento della sonnolenza soggettiva. Aumento attività centrale dopaminergica per contrastare la sonnolenza. (Barbato et al, 2000)