Neurofisiologia del sonno e tecniche di analisi - E-Noos.It
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RIASSUNTO<br />
<strong>Neurofisiologia</strong> <strong>del</strong> <strong>sonno</strong><br />
e <strong>tecniche</strong> <strong>di</strong> <strong>analisi</strong><br />
FABIO PLACIDI, ANDREA ROMIGI<br />
Neurofisiopatologia, Centro <strong>di</strong> Me<strong>di</strong>cina <strong>del</strong> Sonno,<br />
Policlinico Tor Vergata, Università <strong>di</strong> Roma Tor Vergata, Roma<br />
Il <strong>sonno</strong> non è un fenomeno passivo, omogeneo e statico, ma è un processo <strong>di</strong>namico, complesso e<br />
attivo, che dal punto <strong>di</strong> vista comportamentale e neurofisiologico è <strong>di</strong>stinto in due fasi principali: il<br />
<strong>sonno</strong> REM, caratterizzato dalla presenza <strong>di</strong> movimenti oculari rapi<strong>di</strong>, ed il <strong>sonno</strong> NREM privo <strong>di</strong><br />
movimenti oculari rapi<strong>di</strong>. Tali fasi (NREM/REM) si succedono nel corso <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> con una ciclicità<br />
pari a circa 70-120 minuti. La struttura <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> può essere stu<strong>di</strong>ata ed analizzata utilizzando<br />
<strong>tecniche</strong> <strong>di</strong>verse: l’<strong>analisi</strong> classica standar<strong>di</strong>zzata da Rechtashffen e Kales, <strong>di</strong> tipo categoriale, consente<br />
<strong>di</strong> costruire dei <strong>di</strong>agrammi ipnici (ipnogrammi) in grado <strong>di</strong> fornire informazioni relative alla<br />
cosiddetta architettura o macrostruttura <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>, ossia riguardanti la rappresentazione e successione<br />
dei vari sta<strong>di</strong> e cicli <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>. L’<strong>analisi</strong> microstrutturale consente l’identificazione <strong>del</strong> pattern<br />
alternante ciclico (CAP) che è costituito dall’alternanza <strong>di</strong> sequenze caratterizzate da una<br />
superficializzazione <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> (fase A o fase <strong>di</strong> attivazione), subito seguita da perio<strong>di</strong> <strong>di</strong> ripristino<br />
<strong>del</strong>l’attività EEG propria <strong>di</strong> quella fase <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> (fase B o fase <strong>di</strong> stazionarietà). Un’altra meto<strong>di</strong>ca<br />
prevede l’<strong>analisi</strong> <strong>di</strong>gitale <strong>del</strong> segnale EEG che consente la trasformazione matematica <strong>del</strong> segnale<br />
stesso dal dominio <strong>del</strong> tempo a quello <strong>del</strong>le frequenze; è così possibile misurare la potenza espressa<br />
dalle bande <strong>del</strong>ta (0,3-3,5 Hz), sigma (12-16 Hz) e beta (18-28 Hz) e stabilire quanto ciascuna<br />
<strong>del</strong>le bande pesi in termini percentuali nella composizione <strong>del</strong> segnale in un dato periodo <strong>di</strong> tempo.<br />
Parole chiave: Sonno, non-REM, REM, pattern alternante ciclico, CAP, poligrafia.<br />
SUMMARY<br />
Sleep is a not passive, static and homogenous, but active, complex and dynamic phenomenon. <strong>It</strong><br />
is <strong>di</strong>stinguished in two principal phases: REM sleep, characterized by the presence of rapid eye<br />
movements, and NREM sleep, without rapid eye movements. These phases (NREM/REM)<br />
occur in the course of the sleep showing a 70-120-minute cyclicity. Sleep structure can be stu<strong>di</strong>ed<br />
by means of <strong>di</strong>fferent analysis techniques: the classic method, standar<strong>di</strong>zed by Rechtshaffen<br />
and Kales, allows the construction of hypnic <strong>di</strong>agrams (i.e. hypnograms) able to provide information<br />
relative to the so called macrostructure or architecture of sleep, regar<strong>di</strong>ng the representation<br />
and the succession of the various sleep stages and cycles.<br />
The microstructural analysis allows the identification of the cyclic alternating pattern (CAP) which<br />
is constituted by the alternation of sequences characterized by a lightening of sleep (Activation<br />
Period or Phase A) followed by the recover of EEG activity typical of that sleep stage (quiescence<br />
period or Phase B). Another method is based on the spectral analysis of the EEG signal which<br />
allows the mathematical transformation from the time domain to the frequency domain. Finally,<br />
the quantitative analysis of EEG signal permitted also the formulation of mathematical mo<strong>del</strong>s of<br />
sleep regulation integrating the influence of homeostatic, circa<strong>di</strong>an and ultra<strong>di</strong>an processes.<br />
Key words: Sleep, non-REM, REM, cyclic alternating pattern, poligraphy.<br />
In<strong>di</strong>rizzo per la corrispondenza: Dott. Fabio Placi<strong>di</strong>, Viale Oxford 81 - 00133 Roma. Tel 06 20902107,<br />
Fax 06 20902106, e-mail: fbplaci<strong>di</strong>@libero.it<br />
I DISTURBI DEL SONNO<br />
(PARTE I)<br />
NÓOς<br />
1:2004; 7-14<br />
7
8<br />
NÓOς<br />
F. PLACIDI - A. ROMIGI<br />
NEUROFISIOLOGIA DEL SONNO<br />
E TECNICHE DI ANALISI<br />
INTRODUZIONE<br />
Contrariamente all’apparenza, il <strong>sonno</strong> non è un fenomeno passivo, omogeneo<br />
e statico, ma è un processo <strong>di</strong>namico, complesso e attivo. Dal punto <strong>di</strong><br />
vista comportamentale è uno stato caratterizzato da mobilità assente o molto<br />
<strong>di</strong>minuita, occhi chiusi e da una con<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> incoscienza reversibile da cui<br />
un soggetto può essere richiamato con adeguati stimoli sensoriali. Nonostante<br />
il notevole interesse scientifico sulla funzione <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>, il suo significato<br />
intrinseco rimane sconosciuto. Esistono numerose teorie affascinanti sulle sue<br />
funzioni che includono la restaurazione <strong>del</strong> corpo e <strong>del</strong> cervello, la conservazione<br />
<strong>del</strong>l’energia attraverso il riposo forzato, la termoregolazione, il rafforzamento<br />
ed il consolidamento <strong>del</strong>la memoria attraverso la rimozione <strong>di</strong> ricor<strong>di</strong><br />
irrilevanti dall’accumulo cerebrale sensoriale, l’integrità <strong>del</strong>la rete sinaptica e<br />
neuronale, la protezione dalla predazione grazie all’allontanamento dei predatori<br />
1-5 . Appare comunque chiaro che il <strong>sonno</strong> svolge una funzione vitale,<br />
come è <strong>di</strong>mostrato dall’evidenza che la deprivazione <strong>di</strong> <strong>sonno</strong> è fatale negli<br />
animali, nonché dagli straor<strong>di</strong>nari fenomeni adattativi visibili in numerose<br />
specie animali che si sono evolute in modo tale da preservare il <strong>sonno</strong>.<br />
MACROSTRUTTURA DEL SONNO<br />
Dal punto <strong>di</strong> vista neurofisiologico il <strong>sonno</strong> è caratterizzato dalla presenza <strong>di</strong> due<br />
principali con<strong>di</strong>zioni: il <strong>sonno</strong> con movimenti oculari rapi<strong>di</strong> (Rapid Eye Movements,<br />
REM) o <strong>sonno</strong> desincronizzato, spesso associato a sogni vivi<strong>di</strong> e ad intensa<br />
attività cerebrale, ed il <strong>sonno</strong> senza movimenti oculari rapi<strong>di</strong> (No Rapid Eye<br />
Movements, NREM), detto anche <strong>sonno</strong> sincronizzato, associato ad una ridotta<br />
attività neuronale; negli esseri umani il contenuto <strong>del</strong> pensiero in questa fase è, a<br />
<strong>di</strong>fferenza dei sogni, tipicamente non visivo e caratterizzato da pensieri me<strong>di</strong>tativi.<br />
Nell’essere umano adulto il <strong>sonno</strong> NREM costituisce il 75-80% <strong>del</strong> tempo <strong>di</strong><br />
<strong>sonno</strong> totale e si sud<strong>di</strong>vide ulteriormente in quattro sta<strong>di</strong>: sta<strong>di</strong>o 1 (3-8 % <strong>del</strong><br />
tempo <strong>di</strong> <strong>sonno</strong> totale), sta<strong>di</strong>o 2, che occupa circa il 45-55% <strong>del</strong> tempo totale <strong>di</strong><br />
<strong>sonno</strong>, sta<strong>di</strong> 3 e 4 che costituiscono circa il 15-20% <strong>del</strong> tempo <strong>di</strong> <strong>sonno</strong>. I parametri<br />
che definiscono i vari sta<strong>di</strong> sono stati standar<strong>di</strong>zzati da Rechtschaffen e<br />
Kales 6 basandosi sull’<strong>analisi</strong> <strong>di</strong> parametri poli<strong>sonno</strong>grafici <strong>di</strong> tipo elettroencefalografico,<br />
elettromiografico ed elettrooculografico. I tracciati vengono sud<strong>di</strong>visi<br />
in blocchi <strong>di</strong> 20, 30 o 60 secon<strong>di</strong> (epoche) e ad ognuno <strong>di</strong> questi viene assegnato<br />
uno sta<strong>di</strong>o tipico. Tale <strong>analisi</strong> consente <strong>di</strong> ottenere la cosiddetta macrostruttura o<br />
architettura <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>, in base alla quale l’attività elettrica cerebrale ha luogo<br />
secondo cicli organizzati e ricorrenti <strong>del</strong>la durata <strong>di</strong> circa 70-120 minuti ciascuno,<br />
che si succedono circa 4-6 volte nell’arco <strong>del</strong>la notte.<br />
Normalmente il <strong>sonno</strong> progre<strong>di</strong>sce dallo stato <strong>di</strong> veglia attraverso i 4 sta<strong>di</strong><br />
<strong>del</strong> <strong>sonno</strong> NREM prima <strong>del</strong>la comparsa <strong>del</strong> primo periodo REM. In particolare,<br />
nel <strong>sonno</strong> NREM si assiste ad un graduale rallentamento <strong>del</strong>la frequenza<br />
<strong>del</strong>l’attività EEG, associato ad un progressivo aumento <strong>del</strong> voltaggio; i<br />
movimenti oculari rapi<strong>di</strong> sono assenti ed il tono muscolare è solo ridotto<br />
rispetto ai livelli <strong>di</strong> veglia.
Nella transizione dalla veglia al <strong>sonno</strong> si osserva una anteriorizzazione <strong>del</strong><br />
ritmo alfa (8-12 Hz) che si riduce a valori inferiori al 50%; durante lo sta<strong>di</strong>o<br />
1 le onde alfa sono quin<strong>di</strong> sostituite prevalentemente da onde theta (4-7.5<br />
Hz) e da alcune onde beta (16-28 Hz), accompagnate da lenti movimenti<br />
rotatori oculari (Slow Eye Movements, SEMs); l’attività EEG è <strong>di</strong> bassa<br />
ampiezza ed irregolare e compaiono grafoelementi aguzzi sul vertice (onde<br />
al vertice). Nello sta<strong>di</strong>o 2, su un ritmo <strong>di</strong> fondo <strong>di</strong> bassa ampiezza e <strong>di</strong> frequenza<br />
theta, compaiono treni <strong>di</strong> onde sincrone con frequenza <strong>di</strong> 12-16 Hz<br />
(spindles o fusi <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>) e grafoelementi polifasici <strong>di</strong> alto voltaggio (complessi<br />
K). Nello sta<strong>di</strong>o 3 le onde <strong>del</strong>ta (0,3-3,5 Hz) <strong>di</strong> alto voltaggio (superiore<br />
a 75 µV) <strong>di</strong>vengono più frequenti e comprendono dal 20 al 49% <strong>di</strong> un’epoca.<br />
Quando le onde <strong>del</strong>ta compongono almeno il 50% <strong>di</strong> un’epoca viene<br />
identificato lo sta<strong>di</strong>o 4. L’insieme degli sta<strong>di</strong> 3 e 4 viene definito anche<br />
<strong>sonno</strong> ad onde lente (Slow Wave Sleep, SWS) o <strong>sonno</strong> <strong>del</strong>ta e corrisponde<br />
alle fasi <strong>di</strong> <strong>sonno</strong> più profondo, in quanto l’intensità <strong>del</strong>lo stimolo necessaria<br />
per risvegliare un in<strong>di</strong>viduo risulta più elevata.<br />
Il <strong>sonno</strong> REM, infine, occupa il 20-25% <strong>del</strong> tempo totale <strong>di</strong> <strong>sonno</strong>, ed è stato<br />
descritto per la prima volta da Aserinsky e Kleitman nel 1953 7 . Esso è uno<br />
stato fisiologico eccezionale nel quale il cervello <strong>di</strong>viene attivo elettricamente<br />
e metabolicamente ed è caratterizzato dalla presenza <strong>di</strong> scoppi <strong>di</strong> movimenti<br />
oculari rapi<strong>di</strong>, da una riduzione marcata <strong>del</strong> tono muscolare e dalla<br />
comparsa <strong>di</strong> treni costituiti da onde theta a dente <strong>di</strong> sega nel contesto <strong>di</strong><br />
un’attività EEG desincronizzata, rapida e <strong>di</strong> basso voltaggio simile a quella<br />
presente in veglia; per tale motivo il <strong>sonno</strong> REM è anche denominato <strong>sonno</strong><br />
paradossale. Il <strong>sonno</strong> REM può a sua volta essere <strong>di</strong>stinto in due componenti:<br />
tonica e fasica. EEG desincronzzato, ipotonia o atonia dei principali gruppi<br />
muscolari e depressione dei riflessi mono e polisinaptici caratterizzano il<br />
REM tonico. La componente fasica è <strong>di</strong>scontinua e si sovrappone alla componente<br />
tonica. Gli eventi fasici sono contrassegnati da scariche <strong>di</strong> movimenti<br />
oculari rapi<strong>di</strong>, contrazioni miocloniche e miochimiche dei muscoli<br />
facciali, linguali e degli arti, irregolarità <strong>del</strong>la frequenza car<strong>di</strong>aca e respiratoria<br />
con pressione sanguigna variabile.<br />
Dall’<strong>analisi</strong> macrostrutturale è possibile ottenere un <strong>di</strong>agramma <strong>del</strong> <strong>sonno</strong><br />
che viene definito ipnogramma, il quale fornisce informazioni relative alla<br />
cosiddetta architettura <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>, ossia alla composizione, rappresentazione<br />
e successione dei vari sta<strong>di</strong> e cicli <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> (figura 1).<br />
Il <strong>sonno</strong> non può essere ascritto ad un singolo sistema neurotrasmettitoriale o<br />
ad un’unica localizzazione anatomica. I sistemi in grado <strong>di</strong> attivare il <strong>sonno</strong> e<br />
la veglia interagiscono reciprocamente e sembrano controllati da <strong>di</strong>versi neurotrasmettitori<br />
e neurome<strong>di</strong>atori 8 . Il <strong>sonno</strong> NREM sembra essere controllato<br />
dal prosencefalo basale, dall’area che circonda il nucleo <strong>del</strong> tratto solitario a<br />
livello <strong>del</strong> midollo e dai nuclei dorsali <strong>del</strong> rafe (costituiti da cellule serotoninergiche).<br />
Altre aree cerebrali come la formazione reticolare ascendente e la<br />
parte posteriore <strong>del</strong>l’ipotalamo facilitano la veglia. Il nucleo soprachiasmatico<br />
<strong>del</strong>l’ipotalamo funziona come un pace-maker per la maggior parte dei<br />
ritmi circa<strong>di</strong>ani ed è coinvolto nel ciclo <strong>sonno</strong>-veglia 9 .<br />
Il <strong>sonno</strong> REM è controllato da un sistema <strong>di</strong> neuroni e trasmettitori che rive-<br />
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NEUROFISIOLOGIA DEL SONNO<br />
E TECNICHE DI ANALISI<br />
REM<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
STADI DEL SONNO VEGLIA<br />
GIOVANI ADULTI<br />
Figura 1. Ipnogramma <strong>di</strong> un giovane adulto.<br />
stono ruoli antagonisti 10 . Le cellule dei nuclei dorsali <strong>del</strong> rafe (serotoninergiche)<br />
e <strong>del</strong> locus coeruleus (noradrenergiche) <strong>di</strong>sattivano il <strong>sonno</strong> REM (cellule<br />
REM-off). Viceversa, le cellule colinergiche situate nei nuclei gigantocelluelari<br />
<strong>del</strong> tegmento ponto-mesencefalico attivano il <strong>sonno</strong> REM (cellule REM-on)<br />
MICROSTRUTTURA DEL SONNO<br />
1 2 3 4 5 6 7<br />
I parametri macrostrutturali non riescono a descrivere completamente le<br />
caratteristiche <strong>di</strong> tipo qualitativo <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>. Il <strong>sonno</strong> infatti è un processo<br />
<strong>di</strong>namico che risente <strong>di</strong> numerose influenze sia esterne sia interne che ne<br />
mo<strong>di</strong>ficano la stabilità determinando dei microrisvegli o arousals, che si<br />
esprimono poligraficamente con la comparsa <strong>di</strong> eventi fasici, i quali non<br />
vengono tuttavia presi in adeguata considerazione dall’<strong>analisi</strong> classica <strong>di</strong> tipo<br />
macrostrutturale. Per esempio, è facile imbattersi in pazienti insonni nei<br />
quali la rappresentazione qualitativa e quantitativa dei <strong>di</strong>versi sta<strong>di</strong> e la stessa<br />
architettura <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> sono conservate. Tale inadeguatezza <strong>del</strong>l’<strong>analisi</strong><br />
macrostrutturale a estrarre tutte le informazioni cliniche <strong>del</strong>la registrazione<br />
poli<strong>sonno</strong>grafica ha indotto a ricercare chiavi <strong>di</strong> lettura <strong>di</strong>verse da quelle<br />
comunemente fornite dai criteri standar<strong>di</strong>zzati secondo Rechtschaffen e<br />
Kales 6 . È stata in<strong>di</strong>viduata, infatti, all’interno <strong>del</strong>le <strong>di</strong>verse fasi <strong>del</strong> <strong>sonno</strong><br />
NREM, una microstruttura <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> 11,12 , vale a <strong>di</strong>re la presenza <strong>di</strong> un particolare<br />
tipo <strong>di</strong> tracciato (figura 2), costituito dall’alternanza <strong>di</strong> sequenze caratterizzate<br />
da una superficializzazione <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>, rappresentata da onde al vertice,<br />
complessi K, intrusione <strong>di</strong> alfa e “<strong>del</strong>ta burst” (fase A o fase <strong>di</strong> attivazione),<br />
subito seguita da perio<strong>di</strong> <strong>di</strong> ripristino <strong>del</strong>l’attività EEG propria <strong>di</strong><br />
quella fase <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> (fase B o fase <strong>di</strong> quiescenza). Tale tracciato è stato<br />
definito Tracciato Alternante Ciclico o CAP (Cyclic Alternating Pattern) in<br />
quanto è caratterizzato dalla successione più o meno regolare <strong>di</strong> cicli CAP<br />
(fase A + fase B) e non-CAP. Il tracciato ciclante si ritrova soprattutto nelle
Figura 2. Identificazione <strong>del</strong>le sequenze CAP e NCAP nell’ambito <strong>di</strong> un istogramma classico<br />
<strong>del</strong> <strong>sonno</strong> (per gentile concessione <strong>di</strong> Terzano, Parrino; 1992).<br />
fasi <strong>di</strong> transizione, attorno ai cambiamenti <strong>di</strong> sta<strong>di</strong>o e può essere indotto<br />
somministrando al soggetto opportuni stimoli capaci <strong>di</strong> superficializzare il<br />
<strong>sonno</strong> e <strong>di</strong> richiedere una risposta omeostatica. La Fase A ha un potere attivante<br />
sui parossismi epilettici, sulle crisi notturne, sui movimenti perio<strong>di</strong>ci e<br />
sulle parasonnie, mentre la Fase B svolge funzioni opposte <strong>di</strong> inibizione 13,14 .<br />
Il CAP rate (quantità percentuale <strong>di</strong> CAP rispetto al <strong>sonno</strong> NREM) è un in<strong>di</strong>catore<br />
<strong>del</strong>la qualità <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> (maggiore è il CAP rate peggiore è la qualità<br />
<strong>del</strong> <strong>sonno</strong>). Dal punto <strong>di</strong> vista fisiologico è possibile che il CAP rivesta<br />
significati <strong>di</strong>versi a seconda <strong>del</strong>l’età considerata 15 : infatti, il CAP rate è elevato<br />
nell’infanzia (nel neonato occupa il 100% <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> quieto), <strong>di</strong>minuisce<br />
fino al 40% nell’adolescenza, si riduce al 25-30 % nei giovani adulti, risale<br />
fino al 40% nella mezza età ed aumenta fino al 50-60% negli anziani.<br />
ANALISI SPETTRALE<br />
Un ulteriore criterio per analizzare le registrazioni poligrafiche eseguite<br />
durante il <strong>sonno</strong> è costituito dall’applicazione <strong>del</strong>le <strong>tecniche</strong> computerizzate<br />
<strong>di</strong> <strong>analisi</strong> spettrale <strong>del</strong> segnale EEG. Tale metodo <strong>di</strong> indagine prevede la trasformazione<br />
matematica <strong>del</strong> segnale stesso dal dominio <strong>del</strong> tempo a quello<br />
<strong>del</strong>le frequenze; è così possibile misurare la potenza espressa da una <strong>del</strong>le<br />
bande <strong>di</strong> frequenza che compongono l’EEG in un dato tempo e stabilire<br />
quanto ciascuna <strong>del</strong>le bande pesi in termini percentuali nella composizione<br />
<strong>del</strong> segnale. L’utilizzazione dei sistemi <strong>di</strong> <strong>analisi</strong> spettrale consente anche <strong>di</strong><br />
costruire dei grafici che esprimono l’andamento nel tempo dei valori <strong>di</strong><br />
potenza relativa <strong>del</strong>le varie bande EEG. Soltanto alcune frequenze mostrano<br />
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dei pattern caratteristici <strong>di</strong> fluttuazione durante il <strong>sonno</strong>: l’attività <strong>del</strong>ta (0.3-<br />
3 Hz), l’attività sigma (12-16-Hz) e l’attività beta (20-28 Hz) 16 (figura 3).<br />
L’attività <strong>del</strong>ta è quella che raggiunge i valori più elevati durante il <strong>sonno</strong><br />
NREM ed i valori più bassi durante il <strong>sonno</strong> REM. Essa è maggiormente<br />
rappresentata nei primi cicli <strong>di</strong> <strong>sonno</strong> NREM. L’approfon<strong>di</strong>mento <strong>del</strong> <strong>sonno</strong><br />
è così descritto dal progressivo aumento dei valori <strong>di</strong> potenza <strong>del</strong>la banda<br />
<strong>del</strong>ta, fino al raggiungimento <strong>di</strong> un picco e quin<strong>di</strong> da un progressivo declino<br />
cui fa seguito il primo episo<strong>di</strong>o <strong>di</strong> <strong>sonno</strong> REM. Tale processo si ripete ciclicamente<br />
ed il grafico che ne deriva assume l’aspetto <strong>di</strong> una curva sinusoidale <strong>di</strong><br />
ampiezza sempre più smorzata. L’attività sigma riflette principalmente la quantità<br />
e la <strong>di</strong>stribuzione degli spindles durante il <strong>sonno</strong>. Essa è alta durante il<br />
<strong>sonno</strong> NREM e bassa durante il <strong>sonno</strong> REM. Durante il singolo ciclo <strong>di</strong> <strong>sonno</strong><br />
NREM l’attività sigma e quella <strong>del</strong>ta mostrano una relazione inversa, che riflet-<br />
Spectral Power<br />
W<br />
R<br />
2<br />
3<br />
4<br />
(ων<br />
6000<br />
5000<br />
4000<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
0<br />
2 )<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
DELTA (0,3-3 Hz)<br />
NREM<br />
SIGMA (12-15 Hz)<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
BETA (20-28 Hz)<br />
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500<br />
minute from lights out<br />
Figura 3. Tipico pattern <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione <strong>del</strong>l’attività <strong>del</strong>ta, sigma e beta. In alto è rappresentato<br />
l’ipnogramma. Lo sta<strong>di</strong>o 1 è incluso nei perio<strong>di</strong> <strong>di</strong> veglia (per gentile concessione <strong>di</strong> Uchida, 2000).<br />
REM
LEVEL OF PROCESS S SLOW WAKE ACTIVITY (%)<br />
150<br />
100<br />
50<br />
WAKE SLEEP<br />
WAKE SLEEP<br />
0<br />
6 23 6 23 6<br />
S<br />
C –<br />
6 16 23 1 6 18 23 1 6<br />
HOURS<br />
Figura 4. Mo<strong>del</strong>lo <strong>di</strong> regolazione <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> secondo Borbely. La curva S si accresce durante le<br />
ore <strong>di</strong> veglia e declina durante il <strong>sonno</strong>. La curva C è regolata dai ritmi circa<strong>di</strong>ani e si sviluppa<br />
in<strong>di</strong>pendentemente dalla veglia e dal <strong>sonno</strong>. Durante la deprivazione <strong>di</strong> <strong>sonno</strong>, la curva S continua<br />
a salire consentendo un recupero successivo <strong>di</strong> <strong>sonno</strong> più intenso e leggermente più lungo.<br />
te i meccanismi neurofisiologici alla base <strong>del</strong>le oscillazioni dei circuiti talamocorticali<br />
responsabili <strong>del</strong>la generazione degli spindles 17 . L’attività beta, la cui<br />
origine neurofisiologica non è ancora stata definita in modo esaustivo, predomina<br />
nelle regioni frontali ed appare alta durante il <strong>sonno</strong> REM e bassa durante il<br />
<strong>sonno</strong> NREM, dove mostra una relazione inversa con l’attività <strong>del</strong>ta 16 .<br />
Poiché durante il <strong>sonno</strong> NREM, sia l’attività sigma che quella beta mostrano una<br />
relazione inversa con l’attività <strong>del</strong>ta e durante il <strong>sonno</strong> REM l’attività sigma è bassa<br />
e l’attività beta è alta, lo stu<strong>di</strong>o temporale <strong>del</strong>le relazioni tra queste due bande <strong>di</strong> frequenza<br />
è in grado <strong>di</strong> <strong>di</strong>scriminare il <strong>sonno</strong> NREM dal <strong>sonno</strong> REM 16 .<br />
L’applicazione <strong>di</strong> <strong>tecniche</strong> <strong>di</strong> <strong>analisi</strong> quantitativa <strong>del</strong> segnale EEG ha anche<br />
consentito un approccio <strong>di</strong> tipo mo<strong>del</strong>listico allo stu<strong>di</strong>o <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>. Il <strong>sonno</strong><br />
infatti è il risultato <strong>di</strong> un’interazione complessa tra aspetti circa<strong>di</strong>ani,<br />
ultra<strong>di</strong>ani ed omeostatici 18,19 . La propensione al <strong>sonno</strong>, secondo il mo<strong>del</strong>lo<br />
proposto da Borbely 20 , è il risultato <strong>di</strong> un’interazione tra il bisogno <strong>di</strong> dormire,<br />
che cresce esponenzialmente in rapporto al tempo <strong>di</strong> veglia precedente<br />
(processo omeostatico S), ed i cosiddetti aspetti circa<strong>di</strong>ani (processo C)<br />
(figura 4). Il <strong>sonno</strong>, infatti, rappresenta il più appariscente dei ritmi circa<strong>di</strong>a-<br />
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ni: è un fenomeno ciclico che oscilla in sincronismo con il ritmico alternarsi<br />
<strong>di</strong> giorno/notte o luce/oscurità (ossia con la perio<strong>di</strong>ca rotazione terrestre),<br />
oltre che con numerose altre funzioni biologiche che si agganciano a tale<br />
ritmo (secrezione ormonale, pressione arteriosa, temperatura corporea).<br />
D’altra parte la struttura interna <strong>del</strong> <strong>sonno</strong> <strong>di</strong>pende dalla reciproca interazione<br />
tra aspetti omeostatici ed ultra<strong>di</strong>ani. Gli aspetti omeostatici sono responsabili<br />
<strong>del</strong>l’intensità <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>, ossia <strong>del</strong> progressivo aumento <strong>del</strong>la profon<strong>di</strong>tà<br />
<strong>del</strong> <strong>sonno</strong> e <strong>del</strong> suo successivo declinare nel corso dei cicli successivi,<br />
mentre quelli ultra<strong>di</strong>ani si manifestano con una perio<strong>di</strong>cità <strong>di</strong> circa 70-120<br />
minuti, che si esprime con l’alternarsi tra <strong>sonno</strong> REM e NREM.<br />
Bibliografia<br />
1. Horne J. Why we sleep? New York: Oxford University Press; 1988.<br />
2. Zepelin H. Mammallian sleep. In: Kryger MH, Roth T, Dement WC, eds. Principles and<br />
practice of sleep me<strong>di</strong>cine, 3th e<strong>di</strong>tion. Phila<strong>del</strong>phia, PA: WB Saunders; 2000: pp 82-92.<br />
3. Mahowald MW, Chokroverty S, Kader G, Schenck CH. Disturbi <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>. Continuum<br />
(Vol. 1, n° 3). Torino: Centro Scientifico Internazionale; 1999.<br />
4. Crick F, Mitchinson G. The function of dream sleep. Nature 1983, 304: 111-4.<br />
5. Kavanau JL. Memory, sleep, and the evolution of mechanisms of synaptic efficacy maintenance.<br />
Neuroscience 1997; 79: 7-44.<br />
6. Rechtschaffen A, Kales A. A manual of standar<strong>di</strong>zed terminology, techniques and scoring<br />
system for sleep stages of human subjects. Washington, DC: Public Health Service, U.S.<br />
Government Printing Office; 1968.<br />
7. Aserinsky E, Kleitman N. Regularly occurring periods of eye motility and concomitant<br />
phenomena during sleep. Science 1953; 118: 273-4.<br />
8. McCarley RW. <strong>Neurofisiologia</strong> <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>: meccanismi alla base <strong>del</strong> controllo <strong>del</strong>la veglia e<br />
<strong>del</strong> <strong>sonno</strong>. In: Chokroverty S, ed. I <strong>di</strong>sturbi <strong>del</strong> <strong>sonno</strong>. Milano: Time Science; 2000: pp 23-54.<br />
9. Rusak B, Zucker I. Neural regulation of circa<strong>di</strong>an rhythms. Physiol Rev 1979; 59: 449-526.<br />
10. Siegel JM. Brainstem mechanisms generating REM sleep. In: Kryger MH, Roth T,<br />
Dement WC, eds. Principles and practice of sleep me<strong>di</strong>cine. 3th e<strong>di</strong>tion. Phila<strong>del</strong>phia, PA:<br />
WB Saunders; 2000: pp 112-33.<br />
11. Terzano MG, Mancia D, Salati MR, Costani G, Decembrino A, Parrino L. The cyclic alternating<br />
pattern as a physiologic component of normal NREM sleep. Sleep 1985; 8: 137-45.<br />
12. Terzano MG, Parrino L, Spaggiari MC. The cyclic alternating pattern sequences in the<br />
dynamic organization of sleep. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 1988; 69: 437-47.<br />
13. Terzano MG, Parrino L. Clinical applications of cyclic alternating pattern. Physiol Behav<br />
1993; 54: 807-13.<br />
14. Terzano MG, Parrino L. Cyclic alternating pattern ed epilessia: meccanismi cronobiologici<br />
<strong>di</strong> attivazione durante il <strong>sonno</strong>. Boll Lega <strong>It</strong> Epil 1992; 77: 3-16.<br />
15. Parrino L, Borselli M, Spaggiari MC, Smerieri A, Terzano MG. Cyclic alternating pattern<br />
in normal sleep: polysomnographic parameters in <strong>di</strong>fferent age groups. Electroencephalogr<br />
Clin Neurophysiol 1998; 107: 439-50.<br />
16. Uchida S. Analisi computerizzata <strong>del</strong> segnale EEG e suoi significati neurofisiologici. Boll<br />
AIMS, Me<strong>di</strong>cina <strong>del</strong> Sonno 2000; 2: 2-5.<br />
17. Steriade M, McCormick DA, Sejnowski TJ. Thalamortical oscillations in the sleeping and<br />
arousal brain. Science 1993; 262: 679-85.<br />
18. Ferrillo F. Struttura <strong>del</strong> ciclo <strong>sonno</strong>-veglia. In: Coccagna G, Smirne S, eds. Me<strong>di</strong>cina <strong>del</strong><br />
<strong>sonno</strong>. Milano: UTET: 1993: pp 273-81.<br />
19. Ruggiero C, Giacomini M, Schiavi G, Nobili L, Ferrillo F. An integrated mo<strong>del</strong> of sleep<br />
regulation. Stud Health Technol Inform 1997; 43: 581-5.<br />
20. Borbely AA. A two-process mo<strong>del</strong> of sleep regulation. Hum Neurobiol 1982; 1: 195-204.