Neurobiología del sueño y la vigilia
La neurobiología del sueño y la vigilia en el ser humano comprende complejas interacciones y diferentes estructuras nerviosas.
facultad de medicina · neurología
mar. 12 de oct. 2021
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Las complejas interacciones y las diferentes estructuras nerviosas que se ven implicadas en la medicina del sueño cumplen una función en la neurobiología del ser humano cuando no se encuentra en vigilia. En las últimas décadas se han expuesto múltiples teorías al respecto, pero entre todas ellas hay información en la que los autores coinciden a pesar de los resultados.

Núcleos que controlan la vigilia

El estado de vigilia o de alerta es controlado por núcleos cerebrales que se situan en el tronco del encéfalo, el hipotálamo lateral y el área frontal basal. La vigilia puede ser de dos tipos: si se trata de un estado con alerta, concentración y una elevada actividad neuronal en la corteza cerebral, se hablará de vigilia activa. Está expresada en el EEG como actividad rápida desincronizada de baja amplitud. En el caso contrario, se tratará de una vigilia en reposo. A continuación se describen las principales áreas cerebrales promotoras de la vigilia:

Tronco del encéfalo

Acoge los núcleos monoaminérgicos: el núcleo dorsal del rafe que produce serotonina, el núcleo locus cerouleus que produce noradrenalina, el área tegmental ventral que produce dopamina y el núcleo tuberomamilar (situado entre el tronco del encéfalo y el hipotálamo) que produce histamina. Asimismo, en el tronco del encéfalo se sitúan el núcleo pedunculopontino y el laterodorsal, que producen acetilcolina. Esta se proyecta al tálamo y a la corteza cerebral, contribuyendo a la generación de la actividad EEG rápida y desincronizada de la vigilia. En esta región también se sitúa el núcleo parabraquial, un productor de glutamato.

Área prefrontal basal o prosencéfalo basal

Es un área en la que se localizan varias estirpes neuronales. Las neuronas con actividad colinérgica son aquellas que se proyectan a la corteza cerebral y están implicadas, al igual que los núcleos anteriores del tronco colinérgico, en el mantenimiento de la vigilia. En esta región también se situan las neuronas gabaérgicas que contienen parvoalbúmina y de las cuales 1/3 muestra una potente actividad asociada a la vigilia.

Hipotálamo lateral y basal

Es la región donde se sitúan los núcleos productores de hipocretinas/orexinas y glutamato, implicados indirectamente en la estabilización de la vigilia mediante la estimulación de los núcleos monoaminérgicos y colinérgicos descritos anteriormente.

Núcleos que controlan el sueño NoREM

El sueño NREM, que suele ser la fase de inicio del sueño normal, está regulado por la actividad del área preóptica ventrolateral (VLPO) y del área preóptica mediana (MNPO), ambas situadas en el hipotálamo anterior y la zona parafacial. Los neurotransmisores fundamentales que estos núcleos producen son elácido gamma- aminobutírico (GABA) y, en menormedida, la galanina.

El GABA es el principal neurotransmisor inhibidor del sistema nervioso central y produce una hiperpolarización de las neuronas (hace más negativo su potencial de membrana haciéndolas menos excitables) al aumentar la conductancia al ion Cloro del complejo receptor GABA hacia el interior de la célula. La estructura de este complejo receptor GABA explicalos efectos de hipnóticos y sedantes, barbitúricos, etanol y anestésicos.

El inicio de la actividad del VLPO podría estar determinado por la acción del factor homeostático y el circadiano. El factor circadiano (proceso C) depende de la oscilación del núcleo supraquiásmático (NSQ). El factor homeostático, por su parte, refleja la presión del sueño (proceso S) como consecuencia del tiempo que se está despierto. El mejor candidato a ser el mediador de este proceso sería la adenosina. Esta molécula es producto del metabolismo del ATP, el responsable de proporcionar la energía en la célula en la mayoría de las funciones metabólicas. El acúmulo de adenosina a nivelcerebral (especialmente en el hipotálamo anterior, área prefrontal basal y corteza cerebral) desencadenaría la descarga (en las circunstancias apropiadas: ciclo del ritmo circadiano y disminución de estímulos previa al sueño) de las neuronas del VLPO que causan la inhibición de los núcleos promotores de la vigilia (hipocretinas, acetilcolina, glutamato y monoaminas).

De igual forma, los núcleos reticulares del tálamo (también gabaérgicos) disminuirían la llegada de información sensitiva a la corteza cerebral. Generarían una actividad rítmica tálamo-cortical, que daría lugar a la actividad sincronizada del sueño de ondas lentas. La adenosina, a través de sus receptores A1, tiene un efecto inhibidor indirecto sobre la actividad de las neuronas hipocretinérgicas y colinérgicas del área basal prefrontal. Es contrario al efecto de la dopamina, que actúa sobre la motivación a través del núcleo accumbens.

Por otro lado, la intensidad en términos de amplitud de las ondas delta del sueño se ha relacionado, entre otros aspectos, con un aumento de la síntesis de ATP. Esto sugiere el papel del sueño profundo en la recuperación de energía y en la facilitación del aumento de reservas energéticas para la actividad durante la vigilia. La amplitud de las ondas lentas del EEG se correlaciona tanto con la disminución de la adenosina, como con la eliminación de sustancias tóxicas como el betamiloide.

Sueño REM

En situaciones normales, el sueño REM suele aparecertras un periodo de sueño NoREM. Es decir, al final de un ciclo de sueño. La estimulación GABA durante el sueño NoREM, la disminución del tono de las neuronas monoaminergicas y la inhibición de los núcleos hipocretinérgicos permitirán la activación de los núcleos nerviosos implicados en la regulación del sueño REM (núcleos REM-on) que incluyen neuronas colinérgicas. Están situadas en el tronco del encéfalo como los núcleos tegmentales pedunculopontino (PPT) y laterodorsal (LDT). También neuronas glutamatergicas, que contienen hormona concentradora de melanina (MCH) en el hipotálamo lateral y en el núcleo sublaterodorsal (SLD) del tronco del encéfalo (también llamado sublocus cerouleus, por estar próximo al Locus cerouleus).

La transición del sueño NREM al REM parece determinada, específicamente, por la disminución de la actividad gabaérgica de la sustancia gris periacueductal ventroalteral (vlPAG) y del tegmento pedunculo pontino(PPT) lateral sobre el núcleo sublaterodorsal. Por ende, la actividad de las neuronas glutamatérgicas de este último será la predominante en la fase REM. Los núcleos colinérgicos poseen dos subpoblaciones de células: las que predomina su actividad en vigilia y las que se activan específicamente en sueño REM. Estas neuronas son las responsables de las proyecciones colinérgicas a la corteza cerebral, que hacen de la actividad EEG durante el sueño REM una actividad rápida desincronizada similar a la de la vigilia. Las neuronas monoaminérgicas deben estar inhibidas, pues forman parte del circuito de los núcleos REM-off junto a los núcleos hipocretinérgicos.

Además de esta actividad colinérgica en fase REM, la actividad de las neuronas glutamatérgicas del núcleo sublaterodorsal se proyecta al área prefrontal basal y a la médula espinal. Este último circuito, orientado hacia la médula, sería el responsable de la inhibición del tono muscular durante el sueño REM. Este fenómeno es importante, pues durante el sueño REM se produce una atonía completa de la musculatura estriada voluntaria (a excepción el diafragma y los núcleos que controlan el movimiento ocular); de ahí que en sueño REM haya movimientos oculares bruscos y rápidos.

La atonía muscular raramente es percibida por el sujeto, pues el inicio del sueño suele ser en fase N1 NoREM. Sin embargo, en algunas circunstancias, el inicio del sueño en fase REM o un despertar incompleto desde esta fase puede hacer que el sujeto vuelva a la vigilia antes de que se haya restituido completamente el tono muscular. Esta situación se correspondería a lo que se conoce como parálisis de sueño y ocurre en casi la mitad de individuos alguna vez a lo largo de la vida. El sueño REM es, también, el estado de la consciencia donde ocurren mayoritariamente las ensoñaciones. Entre otrosfenómenos fisiológicos, en los varones se producen erecciones peneanas y en la mujeres el equivalente con ingurgitación clitoriana.

Modelo Flip-Flop

Clifford Saper, de la Universidad de Harvard, ha propuesto el modelo que explica, en primer lugar, las interacciones la actividad de los núcleos reguladores del sueño y la vigilia. En segundo lugar, cómo existe un cambio vertiginoso en la actividad de los mismos que supone modificaciones rápidas del nivel de conciencia.

Este modelo, conocido como flip-flop, integra las actividades excitadoras e inhibidoras recíprocas que permiten el paso del estado de la vigilia al sueño y viceversa. Una representación en forma de balanza o columpio de este mecanismo tiene la particularidad de que la última contempla el cambio de fase NREM a REM. Los núcleos con neuronas monoaminérgicas favorecedoras del alertamiento, que inhiben al núcleo VLPO durante la vigilia, también inhiben a las neuronas REM-on y activan las neuronas REM-off del interruptor REM. Esto se traduce en que, para sujetos normales, la transición directa de la vigilia a la fase de sueño REM sea casi imposible

La población de neuronas favorecedoras de la vigilia y sueño se muestran como un mecanismo de balanza en la parte superior izquierda. Las poblaciones de REM-on y REM-off, como un mecanismo similar en la parte inferior derecha. Las flechas rojas corresponden a proyecciones inhibitorias y las flechas verdes a las proyecciones activadoras. Entre paréntesis, los fenómenos clínicos que aparecen en la narcolepsia por activaciones a destiempo en cada población de neuronas favorecedoras de la vigilia, del sueño o de la fase de sueño REM, como consecuencia de la pérdida de la señal activadora de las orexinas.

El cerebro cuando dormimos

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