Egészségügy | Tanulmányok, esszék » Bódizs Róbert - Biológiai ritmusok, alvás, ébrenlét

BIOLÓGIAI RITMUSOK, ALVÁS, ÉBRENLÉT Dr. Bódizs Róbert Semmelweis Egyetem Pázmány Péter Katolikus Egyetem Magatartástudományi Intézet Általános Pszichológia Tanszék BIOLÓGIAI ÉS SZOCIÁLIS RITMUSOK: KO-REGULÁCIÓ, HARMÓNIA ÉS DISZHARMÓNIA SZOCIÁLIS RITMUSOK Évek (A.D) Hó(Jan., Feb) + hetek Napok (Hé., Ke) Rátevődő aktivitásnyugalom ciklusok, szünetek, stb. Moser M et al. AZ ALVÁS: ébrenlét cirkadián ritmus EGYMÁSBA alvás ÁGYAZOTT ÉBRENLÉT ultradián ritmus REM S1 S2 S3 S4 OSZCILLÁCIÓK SZIMFÓNIÁJA alvásidő (h) 100 µV alvásciklus A ciklikusan váltakozó mintázat B A B A alvási orsók 1s DOWN up up lassú oszcilláció ALVÁSMÉRGEK NYOMÁBAN: AZ „ŐSKOR” Tunis 248 órai ébrenlét után Tunis >500 órai ébrenlét után, a halál torkában Clignard 1,5 órával azután, hogy a cisterna magnajába Tunis liquor extractumából injektáltak EGY ÚJABB PRÓBÁLKOZÁS James Krueger A

KECSKÉK LIQUORÁBÓL KIVONT S-FAKTOR HATÁSA PATKÁNYOK AKTIVITÁSÁRA AZ S-FAKTOR: TALÁN INKÁBB ALVÁS-VITAMIN? A BŐSÉG ÉS TÖKÉLETLENSÉG ZAVARA Hipnotoxinok átvitele Piéron kísérlete Néhány eredmény •Muramil peptidek  IL1β  TNFα  (Pappenheimer – alvás és immunrendszer) •SPS (uridin, oxidált glutation)  GABA, glutamát (Inoue – alvás és neuronális restauráció/detoxifikáció) •Adenozin  Ach  (Porkka-Heiskanen, Greene - alvás és agyi energiagazdálkodás) •Prosztaglandin D2  A2A  Hth POA  n. tuberomammilaris H (Urade) •Oleamid  5HT7, anandamid (endogén kannabinoid) (Lerner) •DSIP  ? (Schönenberger - elalvás folyamata) A KÉT-FOLYAMAT MODELLT MEGALAPOZÓ MEGFIGYELÉSEK: a lassú hullámok kitüntetett szerepe Alvásnyomás = lassú (delta) hullámok Szignifikáns eltérések Alvásciklusonkénti EEG teljesítménysűrűség spektrumok (NREM) a 4-ik

alvásciklushoz képest 40,5 órás ébrenlétet követő első és második éjszakai NREM alvás EEG a megvonás előtti éjszakához képest Borbély AA et al. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 1981;51:483-93 AZ ALVÁSSZABÁLYOZÁS BORBÉLY-FÉLE KÉT-FOLYAMAT MODELLJE A homeosztatikus alvásigény az ébrenlét során egy lassan telítődőd exponenciálisan függvény szerint növekszik (S-folyamat), míg a cirkadián ritmus nap-közben gátolja, éjszaka pedig elősegíti az alvás megjelenését (C-folyamat). Az alvás a két tényező eredőjeként jön létre: a cirkadián ritmus időzíti az alvást, míg a homeosztatikus folyamat annak mélységét (intenzitását) határozza meg. Borbély AA. Hum Neurobiol 1982;1:195-204 A KÉT-FOLYAMAT MODELLT ALÁTÁMASZTÓ NÉHÁNY KÍSÉRLETI EREDMÉNY Achermann P. & Borbély AA Front Biosci 2003;8:s683-93 LASSÚ HULLÁMOK ÉS ALVÁS: a két-folyamat modell pontosításai és kiegészítései • Globális vs.

lokális jelenségek • Egységes lassú hullámú aktivitás vs. frekvencia-specifikus lassú hullám altípusok • Spontán vs. reaktív lassú hullámok Ifj. Obál Ferenc: James Kruegerrel már 1993ban megalkották a lokális alvás koncepcióját Neuroncsoportok alvása Az alvás statisztikai fogalom Koordinált csoportok = az organizmus alvása LEBENYEK ÉS FÉLTEKÉK: a lassú hullámú alvás „egyenetlenségei” Frontális dominancia és agyi érés Féltekei dilemmák: Európai és japán alanyok Achermann P. In Borbély AA et al (eds) The regulation of sleep. HFSP, Strasbourg, 2000 NAPKÖZBENI SZENZOROS STIMULÁCIÓ ÉS LOKÁLIS LASSÚ HULLÁM INTENZITÁS ALVÁSBAN: nem csak az ébren töltött idő számít A stimulált karral (J) ellenoldali félteke (B) fölött alvásban erőteljesebb delta aktivitás észlelhető (), a stimuláció nélküli helyzethez képest (○): 100*B/(B+J). Kattler et al. J Sleep Res 1994;3(3):159-64 KÉRGI KOLUMNÁK

ALVÁSA 100 ms Mikroelektródákkal mért kiváltott válaszok állapotfüggése. Az organizmus állapota néha eltérhet a kérgi kolumna állapotától. MEGOLDÁS A LOKÁLIS ALVÁS REJTÉLYÉRE? SZOMNOGÉN CITOKINEK, MINT AKTIVITÁS-FÜGGŐ POSZTSZINAPTIKUS ÁGENSEK Krueger JM et al. LOKÁLIS LASSÚ HULLÁM INTENZITÁS ALVÁSBAN: a tanulás függvénye Perceptuo-motoros tanulási feladat: rotációs adaptáció Az alvás előtti tanulás alvás közben lokális delta (1-4 Hz) aktivitásfokozódást váltott ki a tanulás szempontjából releváns agyterületek fölött. A teljesítményfokozódás mértéke pozitívan korrelált a delta aktivitás lokális növekedésével. Huber et al Nature 2004 A SZINAPTIKUS HOMEOSZTÁZIS ELMÉLETE Tononi G, Cirelli C. Sleep Med Rev 2006 AZ ALVÁS HOMEOSZTÁZISA ÉS A LASSÚ HULLÁMOK SZABÁLYOZÁSA: Az ébren töltött időtől, a használaton át a tanulásig AZ ORSÓK ÉS A DELTA HULLÁMOK KELETKEZÉSÉNEK

THALAMOCORTICALIS MODELLJE A thalamocorticalis neuronok reticularis (nucleus reticularis thalami GABAerg gátló neuronjai) bemenete gátló hatást fejt ki. Ennek hatására a thalamocorticalis neuronokban hiperpolarizációs-rebound tüzelési szekvenciák alakulnak ki. A közepes szintű hiperpolarizáció esetén (a thalamocorticalis neuronok membrán potenciálja) orsózó (7-14 Hz), erőteljesebb hiperpolarizáció esetén delta (1-4 Hz) frekvenciájó oszcillációs üzemmód inicializálódik. A membránpotenciál az agytörzsi cholinerg és a corticalis inputtól függ. A delta aktivitásnak vagy ezenkívül és ettől függetlenül kérgi eredete IS van. MIRCEA STERIADE ÉS A LASSÚ HULLÁMOK • A delta hullámok (0,1-4 Hz) celluláris neurofiziológiai vizsgálata • A delta hullámok nem képeznek homogén entitást • Az 1 Hz alatti komponens frekvenciaspecifikus és kiemelkedő jelentőségű: LASSÚ OSZCILLÁCIÓ 1924-2006 AZ ALVÁS EEG-RITMUSAI:

KELETKEZÉSÜK FORGATÓKÖNYVE A LASSÚ OSZCILLÁCIÓ TÜKRÉBEN A delta és az orsó hullámok szinkronizációja a kéregben történik, a lassú oszcilláció intrakortikális konnektivitáson alapuló szinkronizációja és a leszálló corticothalamicus pályák hatása révén. Ma már tudjuk, hogy a Cx-RE leszálló pálya dominál a Cx-Th-cx fölött. AZ ALVÁSNYOMÁS ÉS A LASSÚ OSZCILLÁCIÓ MORFOLÓGIÁJA A hatás valószínű oka: szinaptikus nyomás ↑ ↓↓↓ Intracorticalis összeköttetések ↑ ↓↓↓ Szinkronizációhoz szükséges idő ↓ & szinkronizációba bevonódó neuronok száma ↑ ↓↓↓ Hullám-meredekség ↑ & hullám-amplitúdó ↑ INFRALASSÚ, LASSÚ ÉS DELTA AKTIVITÁS CIKLIKUSAN VÁLTAKOZÓ MINTÁZAT (ULTRALASSÚ VAGY INFRALASSÚ OSZCILLÁCIÓ?) EEG KÉPE-I: NAGYTOTÁL A ciklikusan váltakozó mintázat (cyclic alternating pattern – CAP) két fázisa az A és a B fázis. A fázisban ébredési reakciók (az

ábrán paradox delta szinkronizáció), B fázisban pedig a megfelelő alvásstádium háttértevékenysége figyelhető meg. INSTANS ALVÁSHOMEOSZTÁZIS ÉS DELTA INJEKCIÓK Állapotfüggő reaktivitás Kiváltott hiperpolarizációk Delta injekciók (az S időbeli egyenetlenségei) REAKTÍV HOMEOSZTÁZIS: Változás utólagos (menet közbeni) korrekciója PREDIKTÍV HOMEOSZTÁZIS: Változás „előrelátása” és az arra való felkészülés, előzetes korrekció PÉLDÁK JÓL ISMERT CIRKADIÁN MARKEREKRE NAPSZAKFÜGGŐ INGADOZÁSOK EGYES ÉLETTANI MUTATÓKBAN: nem csak az alvás hatása NAPSZAKFÜGGÉS - ÁLLAPOTFÜGGÉS • NAPSZAKFÜGGŐ • ÁLLAPOTFÜGGŐ • melatonin • Növekedési hormon • Kortizol • Disztális testhőmérséklet • magtemperatúra • Mély NREM alvás • REM aránya A BIOLÓGIAI ÓRA LOKALIZÁCIÓJA SCN lézió  cirkadián demoduláció HELYI IDŐ: In vitro mPER2 expresszió különböző központi

idegrendszeri preparátumokban Transzkripciós-feedback modell A FÉNY MELATONINFELSZABADULÁST GÁTLÓ HATÁSA Per1 ↑↑↑ Reppert SM, Weaver DR. Nature 2002 Macchi MM, Bruce JN. Front Neuroendocrinology 2004 A FÉNY, A MELATONI ÉS AZ SCN KÖLCSÖNHATÁSAI SLEEP CYCLE BASICS EEG Hypnogram Eye movement Sleep stages Blood pressure Breaths Pulse Movements Pace-Schott EP, Hobson JA. Nat Rev Neurosci 2002;3:591-605 A LSSÚ HULLÁMÚ TEVÉKENYSÉG, MINT A REM ALVÁS ELLENPÓLUSA: A KÖLCSÖNÖS INTERAKCIÓ HIPOTÉZISE ÉS EGY „ÖKOLÓGIAI EGYENLET” A REM-off és a REM-on neuronok interakciója generálja a REM alvás periódikus megjelenését és ezzel összefüggésben a lassú hullámú tevékenység acetilkolin általi gátlását („kérgi deszinkronizáció”). a, c – REM-on ill. REM-off időzítési paraméterek b, d – REM-on és REM-off interakció paraméterei Ébrenlét NREM 1s Kolinerg serkentés Kolinerg serkentés Aminerg befolyás

REM 100 µV 1 EEG EOG EMG x 5 Alvás 2 3 4 Noradrenerg és szerotoninerg rendszerek Kolinerg rendszer Szenzoros élmények Gondolkodás Mozgás Élénkek, külsőleg generáltak Tompák vagy hiányoznak Élénkek, belsőleg generáltak Logikus, progresszív Logikus, perszeveratív Illogikus, bizarr Folyamatos, akaratlagos Epizódikus, akaratlan Központi parancs végrehajtás A KÖLCSÖNÖS INTERAKCIÓ ELMÉLETÉNEK KITERJESZTÉSE A REM-on és a REM-off rendszer kölcsönhatásának részletes szemléltetése. A gamma aminovajsav (GABA) felelős a REM-off rendszer REM alvás alatti működéskimaradásáért. A noradrenalin (NA) serkenti a szerotonin (5-HT) neuronokat. Az agytörzsi retikuláris rendszer (BRF) a locus coeruleus alphával (LCα) az itt termelődő glutamát pedig az aszpartámmal (AS) egészült ki. A GABAerg input forrásai: substantia nigra pars reticularis (SNpr), periaqueductalis szürke állomány (PAG), dorzális paragigantocelluláris nucleus

(DPGi). LIMITÁLT CIKLUS ÉS KÖLCSÖNÖS INTERAKCIÓK •A lassú hullámú tevékenység REM-on neuronok általi periodikus gátlása •Mikroperturbációk a lassú hullámú tevékenységben •Cirkadián hatások a REM-hosszban •Környezeti, kognitív emocionális hatások REM-off↑ ÉBRESZTŐ ÉS ALVÁSKELTŐ RENDSZEREK: A HYPOTHALAMUS SZEREPE Ébresztőrendszerek az agyban: TMN HIST (nucleus tuberomammilaris-hisztamin), Raphé 5HT (szerotoninerg raphé magok), LC NA (locus coeruleus noradrenalin), PPT Ach (pedunculopontin tegmentalis nucleusacetilkolin), LDT Ach (laterodorsalis tegmentalis nucleus-acetilkolin). Alvás alatt aktív neuronok: VLPO GABA Gal (ventrolateralis preopticus areagamma aminovajsav, galanin) Az alvás alatt aktív neurális rendszer (alváskeltő struktúra) a ventrolateralis preopticus areában gátolja az agy ébresztőrendszereit. AZ ÉBRENLÉT FINOMHANGOLÁSA HYPOCRETIN (OREXIN) ÉS EGYÉB NEUROTRANSZMITTEREK ÁLTAL HC –

hypocretin (orexin) GLU – glutamát GABA – gamma aminovajsav HIST – hisztamin ACH – acetilkolin 5-HT – szerotonin NE - norepinefrin AZ ALVÁSI ORSÓK - Védik az alvást - Rögzítik az emlékeket/integrálják a tudást (sémák) ORSÓ-GENEZIS A thalamocorticalis rendszer működésmódja az egyes alvás-ébrenlét állapotokban: tónusos (ébrenlétben) és burst-jellegű (NREM alvásban ill. ált anesztéziában) HIERARCHIKUS FÁZIS-KAPCSOLTSÁG: ORSÓFODOR ÖSSZEGZÉS • Az alvásszabályozásban részt vevő idegrendszeri struktúrák sokfélesége • • • • Többszintű szabályozásra Képlékeny mechanizmusokra Egymást fölülíró rendszerekre Tapasztalás-függő folyamatokra enged következtetni. Az ember alvása részben ébrenlétét tükrözi