Circadianska rytmer och sömn

Transkript

1 Circadianska rytmer och sömn Apotekarprogrammet HT2013 Henrik Seth Neurovetenskap och fysiologi De flesta djur uppvisar ett eller flera cykliska (återkommande) beteenden Circannuella rytmer Hibernerning Reproduktion Påverkan på den circadianska melatonin sekretionen Circadianska rytmer Hormonsecretion Metabolism Kroppstemperatur Vaken/sömncykeln

2 Circadianska rytmer Centralklockan i nucl. suprachiasmaticus (SCN)

3 Den molekylära klockan är baserad på fördröjd negativ återkoppling Komplex interaktion bland clockgener och dess transkriptionsfaktorer

4 Klockan drar sig om den inte justeras Det tredje ögat Melanopsin receptor

5 SCN-cellerna signalerar rytm både elektriskt och humoralt Högre frekvens av aktionspotentialer på dagen Mängden spänningskänsliga kalciumkanaler (L-typ) är dubbelt så hög på dagen Reverseringspotentialen för GABA A är mer depolariserad pådagen Glucocorticoider αtgf (Transforming growth factor) Prokineticin 2 Humorala faktorer: Melatonin SCN preggl symp. ggl cervicale sup corpus pineale -max syntes på natten Melatonin Utsöndras av talgkottkörteln (pineal gland) under mörker Exogent Melatonin inducerar sömn i människan

6 Sleep is the readily reversible state of reduced responsiveness to and interaction with the environment Varför sover vi?

7 Alla behöver sömn Flugor behöver det Fåglar behöver det Fiskar behöver det Katter behöver det» Vi behöver det Sömnlängd Ungefär 60% av befolkningen faller inom en sömnlängd på 6,5-8,5tim 40% faller utanför detta! variation i Clockgenerna Det viktiga är att man känner sig utvilad!

8 Mäta sömn -EEG Electroencefalogram Extracranial non-invasive Intracranial invasive Multiarray local field potentials experimentell! Rytmgenerator i Thalamus Interaction mellan thalamocorticala (glutamat) och thalamoreticulära neuron (GABA) Moduleras av Acetylcholine, Noradrenalin, 5- HT, Adenosin

9 Effekter av modulatoriska transmittorer på thalamusceller NREM (SWS) och REM NA, 5-HT, Histamin Höga Låga Mycket låga Ach Hög Låg Hög Orexin Hög Låg Låg Energikonsumtion Hög Lite lägre Hög Hobson (2005) Nature 437:1254

10 Sömncykel Förhållander mellan SWS (NREM) och REM förändras med åldern

11 Interaktion mellan circadianska och homeostatiska komponenter Process C Bestämmer när sömnen skall infalla utifrån circadianska processerkontrollerade av SCN tex Clockgenerna Sociala signaler Process S Homeostatiskt driven med ett ökat behov av sömn efter förlängd vakenhet Adenosine? Baron Constantin von Economo Studerade patienter med en virus infektion som han kom att kalla encephalacitis lethargica Patienterna drabbades av abnormala sömnmönster Post mortem studier gav Economo en föraning om vad som var fel

12 Vakenhet förmedlas via de modulatoriska transmittorsystemen Saper et al (2005) Nature 437:1257 LC Locus Coeruleus BF Basal forebrain LH Lateral Hypothalamus VLPO VenteroLateralPreOptic TMN - TuberoMammillary Nucl LDT/PPT LateroDorsal- and PeduncoPontine Tegmental nucl De modulatoriska transmittorsystemen hämmas av GABA/Galanin från celler i VLPO i hypothalamus Saper et al (2005) Nature 437:1257

13 Orexin-innehållande celler i lat hypothalamus aktiverar de modulatoriska transmittorsystemen och stabiliserar switchen mellan sömn/vakenhet Saper et al (2001) TINS 24:726 Adenosine inducerar sömn

14 Lokal mikrosömn in animals kept awake beyond their normal sleep time, populations of neurons in different cortical areas can suddenlty go offline in what resembles the off times during NREM Vyazovskiy et al (2011) NATURE Varför sover vi? Adaptivt Restorativt Energimetabolism Immunförsvaret Neuronal plasticitet och inlärning

15 Energi metabolism Ghrelin Leptin? ANS Melatonin? Glucocorticoids Födosök och upptag energi metabolism - Lipidmetabolism Insulin resistans -> Metabolic syndrome Immunförsvaret Inflammation påverkar sömnmängd och kvalitet och sömnrestriktion ökar dödligheten till följd av blodförgiftning (sepsis) - Reciprokt Flera faktorer såsom leukocytmängd eller cytokininuttrycket påverkas av sömn och då Clockgen uttrycket Potentiellt via en rubbad HPA-axel Stress Melatonin

16 Synaptisk plasticitet och inlärning Tidigare upplevelser återuppspelas under sömnen

17 Kontextbaserad inlärning Re: Two stage model of memory Neocortex Hippocampus

18 Tvåmekanismer (hypoteser) för minnesbildning/konsolidering under sömn 1, Synaptic homeostatsis 2, Active system consolidation Nedreglering - Synaptisk homeostas Tononi and Cirelli (2013) Scientific American, Margret et al (2011) Nat neurosci

19 Konsolidering Att SWS och REM sker i en följd är viktigt

20 Rekommenderad läsning Generell översikt The circadian control of sleep S.P. Fisher, R.G. Foster and Stuart N. Pierson (2013) Clock genes and sleep D. Landgraf, A Shostak och H. Oster (2012) Sleep and Arousal: Thalamocortical mechanisms D.A. McCormick och T. Bal (1997) Sömn och minne The memory function of sleep S. Diekelmann och J. Born (2010) Hippocampal sleep feature: relations to human memory function M. Ferrara, F. Moroni, L. de Gennaro och L. Nobili (2012) Sleep and waking modulate spine turnover in the adolescent mouse cortex S. Maret, U. Faraguna, A. B. Nelson, C. Cirelli och G. Tononi (2011) Sömn och metabolism Circadian Clocks and Metabolism B. Marcheva, K.M. Ramsey, C.B. Peek, A. Affinati, E. Maury och J. Bass (2013)