Circadianska rytmer och sömn Apotekarprogrammet HT2015 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 Hormonsekretion Metabolism Kroppstemperatur Vaken/sömncykeln
Circadianska rytmer
Centralklockan i nucl. suprachiasmaticus (SCN) No SCN!
Den molekylära klockan är baserad på fördröjd negativ återkoppling
Komplex interaktion bland clockgener och dess transkriptionsfaktorer
Klockan drar sig om den inte justeras
Det tredje ögat Melanopsin receptor
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 på dagen Glucocorticoider αtgf (Transforming growth factor) Prokineticin 2 Humorala faktorer: Melatonin SCN pregl symp. ggl cervicale sup corpus pineale -max syntes på natten
Melatonin Utsöndras av talgkottkörteln (pineal gland) under mörker Exogent Melatonin inducerar sömn i människan
Sleep is the readily reversible state of reduced responsiveness to and interaction with the environment
Varför sover vi?
Alla behöver sömn Flugor behöver det Fåglar behöver det Fiskar behöver det Katter behöver det» Vi behöver det
Touch a Truck
Fatal familial Insomnia Autosomal dominant sjukdom men progressivt försämrad sömn Genomgår fyra stadier under ett antal månader innan patienten avlider Gnagare betydligt känsligare!
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!
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
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
Sömncykel
Förhållandet mellan SWS (NREM) och REM förändras med åldern
Interaktion mellan circadianska och Process C homeostatiska komponenter Bestämmer när sömnen skall infalla utifrån circadianska processer kontrollerade 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
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
Orexin-innehållande celler i lat hypothalamus aktiverar de modulatoriska transmittorsystemen och stabiliserar switchen mellan sömn/vakenhet Saper et al (2001) TINS 24:726
Extra bild som förklarar Orexins stabiliserande effekt a) LC,TMN samt Raphe inhiberar VLPO samt aktiveras av Orexin (ORX). Detta leder till vakenhet. ORX kan även inhibera VLPO (oklart). Vakenhet b) VLPO börjar inhibera LC, TMN och Raphe. Sedermera inhiberar VLPO ORX som minskar sin stimulering av LC, TMN samt Raphe. Inhibitionen från ORX på VLPO minska r även denna (oklart). Sömn ------------------------------ Aktiviteten hos främst VLPO men även LC, TMN och Raphe styrs till viss del av SCN via DMH (dorsomediala hypothamalus) (slide 27). Saper et al (2005) Nature 437:1257
Adenosine inducerar sömn
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
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
Synaptisk plasticitet och inlärning
Tidigare upplevelser återuppspelas under sömnen
Kontextbaserad inlärning
Re: Two stage model of memory Neocortex Hippocampus
Två mekanismer (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
Konsolidering
Att SWS och REM sker i en följd är viktigt
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)