Mecanismos neuroquímicos de la regulación del sueño

Ilustración simplificada de señalización purinérgica extracelular (Wikipedia)

El sueño es un estado conductual complejo, global y reversible de todos los mamíferos, que está regulado homeostáticamente. En general, también se define como un estado de inmovilidad rápidamente reversible y una respuesta sensorial reducida. Aún así, no hay una definición que haya tenido éxito en satisfacer todos los aspectos del sueño. La falla en definir el sueño como un comportamiento único radica en varios hechos: (1) el sueño no es un estado homogéneo, sino un continuo de cantidad de estados mixtos; (2) los mecanismos de control del sueño se manifiestan en todos los niveles de organización biológica, desde los genes y los mecanismos intracelulares hasta las redes de poblaciones neuronales dentro del sistema nervioso central que controlan el movimiento, la excitación, las funciones autónomas, el comportamiento y la cognición; (3) la actividad e interacciones de estas poblaciones neuronales neuroquímicamente muy heterogéneas dependen de dos ritmos biológicos: el ritmo circadiano de vigilia / sueño y ciclos periódicos de sueño NREM / REM como dos estados principales de sueño.

Hay varios niveles de control del sueño. Las áreas del cerebro anterior del cerebro sirven para controlar la neuropsicología del sueño; el sistema talamo-cortical controla los ritmos de sueño NREM, la activación y desactivación del EEG; el sistema hipocampo-cortical controla la consolidación de la memoria; Los núcleos supraquiasmáticos del hipotálamo son las fuentes del ritmo circadiano y el control del inicio del sueño; el control del ciclo periódico del sueño NREM / REM es realizado por poblaciones neuronales dentro de la protuberancia. Por su parte, el control de la vigilia es realizado por poblaciones neuronales dentro del tronco encefálico, el mesencéfalo, el hipotálamo y el cerebro basal anterior.

Los principales centros pontinos promotores de la vigilia son las neuronas noradrenérgicas del locus coeruleus, las neuronas serotonérgicas del núcleo del rafe dorsal y las neuronas colinérgicas del núcleo tegmental pedunculopontino y el núcleo tegmental laterodorsal. Las conexiones e interacciones recíprocas de estas neuronas, y su actividad de patrón de descarga opuesto desde la activación hasta el sueño NREM y REM, han sido el trasfondo de la hipótesis de interacción recíproca de la generación de sueño REM.

Las neuronas promotoras de la vigilia al nivel del mesencéfalo son neuronas glutamatérgicas de la formación reticular del mesencéfalo, neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra y el área tegmental ventral. Todas las células promotoras de la vigilia a nivel pontino y del cerebro medio se proyectan dorsalmente para activar el sistema talamocortical, y ventralmente para activar los sistemas hipotálamo-corticales y basalocorticales.

También hay neuronas histamínérgicas hipotalámicas que estimulan la vigilia dentro del núcleo tuberomammilar del hipotálamo posterior y las neuronas hipocretinérgicas del hipotálamo lateral.

Las neuronas colinérgicas del prosencéfalo basal, además del control de la vigilia participan en el control de muchas conductas que estimulan la vigilia, como la atención, el procesamiento sensorial y el aprendizaje. Estudios moleculares recientes sugieren que el núcleo supraquiamático es un área encefálica de activación de la vigilia. El metabolito más importante acumulado endógenamente durante la vigilia que es responsable de iniciar el sueño es la adenosina. Además de la adenosina, los factores iniciadores del sueño son también GABA, glicina, PGD2 y citoquinas IL-1beta y TNF-alfa.

Adicionalmente, la hormona liberadora de la hormona del crecimiento (GHRH) aumenta la profundidad y la duración del sueño NREM.

Sobre la base de la hipótesis "flip-flop" del control del sueño REM, dos poblaciones neuronales GABA dentro de la protuberancia - el área REM-off (sustancia gris periaqueductal ventrolateral y tegmento pontino lateral) y el área REM (área sublaterodorsal y precoeruleus) están recíprocamente interconectadas y se inhiben mutuamente.

El área REM-off es activada por las neuronas orexinérgicas del hipotálamo lateral e es inhibida por las neuronas GABAérgicas y galaninas del núcleo preóptico ventrolateral hipotalámico. Las neuronas monoaminérgicas del núcleo del rafe dorsal y el locus coeruleus son excitatorias, mientras que las neuronas colinérgicas del PPT / LDT son moduladoras inhibidoras del área REM-off del interruptor "flip-flop".

Aunque se han acumulado muchos conocimientos y avances en la investigación del sueño, todavía no se tiene una explicación significativa para la función real del sueño. La falta de sueño durante 2-3 semanas en ratas es fatal. Muchas pruebas experimentales sugieren un papel del sueño REM en el desarrollo y la maduración del cerebro, la homeostasis sináptica, la memoria y el aprendizaje, pero el sueño no es universal con la misma función vital subyacente en todas las especies.

Traducido de Glas Srp Akad Nauka Med. 2009;(50):97-109. Neurochemical mechanisms of sleep regulation.