Neurobiología del sueño: segunda parte

(Continúa de la entrada del 4 de febrero de 2013)

La red del arousal

Aclaran España y Scammell que la vigilia no es un estado "monolítico", sino la expresión coordinada de muchos comportamientos que cambian constantemente en respuesta a las variaciones del medio interno o externo. Cada sistema de arousal, por tanto, se encuentra activo bajo circunstancias específicas; por ejemplo, el sistema de la dopamina (DA) "trabaja" cuando el organismo se encuentra físicamente activo y el sistema de la norepinefrina (NE) con los estímulos nuevos o importantes. La coordinación de los sistemas de arousal probablemente provenga de interconexiones anatómicas extensas; p. ej., las fibras de las neuronas productoras de acetilcolina (ACh) y serotonina (5-HT) inervan y excitan a las neuronas del locus coeruleus (NE) y prácticamente todas las regiones de arousal responden a la histamina (HA) y a la orexina.

Sistemas que controlan el sueño no MOR

Las neuronas del área pre-óptica ventrolateral del hipotálamo anterior se encuentran activas durante el sueño, especialmente durante el sueño no MOR (movimientos oculares rápidos). La mayoría de las neuronas del área pre-óptica ventrolateral (POVL) contienen GABA (por sus siglas en inglés; ácido gamma-aminobutírico) y galanina e inervan las regiones cerebrales promotoras de la vigilia, tales como el núcleo tuberomamilar (NTM), el hipotálamo lateral, el locus coeruleus, el Rafé dorsal y las áreas tegmental lateral dorsal y pedúnculo-pontina (TLD/PP). Los medicamentos sedantes tales como las benzodiacepinas y los barbitúricos pueden promover el sueño a través de la señalización de GABA.

Sistemas que controlan el sueño MOR

El sueño de movimientos oculares rápidos es controlado principalmente por una interacción entre las neuronas colinérgicas (de ACh) y aminérgicas (de DA, NE) del tallo cerebral. Células en el área TLD/PP liberan ACh hacia el tálamo durante el sueño MOR, activándolo y produciendo asincronía cortical. Las drogas que potencian la señalización nicotínica o muscarínica (agonistas de ACh) incrementan el sueño MOR, mientras que los antagonistas [que impiden que el neurotransmisor se una al receptor] colinérgicos lo reducen. Las células colinérgicas están activas durante el sueño MOR e inactivas durante el sueño no MOR y la vigilia, porque son inhibidas por neuronas de NE, 5-HT y HA (las cuales, a su vez, permanecen silentes durante el sueño MOR). 

  Adicionalmente, las neuronas pontinas dorsales producen la atonía característica del sueño MOR a través de las vías polisinápticas descendentes que reducen el tono motor: en las neuronas motoras de la médula espinal y el tallo cerebral la atonía resulta de la inhibición, mientras que en el locus coeruleus y los núcleos rojos, la atonía se da por pérdida de la excitación.

  Finalmente, los antidepresivos tricíclicos o los inhibidores de la recaptación de 5-HT o NE con frecuencia reducen el sueño MOR, más probablemente por la potenciación de la señalización aminérgica, la cual inhibe las neuronas activas durante el sueño MOR en el área TLD/PP y directamente excita las neuronas motoras.

Productores de sueño

España y Scammell nos explican que hay químicos endógenos promotores del sueño, como la adenosina y las citoquinas. Agregan los autores que hay evidencia importante para el papel de la adenosina en el sueño. Por ejemplo, la vigilia sostenida incrementa la concentración de adenosina en el prosencéfalo basal y sus niveles caen rápidamente otra vez durante la recuperación de sueño subsecuente. Por otro lado, agregan los autores que varios factores inflamatorios pueden promover el sueño durante las infecciones; p. ej., explican, los productos de las bacterias rápidamente inducen una respuesta inflamatoria y promueven el sueño tanto en los animales como en las personas.  

Conclusión: control del sueño y la vigilia

España y Scammell concluyen que tanto el sueño como la vigilia son controlados por interacciones dinámicas entre muchas regiones cerebrales. Añaden que el modelo de 2 procesos otorga una perspectiva macroscópica útil para entender dichas interacciones: un factor homeostático (proceso S) se acumula durante la vigilia y declina durante el sueño e interactúa con un proceso circadiano (proceso C) que ayuda a la vigilia y al sueño MOR. Aquí van las equivalencias:

- Los productores naturales de sueño como la adenosina, que activan el núcleo pre-óptico ventral lateral (POVL) y otras regiones generadoras de sueño, serían el equivalente del proceso S.

- El núcleo supraquiasmático del hipotálamo (proceso C; este núcleo es conocido como el "reloj biológico") contribuye a la vigilia a través de circuitos hipotalámicos locales. De ahí la señal es relevada al núcleo dorsomedial del hipotálamo, el cual la integra con información comportamental y endocrina. Esta información luego se releva a través de proyecciones excitatorias hacia el hipotálamo lateral, locus coeruleus y las otras regiones de arousal, así como a través de proyecciones inhibitorias hacia el núcleo POVL [sueño no MOR].

- Interacciones recíprocas entre regiones reguladoras de sueño y vigilia pueden ayudar a generar estados comportamentales discretos:

• Durante la vigilia, la alta actividad monoaminérgica puede inhibir el núcleo POVL, reduciendo así cualquier inhibición proveniente de dicho núcleo y potenciando entonces la actividad de las regiones de arousal.
• Cuando las neuronas del núcleo POVL están activas durante el sueño, probablemente inhiben las regiones de arousal, desinhibiendo y reforzando así su propia tasa de disparo. Esta relación mutuamente inhibitoria probablemente genera un bucle de retroalimentación bi-estable que evita estados intermedios. Asimismo, dicho bucle ayudaría a evitar transiciones inapropiadas entre los estados de sueño y vigilia cuando las señales de entrada al núcleo POVL y las regiones de arousal fluctúan de manera transitoria [aunque no se menciona en este artículo propiamente, este mecanismo que evita las transiciones "inapropiadas" -como ocurre en la narcolepsia- estaría en las neuronas de OREXINA en el hipotálamo lateral y posterior].

Referencia:

España, R.A. & Scammell, T.E. (2004). Sleep neurobiology for the clinician. Sleep, 27 (4), pp. 811-820.

Comentario
Bueno, esta fue la presentación de la parte final del artículo. Gracias a España y Scammell aprendimos que distintos sistemas neurobiológicos "garantizan" más la vigilia (formación reticular, acetilcolina en la protuberancia y el mesencéfalo, norepinefrina en el locus coreuleus, histamina en el hipotálamo, serotonina en el Rafé del tallo cerebral, dopamina en el mesencéfalo), más el sueño (acetilcolina, norepinefrina, serotonina y GABA) o la interacción adecuada entre ambos (retroalimentación inhibitoria desde y hacia el núcleo pre-óptico ventrolateral, y la orexina/hipocretina modulando tal ciclo).