UYKU VE BİYOLOJİK RİTM

1. UYKU VE BİYOLOJİK RİTM Arş. Gör. Bahadır OKTAY

2. UYKU • Ömrümüzün yaklaşık üçte biri uykuda geçmektedir. En azından uzmanlar bunu önermektedir. • 21 yaşındaki biri ortalama 7 yılını uykuda geçirmektedir. • Amerikan Ulusal Karayolları Trafik Güvenliği Kurumu yılda 100.000’den fazla kazanın uykusuz şoförler tarafından yapıldığını ve bu kazalarda 1500’den fazla kişinin ölüp 10.000’lerce kişinin yaralandığını belirtmektedir.

3. UYKU • Uyku bir davranıştır. • Elektroensefalogram (EEG) • Elektromiyogram (EMG) • Elektrookülogram (EOG)

4. UYKU • Functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) • Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI)

5. UYKU

6. UYKU Uyku Sırasındaki EEG Aktiviteleri • Alfa aktivitesi 8 – 12 Hz’lik düzenli orta frekanstır. Kişinin heyecanlanmadığı, uyarılmadığı veya yorucu bir zihinsel aktivite yapmadığı zaman ortaya çıkan aktivitedir. Gözler kapalıyken daha çok gözlenir.

7. UYKU Uyku Sırasındaki EEG Aktiviteleri • Beta aktivitesi 13 – 30 Hz’lik düzensiz ve genelde düşük genlikli dalgalardan meydana gelir. Beyinde birbirinden farklı birçok devrenin aktif bir bilgi işleme süreci içerisinde olduğunu yansıtır. Beta dalgaları kişinin tetikte ve bir zihinsel faaliyet içinde olduğuna işaret eder.

8. UYKU Uyku Sırasındaki EEG Aktiviteleri • Teta aktivitesi 3,5 – 7 Hz aralığındaki dalgalardır. Yavaş dalga uykusunun erken dönemlerinde ve REM uykusu esnasında ortaya çıkar.

9. UYKU Uyku Sırasındaki EEG Aktiviteleri • Delta aktivitesi 3,5 Hz’den daha düşük (bazı kaynaklara göre 0 – 4 Hz) dalgalardır. Yavaş ama yüksek genlikli aktivitelerdir. Yavaş dalga uykusunda ortaya çıkar.

10. UYKU Uyku Sırasındaki EEG Aktiviteleri • Uyku İğcikleri II. evrede 2 ile 5 dakikada bir ortaya çıkan 12 – 14 Hz. aralığındaki kısa süreli dalgalardır. • K Komplekleri II. evre uykusu sırasında aniden ortaya çıkan keskin şekilli dalga benzeri yapılardır. Gürültüyle tetiklenir. Uyuyan kişinin uyanmasını engelleyen baskılayıcı bir işlevinin olduğu düşünülmektedir.

11. UYKU EVRELERİ

12. UYKU Neden Uyuruz? - Uykunun İşlevleri • Uyku yaşam için vazgeçilmez bir gereksinim. • Uykunun var olduğu memeli türlerinin gelişim basamağının üst konumlarında olmaları da bunun bir göstergesidir. • Deniz memelileri ve kuşların uykusu

13. UYKU Uykunun İşlevleri • Yavaş – Dalga Uykusunun İşlevleri • Yavaş – dalga uykusunun 4. evresinde uyanıklık zamanına göre hem serebral metabolik hızda hem de serabral kan akımında %75 azalma meydana gelir. • Bu da bize beyinde yavaş dalga aktivitesinin olduğu bölgelerde bir dinlenme olduğunu düşündürmektedir.

14. UYKU Neden Uyuruz? - Uykunun İşlevleri • Yavaş – Dalga Uykusunun İşlevleri • Yoksunluk sonucu halüsilasyonlar, algı bozuklukları ve zihin gücü gerektiren işlerde konsantrasyon eksiklikleri görülebilir. Bu da uyku yoksunluğunun bilişsel faliyetleri etkilediğinin bir kanıtıdır. • Uyku yoksunluğu çalışmaları uykunun daha çok beyni dinlendirmek için gerekli olduğunu ortaya koymuştur. Yatakta 6 hafta geçiren sağlıklı deneklerin YDU ve REM düzenlerinde bir değişiklik gözlemlenmemiştir.

15. UYKU Uykunun İşlevleri • REM Uykusunun İşlevleri • Derin fizyolojik aktivitenin (gözlerde hızlı sıçramalar, kalp hızı artışı veya azalışı, solunum düzensizlikleri ve beyin aktivitesinde artış) görüldüğü süreçtir. • REM uykusu yoksunluğunda, örneğin katılımcılar sürekli olarak REM uykusuna girdikleri sırada uyandırıldıklarındaREM uykusuna girme isteğinde artış görülür.

16. UYKU Uykunun İşlevleri • REM Uykusunun İşlevleri • Günlerce REM uykusundan yoksun bırakılmış katılımcılara uyuma izni verildiğinde normalden daha yüksek oranda REM uykusu uyurlar. – Ribaunt Fenomeni • Yeni doğan bebeğin uykusunun yaklaşık %70’ini, 6 aylık bebeğin yaklaşık %30’unu, 8 yaşlarındaki bir çocuğun %22’sini, genç erişkinlerin ise uykusunun %15’inden daha azını REM uykusu oluşturur.

17. UYKU Uyku ve Öğrenme • Yapılan çalışmalar uykunun non deklaratif bellek işlevlerinde iyileştirici bir etkisinin olduğu yönündedir. (Mednick, Nakayama ve Stickgold, 2003) • Sabah 9’da katılımcılara bir görsel dikkat görevi öğretilmiş ve akşam saat 7’de görev performansları ölçülmüştür. • Üç gruba ayrılan katılımcılardan ilk gruptakiler öğlen saat ikide 60 dakika, ikinci grup da 90 dakika uyumuştur.

18. UYKU Uyku ve Öğrenme • Kontrol grubundakilerse uyumadan gündelik hayatlarına devam etmişlerdir. • Akşam 7’deki performansları sabah performanslarıyla karşılaştırıldığında uyumayan grubun performansında bir kötüleşme görülürken diğer iki grubun performansında artış gözlemlenmiştir.

19. UYKU Uyku ve Öğrenme • Ayrıca bu iki grup kendi aralarında karşılaştırıldığında 90 dakika uyuyan grubun 60 dakika uyuyandan daha iyi olduğu görülmektedir. • Katılımcıların tamamı normal bir uykunun ardından ertesi sabah saat 9’da tekrar aynı göreve tabi tutulduklarında bir önceki gün 90 dakika kestiren grup tekrar bir iyileşme gösterirken kestirmeyen grup görevi ilk öğrendiğindeki performansa geri dönmüştür.

20. UYKU Uyku ve Öğrenme • Diğer bir çalışmada dekleratif ve nondekleratif bellek performanslarının YDU ile gelişip gelişmediğine bakılmıştır. (Tucker ve ark., 2006) • Dekleratif bellek görevi: Sayı dizisi görevi + kelime ikililerini ezberleme görevi • Nondekleratif bellek görevi: Ayna takip görevi

21. UYKU Uyku ve Öğrenme • a > b • c ~ d

22. UYKU Uyku ve Öğrenme • Peigneux ve arkdaşlarının (2004) yaptıkları çalışmada da katılımcılardan sanal bir şehirde belirli yere gitmeyi öğrenmeleri istenmiştir. • Daha sonra katılımcılar uyutulmuştur. Elde edilen fMRI sonuçları YDU sırasında hipokampal bölgelerde yolu öğrenirkenkine benzer bir aktivite olduğu fakat REM uykusu sırasındaysa benzer bir aktivitenin bulunmadığını ortaya koymuşlardır.

23. UYKU Uyku ve Belleğin Sağlamlaştırılması (Consolidation) • Belleğin sağlamlaştırılması, belleğe giren bir bilginin bellekte durağan hale gelmesi sürecidir. Diğer bir deyişle bilginin uzun süreli bellekte kalıcılığının sağlanmasıdır. • İki çeşit «bellek sağlamlaştırılması» vardır: Sinaptik sağlamlaştırma ve sistemler sağlamlaştırması. • Sinaptik sağlamlaştırma sinaptik iletimle olmakadır.

24. UYKU Uyku ve Belleğin Sağlamlaştırılması (Consolidation) • Sistemler sağlamlaştırmasıysa anıların ilk depolandığı hipokampal alanlarda tekrar organize ederek daha kalıcı bir depolama alanı lan neo-kortekse aktarma sürecidir. • Uykuyla bellek sağlamlaştırması da sistemler sağlamlaştırılmasının bir türüdür.

25. UYKU Uyku ve Belleğin Sağlamlaştırılması (Consolidation) • Çalışmalar REM uykusu sırasında duygusal bellekte sağlamlaştırma yapılırken REM uykusu dışındaki zamanda anılsal bellekte sağlamlaştırma yapıldığını ortaya koymuştur.

27. UYKU Uykunun Kimyasal Kontrolü • Gün içinde kısa bir süre uyuyan sağlıklı bireyin elde ettiği YDU’nun takip eden gece alınacak olan YDU’nun azalmasına sebep olduğunu biliyoruz. Bu olgu ve rabiunt fenomeni bize organizmanın ihtiyaç duyduğu uyku miktarını düzenleyen bir fizyolojik mekanizmanın olduğunu gösterir.

28. UYKU Uykunun Kimyasal Kontrolü • Besinler beyinlerde glikojen şeklinde depolanır. Beyin aktivitesinin arttığı sırada glikojen yakılarak enerji elde edilir. Bu da uyanık kaldıkça ve özellikle yoğun zihinsel işlevlere girdiğimiz durumlarda glikojen seviyesinin hızla azalmasına sebep olur. Glikojen seviyesi azaldıkça nöral aktiviteyi baskılayan adenozin seviyesinin artmasına sebep olur.

29. UYKU Uykunun Kimyasal Kontrolü • Nöral aktivite üzerinde baskılayıcı etkisinin olduğu bilinen adenozin sevisesinin artmasıyla uyku ihtiyacı ortaya çıkar. Uyanıklık süresi uzadıkça adenozin seviyesinin artması sonucu nöral aktivite daha çok baskılanır. Bu da bilişsel ve duygusal bozukluklara sebep olur. • YDU sırasında nöranlar dinlenirken glikojen depolanmaya başlar. Aynı zamanda YDU sırasında adenozini yıkan enzimler üretilmektedir.

30. UYKU Uyanıklığın Sinirsel Kontrolü • Hayvanlarda uyanıklığı ve tetikteliği düzenleyen 5 adet nörotransmitter salgılanır: • Asetilkolin • Norepinefrin • Serotonin • Histamin • Oreksin

31. UYKU Uyanıklığın Sinirsel Kontrolü • Asetilkolin • Biri dorsal ponsta diperi bazal ön beyinde bulunan iki ACh nöron grubunun uyarılması durumunda aktivasyon ve kortikal desenkronizasyon sağlanır. • ACh agonistleri kortikal uyarılmışlıkla ilgili EEG aktivasyonunu arttırken ACh agonistleri azaltmaktadır. • Hipokampüs ve neokortekste uyanıklık ve REM uykusu sırasında ACh aktivasyonu yüksektir.

32. UYKU Uyanıklığın Sinirsel Kontrolü • Norepinefrin • Lokus Serelous’un (LS) norepinefrin salınımında etkili olduğu düşünülmektedir. • Dorsal Pons’ta yerleşim gösterse de aksonları neokoreks, hipkampus, talamus, serebral korteks, pens ve medulla bölgelerine norepinefrin salınmasını sağlar. • Uykudan önce ve uyku esnasında norepinefrin salınımı giderek azalmakta hatta 0 seviyesine inmektedir. • LS nöronlarındaki aktivitenin hayvanın çevresel uyaranlara karşı tetikte olma halini arttırdığı düşünülmektedir.

33. UYKU Uyanıklığın Sinirsel Kontrolü • Serotonin • Beyindeki serotonerjik nöronların tamamına yakını retiküler formasyona ait medullar ve pontin bölgelerde yerleşim gösteren rafe çekirdeğinde bulunur. • Bu nöronların aksonları talamus, hipotalamus, bazal gangliyonlar, hipokampüs ve neokorteks gibi pek çok bölgeye yayılmıştır. • Rafe çekirdeğinin uyarılması lokomasyon ve kortikal uyanıklık sağlarken serotonin sentezini bloke ettiği bilinen bir ilaç olan Para-Chloroamphetamine kortikal uyanıklığı azaltır.

34. UYKU Uyanıklığın Sinirsel Kontrolü • Histamin • Histaminerjik nöronlar hipotalamusun tüberomamiller çekirdeğinde yerleşim gösterirler. • Aksonlarıyla serebral korteks, talamus, bazal gangliyonlar, bazal ön beyin ve hipotalamus gibi bölgelerde etkinlik gösterir. • Bu nöronların aktiviteleri uyanıklık sırasında çok etkinken YDU ve REM uykusu esnasından azalır.

35. UYKU Uyanıklığın Sinirsel Kontrolü • Oreksin • Oreksin salgılayan hücreler Lateral Hipotalamusta yerleşim gösterirler. • Sayıları çok azdır (7000) fakat uyku ve uyanıklıkla ilgili dorsal pons ve ön beyin bölgeleri de dahil neredeyse beynin tamamına aksonları dağılmıştır ve bölgelerin tamamında uyarıcı etkisi vardır. • Tetiktelik halinda veya aktif uyanma sırasında oreksinerjik nöronların ateşlenme hızında artma; sakin uyanıklık, YDU ve REM uykusu sırasında da azalma gözlemlenmektedir.

36. UYKU Uyanıklığın Sinirsel Kontrolü • Oreksin • Oreksinerjik nöronların da uykuyla iligli süreçlerde etkili olduğu düşünülmektedir. • Bu nöron sisteminin aktive olması vücudun uyanık duruma geçmesini sağlar. • Oreksinerjik nöronlar gün ışığı ve açlık gibi faktörlerden etkilenirler.

37. UYKU Yavaş Dalga Uykusunun Sinirsel Kontrolü • Uyku nöronlarının çoğu ventrolateral preoptik bölgede (vlPOB) yerleşim gösterirler. Bu nöronlar hasara uğrarsa uyku baskılanır. Ayrıca bu nöronların aktivitelerinin uyku sırasında arttığı görülmüştür. Çalışmalar bu nöronların inhibitör tranmiter olan GABA salınımı yaptıklarını bulmuştur. • Salınan transmiterler uyku ve uyanıklıkla ilgili bölgelere gönderilmektedir.

38. UYKU Yavaş Dalga Uykusunun Sinirsel Kontrolü • vlPOB bölgesindeki nöronlar inhibe ettikleri uyanıklıkla alakası olan bazı bölgelerden girdiler alırlar ve bir tür karşılıklı aç – kapa sürecine girerler. Böylece uyku nöronları aktifken uyanıklık nöronları pasif duruma geçer ve bunun tam tersi de geçerlidir. • Bu aç kapa devresinde bir sorun olduğunda narkolepsinin belirtileri gözükür ve bu tip kişiler uzun süre uyanık kalmakta zorluk yaşarlar.

39. UYKU REM Uykusunun Sinirsel Kontrolü • REM uykusu için de benzer bir aç – kapa sistemi mevcuttur. REM’i başlatan REM-ON nöronları dorsal ponsta bulunur. Sıçanlarda REM-ON bölgesi sublaterodorsal çekirdek (SDL) olarak bilinir. REM-OFF nöronları da dorsal orta beyindeki ventrolateral periakuaduktal gri madde bölgesinde bulunur. • REM-ON ve REM-OFF bölgeleri GABAerjik nöronları sayesinde birbirine bağlanır.

40. UYKU REM Uykusunun Sinirsel Kontrolü • Glutamat agonistlerinin enjekte edilmesi sonucu REM-ON bölgesi aktif hale gelir ve REM uykusu başlar. Bu bölgeye GABA agonistleri enjekte edilince de REM uykusu bozulur. • Öte yandan REM-OFF bölgesinin uyarılması REM uykusunu baskılarken bu bölgenin hasarı ya da bölgeye GABA agonistlerinin ejnekte edilmesi REM uykusunu arttırır.

41. UYKU REM Uykusunun Sinirsel Kontrolü • İki bölgenin birbirlerini baskılaması sonucu burada da bir aç – kapa devresinden bahsetmek mümkündür. • REM – OFF bölgesi hipotalamustaki oreksinerjik nöronlardan uyarıcı girdileri almaya başlar ve böyle REM uykusu kapalı pozisyonda kalır. REM - OFF bölgesine diğer uyarıcı girdileri rafe çekirdeği ve lokus serelousa ait noradrenerjik nöronlardan gelir. • Soru işareti koy !! Karabasan

42. UYKU REM Uykusunun Sinirsel Kontrolü • Uyku – uyanıklık devresinin uyku fazına geçmesiyle beraber YDU başlar. • Sonraki aşamada REM OFF bölgesine oreksinerjik, noradrenerjik ve serotonerjik girdilerin aktivitesi azalır. • Böylece REM ON bölgesi aktive olmaya ve sonuç olarak REM uykusu başlar. Daha sonra REM OFF ve REM ON evreleri birbirini takip eder.

44. UYKU Biyolojik saatler • Sirkadyen ritimler ve zamanlama ipuçları • Bitkilerde ve hayvanlarda dizyolojik süreçlerle ilgili günlük ritimler vardır. Bu döngülere sirkadyen ritimler denir. Bu ritimlerin bazıları ışık gibi dış uyaranlara bağlıdır. Diğerleri ise vücuttaki «biyolojik saatler»den etkilenir. • Örneğin, sıçanlar 12 saat ışık verilen bir ortamda tutulursa ışığın açık olduğu durumlarda hayvanlar uyurken ışığın kapalı olduğu durumlarda uyanık olurlar.

45. UYKU Biyolojik saatler • Sirkadyen ritimler ve zamanlama ipuçları • Öte yandan eğer ışık hep açık (ya da kapalı) tutulursa hayvan hayat döngüsünedevam eder. Bunun için hayvan kendi biyolojik saatini kullanır. Biyolojik saat, güne göre daha yavaş ilerleme eğilimindedir. Pek çok memeli için bir gün 25 saattir. • Güneşin doğuşu ve batışı döngüsü sırasında ışığın varlığına bağlı olarak biyoklojik saatimiz tekrar tekrar kurulur ve böylece 24 saate uyum sağlar.

46. UYKU Biyolojik saatler • Sirkadyen ritimler ve zamanlama ipuçları • Ayrıca çeşitli ayarlamalarla biyolojik saat geriye çekilebilir veya ileri atılabilir. Örneğin, alacakaranlıktan hemen sonra parlak ışık verilirse kişinin biyolojik saati var olandan daha erken bir saate kurulur. Öte yandan gecenin ilerleyen saatlerinde verilen parlak ışık biyolojik saati ileri bir zamana (şafak sökmüş gibi) kurar. • İnsanlarda yapay ışıklar ve kalın perdeler bize, biyolojik saatlerimize müdahale şansı tanır.

47. UYKU Biyolojik saatler • Suprakiazmatik çekirdek • Biyolojik saatle ilgili görevi yapan başlıca bölgenin hipotalamusun içindeki suprakiazmatik çekirdek (SKN) olduğu bulunmuştur. • Bu bölgede çıkan lezyonlar sebebiyle sıçanların bazı işlevlere ait ritimlerinin bozulduğu görülmüştür.

48. UYKU Biyolojik saatler • Suprakiazmatik çekirdek • Biyolojik saatle ilgili görevi yapan başlıca bölgenin hipotalamusun içindeki suprakiazmatik çekirdek (SKN) olduğu bulunmuştur. • Bu bölgede çıkan lezyonlar sebebiyle sıçanların bazı işlevlere ait ritimlerinin bozulduğu görülmüştür. • SKN’de görsel sistemden gelen sinir lifleri bulunmaktadır. Bu da başlıca zaman ipucunun ışık olduğunun bir göstergesidir.

49. UYKU Biyolojik saatler • Suprakiazmatik çekirdek • Görsel sistemden gelen sinir lifleri çubukçuk ve konilerden farklıdır (melanopsin). Melanopsinler diğer fotopigmentlerden farklı olarak gangliyon hücrede bulunmaktadır. • Ayrıca beynin diğer bölgeleriyle yaptığı bağlantıların uyku ve uyanıklık döngülerini kontrol eden merkezin SKN çekirdek olduğuna işaret eder.

50. UYKU Biyolojik saatler • Doğal Saat Yapısı • Saatlerin temel aldığı bir zaman kavramı vardır. Peki biyolojik saatler zaman kavramını nasıl alırlar? • İlk defa Drosphila melanogaster denilen bir meyve sineğinde böyle bir mekanizma keşfedilmiştir. Sonradan memelilerde de benzer bir sisteme rastlanmıştır. • Bu sistemde en az 7 gen bu genlerin proteinleri ve birbirini karşılıklı besleyen iki geri bildirim (feedback) devresi vardır.