Circadianska rytmer och sömn

1. Circadianska rytmer och sömn Apotekarprogrammet HT2013 Henrik Seth – Neurovetenskap och fysiologi

2. 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

3. Circadianska rytmer

4. Centralklockan i nucl. suprachiasmaticus (SCN)

5. Den molekylära klockan är baserad på fördröjd negativ återkoppling

6. Komplex interaktion bland clockgener och dess transkriptionsfaktorer

7. Klockan drar sig om den inte justeras

8. Det ”tredje” ögat – Melanopsin receptor

9. 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 GABAA är mer depolariserad på dagen Humoralafaktorer: • Glucocorticoider • αTGF (Transforming growth factor) • Prokineticin 2 • Melatonin • SCN→ pregglsymp.→gglcervicalesup→corpuspineale • -max syntes på natten

10. Melatonin • Utsöndrasavtalgkottkörteln (pineal gland) under mörker • Exogent Melatonin inducerarsömnimänniskan

11. “Sleep is the readily reversible state of reduced responsiveness to and interaction with the environment”

12. Varför sover vi?

13. Alla behöver sömn • Flugor behöver det • Fåglar behöver det • Fiskar behöver det • Katter behöver det • Vi behöver det

14. Sömnlängd • Ungefär 60% avbefolkningen faller inom en sömnlängdpå 6,5-8,5tim • 40% faller utanfördetta! – variation i “Clockgenerna” • Detviktigaäratt man känner sig utvilad!

15. Mäta sömn - EEG • Electroencefalogram • Extracranial – • non-invasive • Intracranial – • invasive • ”Multiarraylocalfield potentials” – experimentell!

16. Rytmgenerator i Thalamus • Interaction mellanthalamocorticala (glutamat) ochthalamoreticulära neuron (GABA) • Modulerasav Acetylcholine, Noradrenalin, 5-HT, Adenosin

17. Effekter av modulatoriska transmittorer på thalamusceller

18. NREM (SWS) och REM Hobson (2005) Nature 437:1254

19. Sömncykel

20. Förhållander mellan SWS (NREM) och REM förändras med åldern

21. Interaktion mellan circadianska och homeostatiska komponenter • Process C • Bestämmernärsömnenskallinfallautifråncircadianskaprocesserkontrolleradeav SCN tex “Clockgenerna” • Sociala signaler • Process S • Homeostatiskt driven med ettökatbehovavsömnefterförlängdvakenhet – Adenosine?

22. Baron Constantin von Economo • Studerade patienter med en virus infektion som han kom att kalla encephalacitislethargica • Patienterna drabbades av abnormala sömnmönster • Post mortem studier gav Economo en föraning om vad som var fel…

23. Vakenhet förmedlas via de modulatoriska transmittorsystemen LC –Locus Coeruleus BF – Basal forebrain LH – Lateral Hypothalamus VLPO – VenteroLateralPreOptic TMN - TuberoMammillary Nucl LDT/PPT – LateroDorsal- and PeduncoPontine Tegmental nucl Saper et al (2005) Nature 437:1257

24. De modulatoriska transmittorsystemen hämmas av GABA/Galanin från celler i VLPO i hypothalamus Saper et al (2005) Nature 437:1257

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

26. Adenosine inducerar sömn

27. Lokal mikrosömn • ”…in animals keptawakebeyondtheir normal sleeptime, populations of neurons in different cortical areas cansuddenlty go ”offline” in whatresembles the off timesduring NREM” Vyazovskiy et al (2011) NATURE

28. Varför sover vi? • Adaptivt • Restorativt • Energimetabolism • Immunförsvaret • Neuronal plasticitet och inlärning

29. Energi metabolism Ghrelin Leptin? ANS Melatonin? Glucocorticoids Födosök och upptag – energi metabolism - Lipidmetabolism Insulin resistans -> ”Metabolicsyndrome”

30. Immunförsvaret • Inflammation påverkarsömnmängdochkvalitetochsömnrestriktionökardödligheten till följdavblodförgiftning (sepsis) - Reciprokt • Flerafaktorersåsomleukocytmängdellercytokininuttrycketpåverkasavsömnochdå “Clockgen” uttrycket • Potentiellt via en rubbad HPA-axel – Stress • Melatonin

31. Synaptisk plasticitet och inlärning

32. Tidigare upplevelser återuppspelas under sömnen

33. Kontextbaserad inlärning

34. Re: Twostagemodelofmemory Neocortex Hippocampus

35. Två mekanismer (hypoteser) för minnesbildning/konsolidering under sömn 1, ”Synaptichomeostatsis” 2, ”Active system consolidation”

36. Nedreglering - Synaptisk homeostas Tononi and Cirelli (2013) ScientificAmerican, Margret et al (2011) Nat neurosci

37. Konsolidering

38. Att SWS och REM sker i en följd är viktigt

39. Rekommenderad läsning • Generell översikt • The circadiancontrolofsleep– S.P. Fisher, R.G. Foster and Stuart N. Pierson (2013) • Clock genes and sleep – D. Landgraf, A Shostakoch H. Oster (2012) • Sleep and Arousal: Thalamocorticalmechanisms – D.A. McCormick och T. Bal (1997) • Sömn och minne • The memoryfunctionofsleep – S. Diekelmann och J. Born (2010) • Hippocampalsleep feature: relations to human memoryfunction – M. Ferrara, F. Moroni, L. de Gennaro och L. Nobili (2012) • Sleep and wakingmodulatespineturnover in the adolescentmouse 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)