La regulación del sueño se refiere cómo se desarrolla el sueño en los animales.
Los seres humanos pasan un tercio de su vida durmiendo, y muchos otros mamíferos, incluyendo a pequeños roedores de laboratorio pasan la mitad o más de su vida en este estado. Para los animales el sueño puede ser una etapa vulnerable, es necesario que sean capaces de despertar rápidamente y puedan escapar o defenderse de sus depredadores. En estos periodos de transición ocurren una gran variedad de cambios que son fácilmente observables.(Saper et al., 2010) Con el desarrollo del electroencefalograma (EEG) se pueden apreciar diversas etapas del sueño en el humano que son denominados ritmos cerebrales:
Ritmo delta (0.5-3.9 Hz) Ritmo theta (4 – 7.9 Hz) Ritmo alfa (8-12.9 Hz) Ritmo beta (13 – 19.9 Hz) Ritmo gamma (20 – 100 Hz)
El sueño en el humano comprende básicamente dos periodos: el sueño de movimientos oculares rápidos (SMOR), descrito por Aserinsky y Kleitman en 1953; y la fase de sueño no MOR, que ha sido subdividido en tres etapas: N1-N3. En la etapa 1 de sueño no MOR, el EEG presenta una actividad de bajo voltaje y una frecuencia que combina ritmos alfa y theta. En la etapa 2 la actividad cerebral es predominantemente theta; son característicos de esta fase de sueño la aparición de complejos K. La etapa 3 se caracteriza por presentar actividad delta de gran voltaje, también conocida como sueño de ondas lentas (SOL), sueño delta o sueño profundo(Franco-Pérez et al., 2012).
Sueño en animales Hasta ahora se sabe que todos los mamíferos y muchas otras especies tienen algún tipo de sueño. Se han estudiado alrededor de 90 especies de mamíferos, sin embargo en especies como el gato, rata, ratón, y por supuesto en el humano su estudio ha sido intensivo, pero es una proporción muy pequeña comparado con el número de animales existentes hoy día. Como resultado de esto hay muchos aspectos que se desconocen del sueño en animales. Hay una gran variación de sueño en los animales, tenemos gran cercanía con ellos de acuerdo con el árbol filogenético pero el tiempo de sueño es muy variable, por ejemplo la jirafa duerme de 1.9 a 19.9 hrs, el elefante asiático 3.1 hrs y en los leones 13.5 hrs. Existen diversos factores que influyen en la cantidad de sueño de los mamíferos pero hay algunos factores o interacciones que son importantes, estos pueden ser:
Si la especie es predador o presa; probablemente un animal que sea presa la cantidad de sueño será reducida, sin embargo este factor es controversial porque es difícil de medir.
La calidad, cantidad y disponibilidad de la comida que las especies normalmente ingieren; si el alimento no está disponible pasará más tiempo despierto para encontrarla por lo tanto la cantidad de sueño será menor.
Si tienen un lugar seguro para dormir.
El nivel de desarrollo cerebral, al parecer el SMOR favorece el desarrollo cerebral en las aves.
Dependiendo del tamaño corporal de las especies.
Podemos medir estos periodos registrando la actividad cerebral con el EEG y el electromiograma (EMG). Tanto animales como humanos presentan un periodo de sueño donde se presentan el SMOR y el NMOR.
Regulación del sueño
Regulación noradrenérgica Las neuronas noradrenérgicas situadas en tallo cerebral tienen un papel importante en una gran cantidad de funciones fisiológicas, incluyendo la termorregulación y el sueño, por medio de sus proyecciones a través del cerebro. Estas proyecciones de neuronas noradrenérgicas del tallo cerebral ascienden por el (ventral noradrenergic bundle) e inervan el área preóptica (POAm). Inyecciones locales intra-cerebrales en sitios específicos ayudan a entender el papel de la noradrenalina (NA). Microinyecciones de NA y de otros fármacos adrenérgicos en POAm inducen una disminución en la temperatura corporal, Hernández-Peón y Chávez-Ibarra mostraron que inyecciones en el POAm producen despertares en el sueño de gatos. Con base en varios estudios, se concluyó que el sistema noradrenérgico forma parte del mecanismo de vigilia en el cerebro. Sin embargo publicaciones de la última década usando novedosos métodos, ha cambiado drásticamente esta percepción.
Cambios en el ciclo sueño-vigilia por microinyecciones de fármacos noradrenérgicos En diversos estudios se realizaron microinyecciones de NA en el POAm de forma intra-cerebral, para elucidar que fase de sueño es afectada. La microinyección de NA en POAm produce un incremento en la vigilia. Por lo tanto se asumió que aferencias noradrenérgicas del POAm están involucradas en la inducción de los despertares. Este argumento se reforzó cuando se administró phenoxybenzamine un antagonista del receptor α-adrenérgico que provocó el incremento de sueño, sin embargo, la aplicación del β-bloqueador propranolol en esta área no provocó ninguna alteración en el ciclo sueño-vigilia, por lo tanto se determinó que solo los antagonistas α-adrenérgicos producen un efecto en el sueño, mientras que el agonista produjo un efecto opuesto. Los receptores β en el POAm están involucrados en el despliegue de la conducta sexual.
Lesión de neuronas noradrenérgicas La destrucción de neuronas noradrenérgicas en gatos por inyecciones de 6-OHDA dentro del haz ventral noradrenérgico (VNA), produce un incremento del SOL y SMOR. Por otra parte, se ha mostrado un incremento en la vigilia después de la destrucción selectiva de las neuronas del VNA o de aferencias noradrenérgicas en el POAm. Aunque el incremento en la vigilia fue mínimo, los hallazgos fueron repetidos a largo plazo por otro grupo de investigadores. Con base en estas observaciones se sugirió que las proyecciones noradrenérgicas en del POAm presentan un papel hipnogénico importante.
Las aferencias del POAm están involucradas en la hipnogénesis, la cual esta mediada por receptores adrenérgicos α1 y α2. La participación del POAm puede tener un papel que vincula el sueño y la termorregulación. Los parámetros fisiológicos obtenidos por las microinyecciones intracerebrales, especialmente en el área preóptica pueden causar alteraciones no solamente en el ciclo sueño vigilia, también se observan cambios en la temperatura corporal y la conducta sexual.(Kumar et al., 2007)
Regulación serotoninérgica Con base en investigaciones electroencefalográficas, neuroquímicas, genéticas y neurofarmacológicas, es actualmente aceptado que la serotonina (5-HT) promueve funciones fisiológicas como la vigilia e inhibe al SMOR. En determinadas circunstancias, el neurotransmisor muestra una tendencia al aumento de sueño. La mayoría de las inervaciones serotoninérgica se encuentran en la corteza cerebral, amígdala, cerebro anterior basal, tálamo, áreas preóptica e hipotalámicas, núcleo del rafe, locus coeruleus y la formación reticular pontina que proviene del núcleo dorsal del rafe. Los receptores de la 5-HT pueden ser clasificados al menos en 7 clases, designados como 5-HT1-7. Investigaciones en ratones mutantes que no expresan los receptores 5-HT1A o 5-HT1B exhiben una mayor cantidad de SMOR que los ratones controles, lo cual puede ser por la ausencia de un efecto inhibitorio postsináptico sobre las neuronas REM-on de los núcleo PPT y LDT. Los receptores 5-HT2A y 5-HT2c de ratones knock-out muestran un incremento significativo en la vigilia y una reducción de SOL, el cual ha sido atribuido por el incremento en la neurotransmisión catecolaminergica, involucrando principalmente a los sistemas dopaminérgicos y noradrenérgicos. Adicionalmente, las variaciones de sueño han sido caracterizadas en los receptores en 5-HT7 de ratones knock-out, los cuales pasan menos tiempo en SMOR respecto con los controles. Inyecciones directas de agonistas (8-OH-DPAT y Flesinoxaninto) para los receptores 5-HT7, en el núcleo dorsal del rafé aumenta el SMOR en ratas. En contraste, microinyecciones de agonistas en los receptores 5-HT1B (CP-94253), 5-HT2A/2C (DOI), 5-HT3 (m-cholorophenylbiguanide) y en 5-HT7 (LP-44) en el núcleo dorsal del rafe inducen una reducción significativa de SMOR. Inyecciones sistémicas de agonistas en los receptores postsinápticos 5-HT1A (8-OH-DPAT, Flesinoxan), 5-HT1B (CGS 12066B, CP-94235), 5-HT2C (RO 60-0175), 5-HT2A/2C (DOI, DOM), 5-HT3 (M- cholorophenylbiguanide) y 5-HT7 (LP-211) incrementan la vigilia y reducen el SOL y el SMOR. Cabe señalar que la administración sistémica de los antagonistas Ritanserina y Ketanserina, ICI-170809 o Sertindol en los receptores 5-HT2A/2C en el inicio del periodo de luz ha mostrado que induce un incremento significativo se SOL y reduce el SMOR en la rata. La vigilia también fue disminuida en la mayoría de estos estudios. Efectos similares han sido descritos con las siguientes inyecciones de antagonistas selectivos para 5-HT2A (Volinaserina y Pruvaserina) y el agonista Nelotanserina en 5-HT2A en roedores. Adicionalmente los efectos en el sueño de estos compuestos han sido estudiados en estudios polisomnográficos de sujetos con sueño normal. Su administración fue seguida por un incremento del SOL y en la mayoría de los casos una reducción del SMOR.(Monti, 2011)
Regulación GABAérgica Las funciones cerebrales están basadas en un balance entre neurotransmisión excitatoria e inhibitoria. El ácido gamma-aminobutírico (GABA) es el principal neurotransmisor inhibitorio en el sistema nervioso central en los mamíferos, sus receptores son GABAA, GABAB y GABAC. Los mecanismos inhibitorios GABAérgicos son cruciales para la iniciación y mantenimiento de sueño. El proceso GABAérgico es responsable del SMOR. La administración de antagonistas Bicuculline o GABAzine en el receptor GABAA en el núcleo sublaterodorsal, en las neuronas REM-on induce sueño MOR en ratas y gatos. En contraste, la inactivación de la parte ventrolateral de la sustancia gris periaqueductal y la parte dorsal adyacente del núcleo reticular mesencefálico que tienen zonas REM-off por Mucimol -un agonista GABAA, induce un incremento en la cantidad de SMOR. Las regiones responsables para la generación del sueño no MOR están localizadas en el área preóptica ventrolateral y en el núcleo preóptico medio, donde las neuronas muestran inmunoreactividad a c-Fos, las cuales son identificadas como neuronas GABAérgicas. Otros reportes muestran que los niveles extracelulares de GABA en el hipotálamo posterior se incrementan en el sueño no MOR y es baja durante la vigilia. Adicionalmente está bien establecido que la activación de los receptores GABAA favorecen al sueño. Tres generaciones de hipnóticos están basados en la inhibición mediada por los receptores GABAA.(Xin-Hong et al., 2013)
El área preóptica(POA) del hipotálamo ha sido implicada en una gran cantidad de funciones fisiológicas, incluyendo la regulación del ciclo sueño-vigilia. Especialmente, esta región tiene un importante papel en la iniciación y mantenimiento del sueño. Inicialmente, la estimulación química o eléctrica en el POA lateral en animales mostró que promueve el SOL y la aparición del sueño. Consecuentemente, lesiones en el POA mostraron una pérdida de sueño persistente. Se ha demostrado que esta área presenta una densidad importante de neuronas GABAérgicas.
Modulación GABAérgica en neuronas colinérgicas REM-on en PPT en la generación de SMOR