SEN. Daria Pracka, Tadeusz Pracki

Transkrypt

1 ISS Sen 2002, Tom 2, Supl. A, A7 A12 SE Chronobiologia rytmu sen-czuwanie Daria Pracka, Tadeusz Pracki Katedra i Zakład Fizjologii Akademii Medycznej im. L. Rydygiera w Bydgoszczy a przestrzeni tysiącleci organizm człowieka wykształcił złożone mechanizmy adaptacyjne, rytmicznie zsynchronizowane z dobowymi i sezonowymi zmianami w środowisku zewnętrznym. aprzemienność dnia i nocy, zmienność ich proporcji zależnie od ruchu obrotowego Ziemi wokół własnej osi oraz jej obiegu wokół Słońca, a także wynikające z tego zmiany temperatury i wilgotności otoczenia to najważniejsze czynniki, do których organizm człowieka musiał się dostosować. Ekspansja człowieka w środowisku zewnętrznym spowodowała uruchomienie wewnętrznych mechanizmów adaptacyjnych, zarówno na poziomie molekularnym, jak i narządowym. Rytmika aktywności człowieka, utrwalona genetycznie, modulowana czynnikami zewnątrz- i wewnątrzustrojowymi, ma wiele cech wspólnych, występujących w całym królestwie zwierząt, służących utrzymaniu organizmu w stanie najwyższej sprawności, zapewniającej odpowiednią jakość życia. Zdrowy organizm człowieka wykazuje największą aktywność, gdy posiada najdogodniejsze warunki do rozwoju. W wypadku niesprzyjających warunków, na które nie ma wpływu, jego aktywność maleje. Rytmiczność funkcjonowania wszystkich układów wewnętrznych organizmu człowieka ściśle współgra z rytmem sen-czuwanie, który jest zależny od okresów świetlnych, czyli długości dnia i nocy. Światło słoneczne (lub sztuczne zbliżone do niego parametrami) jest najsilniejszym zewnętrznym synchronizatorem rytmu biologicznego człowieka [1]. Jeżeli z różnych przyczyn dochodzi do rozchwiania rytmu świetlnego dzień- -noc (np. z powodu złego oświetlenia w środowisku, w jakim człowiek przebywa w miejscu pracy lub do zaburzenia przewodzenia bodźców świetlnych), wywołanego chorobami narządu wzroku, w konsekwencji prowadzi to do rozchwiania zarówno rytmu sen-czuwanie, jak i wielu innych rytmów wewnętrznych, na przykład rytmicznej syntezy i wydzielania wielu hormonów (np. melatoniny lub też hormonów płciowych). Bodźce świetlne o natężeniu zmiennym aktywują receptory siatkówki w rytmie dzieńnoc. Informacje w postaci potencjałów czynnościowych docierają drogami wzrokowymi do jądra nadskrzyżowaniowego (SC, nucleus suprachiasmaticus), umiejscowionego w przedniej części podwzgórza. Badania podstawowe prowadzone przez ostatnie 20 lat dowodzą, że SC jest głównym, wewnętrznym nadawcą rytmów biologicznych zarówno człowieka, jak i wszystkich ssaków oraz ptaków. ajważniejszym modulatorem aktywności SC jest światło słoneczne lub sztuczne o zbliżonych własnościach. Bodźce świetlne o odpowiedniej intensywności i czasie trwania oraz rytmiczna aktywność SC są najważniejszymi nadawcami i synchronizatorami rytmów biologicznych człowieka (ryc. 1). Œwiat³o Oko SC Szyszynka Ciemnoœæ Rytm temperatury Rytm sen-czuwanie Pozosta³e rytmy Rycina 1. Jądro nadskrzyżowaniowe główny nadawca rytmów biologicznych człowieka Adres do korespondencji: Dr med. Daria Pracka Katedra i Zakład Fizjologii Akademii Medycznej im. L. Rydygiera ul. Karłowicza 24, Bydgoszcz tel. (052) , tel. kom dtp@amb.bydgoszcz.pl A7

2 SE 2002, Tom 2, Supl. A Badania in vitro prowadzone na SC chomików syryjskich wykazały, że struktury te mają własną, genetycznie warunkowaną rytmikę aktywności wynoszącą 25,4 godziny. atomiast badania dotyczące zdrowych ludzi, ochotników, prowadzone w warunkach całkowitej izolacji od zewnętrznych bodźców środowiskowych, udowodniły, że rytmika sen-czuwanie wynosiła u nich średnio 25 godzin. Dlatego rytm sen-czuwanie jest nazywany rytmem okołodobowym, czyli circadialnym [2, 3], na który nakłada się również rytm ultradialny (czyli o okresie krótszym niż doba) aktywności życiowej. Podczas czuwania charakteryzuje się on zmiennymi okresami większej i mniejszej aktywności psychomotorycznej, a we śnie naprzemiennym pogłębianiem się i spłycaniem się snu. Światło aktywując SC, powoduje synchronizację rytmiki wydzielniczej jąder podwzgórza oraz przysadki i szyszynki. ależy zwrócić szczególną uwagę na dobową aktywność wydzielniczą melatoniny szyszynkowej, która jest zależna od zewnątrzpochodnych bodźców świetlnych oraz okołodobowej aktywności SC. Wraz z obniżeniem natężenia światła dochodzi do uaktywnienia czynności wydzielniczej szyszynki. Jej produkt melatonina docierając z krwią do wszystkich komórek i tkanek, jest dla nich chemicznym sygnałem zmian natężenia oświetlenia w środowisku zewnętrznym. Każda żywa komórka organizmu człowieka posiada receptory melatoninowe. Melatonina jest wykrywana w ślinie, moczu, spermie i śluzie pochwowym. Hormon ten można nazwać swoistym chemicznym zegarmistrzem, który w zależności od natężenia światła moduluje aktywność wrażliwych komórek i tkanek. Ponadto, działając na podwzgórzowy ośrodek termoregulacji, przyczynia się bezpośrednio do obniżenia temperatury ciała, a także zmniejszenia tempa metabolizmu, co z kolei sprzyja spowolnieniu psychoruchowemu i zasypianiu. Okołodobowa rytmika zmian temperatury ciała jest ściśle połączona z rytmem sen-czuwanie. Warunkiem przejścia ze stanu czuwania w sen jest obniżenie tempe- Godziny 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 Aktywnoœæ Rycina 2. Wielodobowy przebieg aktywności ruchowej osoby zdrowej pracującej na dzienną zmianę A8

3 Daria Pracka, Tadeusz Pracki, Chronobiologia rytmu sen-czuwanie SE ratury ciała [1, 4]. Aktywność wydzielnicza hormonu wzrostu wskazuje na dużą zależność rytmiki aktywności hormonalnej od rytmu sen-czuwanie. Dopiero po zaśnięciu, w pierwszych 2 godzinach snu, dochodzi do maksymalnego dobowego wydzielania przysadkowego hormonu wzrostu. U wielu gatunków ssaków laboratoryjnych podwzgórzowy hormon uwalniający hormon wzrostu jest czynnikiem aktywującym sen. Można zatem stwierdzić, że zjawisko to zachodzi również u człowieka. W drugiej połowie snu organizm człowieka uruchamia mechanizmy umożliwiające sprawne funkcjonowanie po przebudzeniu. W ostatnich 2 godzinach snu dochodzi do znacznego wydłużenia czasu trwania fazy snu REM (rapid eye movement). Wówczas następuje wzrost metabolizmu mózgowego i konsolidacja procesów pamięciowych, a także wzrost wydzielania hormonów płciowych. W ostatnich godzinach snu następuje maksymalne wydzielanie kortyzolu. Po rannym przebudzeniu organizm zdrowego człowieka przestraja się na wysoką aktywność metaboliczną, a temperatura ciała wzrasta. Wszystkie układy wewnętrzne wykazują wzmożoną aktywność, warunkującą wysoką skuteczność działania w środowisku zewnętrznym [5]. n Metody badania rytmu sen-czuwanie Jakość rytmu sen-czuwanie (zarówno komponenty circadialnej, jak i ultradialnej) można określić, stosując dwie podstawowe metody rejesteracji: aktografię oraz polisomnografię. Wielodobowa aktografia ujawnia obiektywnie występowanie obu rodzajów rytmu sen-czuwanie. Do tego typu rejestracji stosuje się niewielkie, bezprzewodowe, niekrępujące ruchów, urządzenia elektroniczne aktografy [8] które umożliwiają kontrolę zmian aktywności ruchowej. Badanie to wykorzystuje się zarówno w diagnostyce zaburzeń rytmu sen-czuwanie, jak i przy określaniu przydatności do wykonywania pracy zmianowej (ryc. 2, 3). Polisomnografia jest obiektywną, powszechnie stosowaną metodą precyzyjnego uchwycenia zmian jakości snu w rytmie circadialnym oraz ultradialnym. Za pomocą tej metody rejestruje się w sposób nieinwazyjny przebieg snu człowieka z co najmniej 5 odprowadzeń: EEG (elektroen- Godziny 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 * * Aktywnoœæ * * Rycina 3. Wielodobowy przebieg aktywności ruchowej osoby zdrowej pracującej w systemie zmianowym; *praca nocna A9

4 SE 2002, Tom 2, Supl. A Stadia snu W REM S1 S2 S3 S Godziny badania Rycina 4. Całonocny (9 h) hipnogram snu dorosłej, zdrowej osoby cefalogramu), dwóch odprowadzeń EOG (elektrookulogramów) i EMG (elektromiogramu) [7]. Wynikiem analizy takiego zapisu są między innymi różne parametry polisomnograficzne oraz tak zwany hipnogram, będący graficznym przedstawieniem przebiegu snu z jego podziałem na stadia: S1, S2, S3, S4 i REM [7]. U zdrowego człowieka sen składa się z naprzemiennie występujących cykli on- REM/REM. Cykl non-rem/rem składa się z kolejnych, coraz głębszych stadiów snu (S1 S4) oraz występującego na końcu cyklu szybkiego spłycenia snu i przejścia do fazy REM. as trwania fazy REM w kolejnych cyklach snu na ogół ulega wyraźnemu wydłużeniu, natomiast liczba stadiów snu SWS (snu wolnofalowego) maleje. Przeciętny czas trwania jednego cyklu snu on-rem/rem wynosi około 90 minut. Wyraźną cykliczność przebiegu snu przedstawia przykładowy hipnogram (ryc. 4). W różnicowaniu stanu fizjologii i patologii rytmu senczuwanie konieczne staje się uchwycenie subtelnych różnic dzielących oba stany. Całkowity czas trwania snu (TST, total sleep time), czas zasypiania, czyli latencja snu (SL, sleep latency), czas trwania poszczególnych stadiów snu, czas od zaśnięcia do pojawienia się stadium REM (REML, REM latency), liczba wybudzeń śródsennych i czas ich trwania to podstawowe parametry w diagnostyce różnicowej. Wczesne wykrycie przejścia od stanu fizjologii do zaburzenia rytmu sen-czuwanie decyduje o utrzymaniu organizmu w stanie normy. Może również wpłynąć na podjęcie odpowiednich działań, zmierzających do poprawy higieny życia lub wdrożenie leczenia. n Zmienność rytmu sen-czuwanie w ontogenezie człowieka Okres życia płodowego Wraz z rozwojem stopnia zorganizowania ośrodkowego układu nerwowego wykształca się zmienna aktywność płodowa. W ostatnim trymestrze ciąży organizmy matki i dziecka podlegają nasilonym wzajemnym interakcjom. Rytmika aktywności sen-czuwanie matki moduluje aktywność dziecka, wpływając na wykształcenie jego rytmiki circadialnej sen-czuwanie. Także ultradialna rytmika aktywności dziecka powoduje zmiany aktywności matki, zarówno w czasie czuwania, jak i podczas snu, wymuszając okresy spoczynku w czuwaniu, spłycając sen lub powodując nocne wybudzenia [6]. Wiek noworodkowy i dzieciństwo U 6-miesięcznych wcześniaków obserwuje się charakterystyczny circadialny rytm aktywności sen-czuwanie, ze znaczną przewagą snu. ynność bioelektryczna mózgu wykazuje specyficzną dla snu aktywność EEG z jednoczesnym pobudzeniem okolic pnia mózgu. Przejawia się ona wzmożonym tonusem mięśniowym. Rezultatem takiej aktywności są częste ruchy kończyn dziecka. Stan ten jest nazwany snem aktywnym. Występuje on również u noworodków urodzonych w terminie, u których obserwuje się także znacznie wydłużoną fazę snu REM w obrębie doby, a w związku z tym wzmożoną aktywność wzrostową neuronów oraz tworzenie się mnogich połączeń synaptycznych ośrodkowego układu nerwowego [1]. W kolejnych miesiącach życia dziecka następuje dalsze modelowanie ultradialnej, osobniczo zmiennej, rytmiki sen-czuwanie, o okresie około 3 godzin, a wraz z dalszym rozwojem organizmu jakość snu ulega przekształceniom. Rozwój mózgowia powoduje zmniejszanie się liczby stadiów snu REM, prowadząc do coraz większej synchronizacji czynności bioelektrycznej mózgu, czego wyrazem jest pogłębienie snu i wykształcenie się stadium snu wolnofalowego (SWS, slow wave sleep; tzw. stadium 3 i 4 snu non-rem), z zaznaczoną atonią mięśniową (ryc. 5). W późniejszym okresie dziecięcym dochodzi do zmniejszenia dominacji ultradialnego rytmu sen-czuwanie i wykształcenia się dominacji rytmu circadialnego. ieprzerwany sen zajmuje około 10 godzin w ciągu doby i przypada na godziny wieczorne i nocne. Godziny Dzieciñstwo Wiek dojrza³y Staroœæ uwanie O-REM REM Rycina 5. Godzinowy rozkład rytmu sen-czuwanie w dzieciństwie, w wieku dojrzałym i starości A10

5 Daria Pracka, Tadeusz Pracki, Chronobiologia rytmu sen-czuwanie SE Wiek dojrzały Wiek dojrzały charakteryzuje się dynamicznym wzrostem ekspansji człowieka w środowisku naturalnym oraz dużą aktywnością rozrodczą. Z tych względów dobowa ilość snu u zdrowych osób wynosi 5 10 godzin. Dochodzi także do zróżnicowania dobowej dystrybucji snu w zależności od płci. U kobiet, podczas każdego cyklu miesiączkowego wraz z wahaniem stężenia estradiolu, obserwuje się zmiany jakości i ilości snu. Okresowo w fazie okołoowulacyjnej, a także okołomenstruacyjnej sen ulega skróceniu i spłyceniu, może dochodzić do samoistnych wybudzeń. Zmiany te są kolejnym dowodem na ścisłą interakcję rytmiki wydzielania hormonów rozrodczych oraz rytmiki sen-czuwanie. Jeśli na zmiany jakości snu, spowodowane wahaniami hormonalnymi, nakładają się okresy zwiększonej aktywności zawodowej lub przeciążeń emocjonalnych, to zmiany jakości snu wydają się u kobiet zjawiskiem niemal fizjologicznym. Po krótkotrwałej bezsenności pojawia się tak zwany sen wyrównawczy, charakteryzujący się wydłużeniem czasu trwania oraz zwiększeniem zawartości snu głębokiego SWS (S3 i S4), występujący w fazie lutealnej oraz w początkowym okresie fazy folikularnej. Sen wyrównawczy może trwać kilka nocy i co noc zmieniać swą jakość. Można powiedzieć, że krótkotrwała lub nawet okresowa bezsenność oraz krótkotrwała nadmierna senność są zjawiskami fizjologicznymi, będącymi efektem zmian czynności wydzielniczej gruczołów dokrewnych, a także zmiennych warunków wewnętrznej sprawności organizmu oraz adaptacji do zmiennych warunków aktywności podczas godzin czuwania [6]. Jak wspomniano wcześniej, na circadialny rytm sen- -czuwanie nakłada się również rytm ultradialny. Podczas czuwania charakteryzuje się on zmiennymi okresami większej i mniejszej aktywności psychomotorycznej, a we śnie naprzemiennym pogłębianiem się i spłycaniem snu. Okres rytmu ultradialnego jest zmienny w ontogenezie, a u osób dorosłych wynosi około 90 minut. Rytm ultradialny w czuwaniu wpływa na zmienną jakość aktywności fizycznej oraz psychicznej, niezależnie od czynników zewnętrznych. Może się ujawniać w postaci odczuwania nieodpartej potrzeby spoczynku w ciągu dnia, a nawet codziennej drzemki, co jest zjawiskiem fizjologicznym, a więc przejawem zdrowia, a nie wynikiem patologii. Okres klimakterium i wiek podeszły W okresach menopauzy i andropauzy dochodzi do skrócenia, spłycenia oraz fragmentacji snu, co wiąże się ze zwolnieniem czynności wydzielniczej hormonów rozrodczych. W tym okresie nasilają się objawy chorób somatycznych oraz psychicznych. W dalszym okresie starzenia się ujawniają się postępujące zmiany zwyrodnieniowe, zwłaszcza w obrębie układu nerwowego, które są głównymi przyczynami desynchronizacji czynności bioelektrycznej mózgu, a także rozchwiania aktywności SC. asilają się również zaburzenia przewodzenia bodźców świetlnych, spowodowanych chorobami zwyrodnieniowymi narządu wzroku. Konsekwencją tych zmian jest postępująca desynchronizacja rytmu sen-czuwanie. Objawia się ona różnego typu zaburzeniami snu, które pogłębiają zmiany obniżające poziom aktywności w czuwaniu. Regularny tryb życia, czyli utrzymanie stałych godzin przeznaczonych na sen, stałych pór spożywania posiłków, codzienna aktywność fizyczna i intelektualna oraz wielogodzinna ekspozycja na światło słoneczne lub zastosowanie fototerapii przy użyciu specjalistycznych lamp, wpływają stabilizująco na rytmikę sen-czuwanie, szczególnie w tym okresie życia. n Podsumowanie Właściwie zachowane proporcje w rytmie sen-czuwanie decydują o jakości życia człowieka. Dlatego też wymuszone, długotrwałe skracanie okresu snu, praca zmianowa, nadmierna aktywność w czuwaniu, długotrwałe stresy wpływają bardzo niekorzystnie na jakość życia człowieka, desynchronizując ultradialną oraz circadialną rytmikę sen-czuwanie. Konsekwencje zaburzeń rytmu dobowego mogą być bardzo poważne, ponieważ często prowadzą do wzrostu zachorowań zarówno na choroby somatyczne (choroby układu sercowo-naczyniowego, schorzenia gastroenterologiczne czy endokrynologiczne), jak i psychiczne. Wpływają także na wzrost ryzyka wypadków komunikacyjnych oraz w miejscu pracy. Zaburzenia snu mogą zwiększać ryzyko zachorowania i wypadkowości, jednak istnieje wiele chorób, w których jednym z pierwszych objawów są zaburzenia dobowej dystrybucji snu i czuwania. Zalicza się do nich choroby naczyniowe, alergiczne oraz endokrynne, dotyczące praktycznie każdego gruczołu dokrewnego (łącznie z częścią neuroendokrynną podwzgórza). Do tej grupy należą również niektóre choroby neurologiczne oraz psychiczne. Długotrwałe zaburzenia snu obniżające jakość życia, muszą być jak najszybciej diagnozowane. Różnicowanie fizjologii i patologii rytmu sen-czuwanie oraz szybkie wdrożenie odpowiedniego leczenia powinno być podstawowym zadaniem lekarzy wszystkich specjalności. Piśmiennictwo 1. Toutou, Haus E. Biologic Rhythms in Clinical and Laboratory Medicine. Springer-Verlag. Wyd. II, Robert Y. Moore. Circadian rhythms: Basic eurobiology and Clinical Applications. Ann. Rev. Med. 1997; 48: Hobson J.A. Sleep. Scientific American Library Wyatt J.K., Ritz-de Cecco A., eisler C.A., Dijk D.J. Circadian temperature and melatonin rhythms, sleep, and neurobehavioral function in humans. Am. J. Physiol. 1999; 277: R1152 R Cauter E. Hormonal and metabolic changes during sleep. W: Molecular Pharmacology to Therapeutics. Karger A11

6 SE 2002, Tom 2, Supl. A 6. Brunner D.P., Munch M., Biedermann, Huch R., Huch A., Borbely A.A. Changes in sleep and sleep encephalogram during pregnancy. Sleep 1994; 17 (7): Rechtschaffen A., Kales A. red. A manual of standardized terminology, techniques and scoring system for sleep stages of human subjects. U.S. Government Printing Office 1968; Washington, D.C , DHEW, Publication o. (IH) Pracki T., Jurek K., Pracka D. Aktograf rejestrator aktywności ruchowej. Probl. Techn. Med. 1989; 20: 2, A12