La fisiologia del sonno

1. La fisiologia del sonno Luigi Ferini-Strambi Centro di Medicina del Sonno Università Vita-Salute San Raffaele, Milano

2. IL SONNO NEGLI ANIMALI (DURATA IN % DI 24 ORE) IN BASE ALL’OSSERVAZIONE: MUCCA 3 ELEFANTE 19 CAVALLO 29 GORILLA 70 IN BASE A REGISTRAZIONI EEG: ASINO 13 RATTO 50 GATTO 60 CONIGLIO 60

7. Organizzazione gerarchica delle strutture responsabili del sonno( L. Parmeggiani ) Veglia NREM REM corteccia ipotalamo tronco ipotalamo tronco corteccia tronco corteccia ipotalamo

9. PARAMETRI FISIOLOGICI PER LA DEFINIZIONE DEL SONNO C M S D R

10. IPNOGRAMMA

12. Sleep Academic Award 12

15. Dijk and Edgar, 1999, Lung Biology in Health and Disease, vol.133

17. Neonato / Bambino Adulto % REM / NREM 50 / 50 20 / 80 Periodicità stadi di sonno 50-60’ 90-100’ Esordio sonno REM NREM Organizzazione temporale stadi di sonno I cicli REM/NREM egualmente distribuiti durante il sonno I cicli NREM 3-4 nel primo terzo della notte; REM nell’ultimo terzo Maturazione pattern EEG 1 solo stadio NREM > stadi indeterminati K-complex Onde delta St. NREM differenti VARIAZIONI DEL CICLO SONNO-VEGLIA

21. Arousal

25. No sleep 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0 10 14 18 22 02 06 10 10 14 18 22 02 06 10 05 05 04 04 03 03 02 02 01 01 10 14 18 22 02 06 10 10 14 18 22 02 06 10 25 25 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0 10 14 18 22 02 06 10 10 14 18 22 02 06 10 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0 10 14 18 22 02 06 10 10 14 18 22 02 06 10 Sleep Cortisol (µg/dl) Thyrotropin (µU/ml) acutesleepdeprivation Prolactin (ng/ml) Growth Hormone (µg/L) Clock Time

26. Cortisol rhythm

27. Impact of sleep debt on metabolic and endocrine functionSpiegel K, et al. The Lancet 1999, 354:1435–1439. • Intolleranza glucidica • ↓Clearance glucosio 40% • ↓Risposta insulinica al glucosio 30% • Recupero sonno normalizza i valori

28. Grasso è bello ???

29. Self-reported Sleep and the Prevalence of Obesity in the US 9 25% 20% 8 15% Obesity prevalence Sleep (hours) 7 10% 6 5% Sleep (adult) Obesity 0% 5 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

30. Continuous glucose infusion (5g/kg/24h) DAYTIME LEPTIN AND GHRELIN LEVELS 3.5 3.0 LEPTIN (ng/ml) 2.5 AFTER 2 DAYS OF 2.0 10-H BEDTIMES 1.5 3.4 AFTER 2 DAYS OF GHRELIN (ng/ml) 4-H BEDTIMES 2.8 2.2 9 11 13 15 17 19 21 CLOCK TIME p level % change 9-21 leptin levels (ng/ml) 2.6 ± 0.52.1 ± 0.40.041 -19% 12-21 ghrelin levels (ng/ml) 2.6 ± 0.23.3 ± 0.20.038 +24%

32. PRIVAZIONE DI SONNO • Diminuisce l’attività delle cellule “natural killers” nell’uomo Moldofsky, 1989 • Impedisce nel topo messo a contatto con un virus influenzale di sviluppare “memoria immunitaria” Brown et al, 1989

33. sleep loss impairs the human antibody response to hepatisis A vaccination total loss of sleep in the night following vaccination impairs immune response 28 days later Lange et al (2003) Psychosomatic Medicine 65: 831-835

34. response to influenza vaccination is impaired in individuals with chronic partial sleep restriction Sleep restriction to 4 hours/night, for 4 days before and 2 days after vaccination, impairs immune response to vaccination Spiegel et al (2002) JAMA 288: 1471-1472

35. Brain Structures That Did Not Show Decreased Metabolic Rate From Waking to Sleep States in Patients With Insomnia (A) and Brain Structures Where Relative Metabolism While Awake Was Significantly Higher in Healthy Subjects Than in Patients With Insomnia (B) Nofzinger et al. Am J Psychiatry 2004;161:2126-2128

36. Increased Adenosine SLEEP DEBT Frontal Lobe dysfunctions Reduced cortical cholinergic activity Harrison & Horne, 2000; Boonstra et al., 2007 PET studies One single night of sleep loss significantly reduces prefrontal metabolic activity Thomas et al., J Sleep Res, 2007, 9: 335-352

38. J Clin Sleep Med, 2007