El proceso del sueño. Monografía

El sueño

El sueño es fundamental para el cerebro humano. En este artículo se quiere abordar esta importante función desde la perspectiva neurológica y su implicación en la vida cotidiana del ser humano.

Para conocer el sueño hay que hablar de una serie de conceptos que, aunque obvios para los que nos dedicamos a este campo, sí hay que remarcar convenientemente.

Las neuronas se comunican mediante señales eléctricas y químicas. Estas señales, y por medio de la emisión de sustancias como neurotransmisores, y en determinados  circuitos cerebrales, modularán los estados de sueño y vigilia. El conocimiento de estos circuitos y su implicación en dichos estados será fundamental para promover una vida saludable y, como consecuencia, el bienestar de la persona. También ayudarán, en nuestra profesión, a entender el rendimiento de los alumnos y establecer las bases adecuadas para hacerles comprender la importancia de sus ritmos de sueño para conseguir el máximo beneficio en su formación. Obviamente, el conocimiento del funcionamiento de los circuitos cerebrales, gracias a los últimos avances en el campo de las Neurociencias, tienen una amplia repercusión en el campo de los especialistas en el tratamiento de las patologías relacionadas con el sueño. 

La pregunta obvia que nos hacemos es “realmente, ¿por qué dormimos? Se piensa generalmente que se produce un estado restaurador cuando lo hacemos. Está claro que la privación del sueño es letal para los seres vivos, y esto lo sabemos a raíz de multiples experimentos realizados. Pero también se piensa que en realidad podría ser un mecanismo asociado a la  endotermia o un mecanismo que permite a nuestras células mantenere una reserva energética en forma de ATP (adenosin trifosfato).Pero, en realidad, a fecha de hoy no está absolutamente claro y falta un acuerdo consuensado. 

Para adentrarnos en este fascinante mundo del sueño-vigilia deberemos conocer los mecanismos implicados en el sueño. Será necesario hablar, pues,  de una serie de conceptos, como son:

• Los ritmos circadianos,
• Las ondas cerebrales que pueden ser detectados a través de la EEG,
• Los estados del sueño,
• Los sueños REM y No-REM, y
• Los circuitos neuronales

Pero antes de abordar estos temas, debemos dejar claro algunas consideraciones respecto al sueño:

1. El dormir adecuada y diariamente es esencial para la salud.
2. La privación prolongada de sueño puede ser letal.
3. El soñar, se cuestiona sipuede ser bueno para la salud. Hay personas que por medicación o disfunción no sueñan y parecen encontrarse bien, pero también se piensa que los sueños pueden tener valor adaptativo y , al igual que los seres humanos, parece que los mamíferos poseen dicha capacidad de soñar. 
4. Algunas personas sueñan regularmente, mientras que otras no. La cuestión es,¿realmente no sueñan? o ¿no recuerdan haberlo hecho?
5. El cerebro y el cuerpo necesitan descansar y relajarse.
6. Sin embargo, en el descanso, el cerebro no está completamente relajado. Sigue activo.
7. Durante la noche se producen cambios en los estados corporales y cerebrales.

Bien, y la pregunta a la que nos llevan estas consideraciones es: ¿cuánto tiempo necesitamos dormir? Aunque en realidad la respuesta más obvia es que depende de cómo nos levantemos cada mañana, en un estado totalmente descansado, podemos ver a continuación cómo determinados estudios realizados analizan la duración del sueño desde la etapa prenatal hasta la senectud.

Observamos  que las máximas horas de sueño son requeridas en la etapa prenatal y una vez tras el nacimiento el número de horas de sueño va disminuyendo hasta la senectud.

 

Según la National Sleep Foundation (U.S.A.) se recomiendan las siguientes horas según edad.

EDAD	HORAS
Recién nacidos	14 a 17
Infantes	12 a 15
Niños en edad preescolar	10 a 13
Niños en edad escolar	9 a 11
Adolescentes	8 a 10
Adultos	7 a 9
Adultos mayores	7 a 8

Los ritmos circadianos

El sueño es un ejemplo de los ritmos que funcionan en nuestro cerebro al cabo del día. Estos ciclos diarios, son los llamados ritmos circadianos, y en ellos están implicadas una serie de funciones homeostáticas y fisiológicas. 

En el cuadro siguiente vemos como, por ejemplo, la temperatura corporal se regula mediante esos ritmos.

 El registro superior ilustra la temperatura corporal y observamos cómo empieza a disminuir al tiempo que se acerca nuestra hora de descanso, aumentando cuando vamos a levantarnos

En el registro intermedio observamos la hormona del crecimiento y vemos cómo se eleva la producción cuando vamos a dormir y va disminuyendo gradualmente según pasamos de fases. En el último, el cortisol, se activa cuando vamos a levantarnos preparándonos para enfrentarnos a la actividad cotidiana.

Todo esto, como vemos, está muy relacionado con nuestro período ambiental o ciclo de 24 horas. Aunque, en realidad, por estudios realizados, se piensa que dicho ciclo está en torno a 26 horas y relacionado con el ciclo solar.

En el cerebro hay un órgano responsable de generar nuestro ritmo circadiano, un reloj molecular y es el llamado núcleo supraquiasmático del hipotálamo.

  Las células de la retina que envían sus proyecciones al núcleo supraquiasmático son diferentes de las células que envían señales al hipotálamo anterior en el proceo de la visión. Estas son una clase única de células ganglionares fotosensibles. Contienen un pigmento llamado melanopsina. Si la luz se activa existirá una lenta respuesta en la que las células se despolarizan muy lentamente hasta alcanzar el umbral e iniciar el potencial de acción. Una vez desconectada la luz, un gran número de potenciales de acción está aún activo y el proceso de despolarización va a continuar durante un tiempo. Este tipo de células están adaptadas para detectar la luz en el medio ambiente e informar al cerebro de la cantidad lumínica. En este proceso de regulación del ritmo circadiano no sólo entran en actividad dichas células sino también una serie de proteínas y genes que van a facilitar el mismo. No es el lugar adecuado este informe, para un desarrollo exhaustivo del proceso, pero baste mencionar, por si es de interés, que entre estas proteínas y genes se encuentran entre otros componentes, por ejemplo, la proteína CLOCK (Circadian Locomotor Output Cycles Kaput), o  el gen Bmal. 

Hemos visto la implicación retinal en el ritmo circadiano. Una consecuencia de la entrada lumínica es la regulación hormonal. Y una glándula que se activa es la pineal iniciando la emisión de melatonina. El recorrido arranca de la retina llegando al núcleo supraquiasmático que proyecta sus haces aferentes a otros núcleos hipotalámicos. Uno de ellos es el núcleo paraventricular y de allí, por las conexiones de éste, se activarán una serie de neuronas pre-ganglionares que alcanzarán el ganglio cervical superior inervando la glandula pineal y esta producirá melatonina provocando una transición de la vigilia al sueño.

 

Ondas cerebrales

 

Como ya sabemos, en el cerebro hay millones y millones de neuronas con actividad eléctrica y eso genera una serie de corrientes que pueden ser registradas en el exterior por medio de la tecnología adecuada. Por medio de la Electroencefalografía vamos a poder medir dichas corrientes eléctricas.  El electroencefalograma (EEG) es un análisis que se utiliza para detectar anomalías relacionadas con la actividad eléctrica del cerebro. Para ello, se colocarán pequeños discos metálicos con cables delgados (electrodos) sobre el cuero cabelludo y después se envíarán señales a un equipo informático para registrar los resultados. Hay que tener en cuenta que, dada la conformación del cerebro, la EEG va a poder registrar, desde el cuero cabelludo, aquellas células piramidales orientadas perpendicularmente a la superficie del cráneo, con lo que, principalmente registrará la actividad de aquellas neuronas situadas en las crestas de las  circunvoluciones cerebrales.

Se reconocen cuatro patrones de actividad electroencefalográfica. 

Desde las frecuencias más bajas, tendremos, en primer lugar la banda u ondas Delta que oscila entre uno o cuatro ciclos por segundo, de 1 a 4 hertzios. Es el indicativo de la etapa más profunda del sueño. 

La siguiente frecuencia es la banda Theta, entre 4 y 7 Hz. Se suele asociar con las primeras etapas del sueño, fases 1 y 2 y se genera tras la interacción entre los lóbulos temporal y frontal.

A continuación tenemos las ondas Alfa, entre 8 y 13 Hz. Parecen ser una característica de nuestras áreas corticales sensoriales, especialmente cuando esas áreas están desconectadas del ambiente sensorial que nos rodea. Surgen de la actividad del tálamo en periodos relajados y del lóbulo occipital en el mismo estado. Cuando abrimos los ojos, en la mayoría de las personas, el ritmo alfa desaparece casi inmediatamente.

Las ondas de frecuencia más alta que normalmente reconocemos están en la banda Beta (aunque podemos contar también con la frecuencia Gamma, alrededor de 40 a 60 Hz). La banda Beta está entre 12 y 30 Hz. En las ondas Beta la actividad neuronal es intensa. Implicadas en acciones que requieren permanecer en un cierto estado de alerta y atención.

Con el análisis de los registros electroencefálicos podemos tener una herramienta muy útil para diagnosticar trastornos tales como la epilepsia, trastornos convulsivos o investigar distintas etapas de la consciencia y el sueño.

 Veamos ahora cómo con estos registros podemos definir las distintas etapas del sueño.

(*)son ondas sinusoidales¹ características de la segunda fase del sueño sin movimientos oculares rápidos. Son generadas en el tálamo y la corteza cerebral.

Gracias a estos registros tenemos la oportunidad de ver la progresión del sueño. Esto nos ha podido mostrar cinco etapas del sueño, cuatro NO-REM ( rapid eye movements) y una REM.

1.- La primera fase es cuando empezamos a sentir somnolencia. Es la transición del estado de vigilia al sueño. Comenzamos a ver la aparición de algunos ritmos de mayor amplitud.  Suele durar unos 10 minutos.

2.- La segunda etapa es más profunda. Vemos ese aumento de amplitud y el surgimiento de una fase muy característica de esta etapa, el huso del sueño, muy breve, de tan sólo unos segundos de actividad. Son generadas en el tálamo y la corteza cerebral. Esto sucede cuando comenzamos a entrar en etapas más profundas del sueño. 

3.- En esta etapa entramos en niveles bastante moderados de sueño. Se caracteriza por la aparición de ondas de mayor amplitud, Desaparecen los husos del sueño.

4.- Las mayores amplitudes están en la etapa 4, ondas Delta, indicativas de una corteza cerebral totalmente disociada de su entorno. En esta fase el metabolismo y el flujo sanguíneo de las neuronas se reduce en un 75% con respecto al de la vigilia. 

Al realizar una fuerte actividad mental se ha comprobado que se aumenta considerablemente la fase del sueño 4.

5.- Desde la etapa 4, de sueño profundo, y después de un período temporal (hora u hora y media) comenzamos a salir de ese profundo sueño de onda lenta y entramos en fase REM (movimiento rápido de ojos), En este momento estamos dormidos pero tenemos actividad electroencefálica semejante a un cerebro despierto.

Este estado REM es un estado muy especial. En esta fase se observa que ciertas partesdel cerebro han aumentado su actividad. En concreto, aquellas áreas cuya actividad ha aumentado incluyen estructuras, como la corteza cingulada anterior y nuestro sistema de memoria del lóbulo temporal medial en el giro parahipocampal. Y próxima se encuentra  la amígdala.

 La hiperactividad de estas estructuras en la fase REM podría ser responsable de la emotividad que está presente en muchos de nuestros sueños.

Por el contrario, aquellas zonas cerebrales involucradas en funciones de control ejecutivo, como la CPDL muestran una disminución de la actividad. Esto podría explicar el por qué muchos de nuestros sueños muestran actitudes socialmente inadecuadas.

El estado REM es aquella  fase del sueño en la que ocurren la mayoría de los sueños, no todos,  Y tendemos a pasar más tiempo en fase REM según avanza la noche y menos tiempo en las fases 4 y 3 según nos acercamos a la hora de despertarnos.

Esta fase llega tras 90 minutos después del inicio del sueño, y se repetirá aproximadamente cada 90 minutos. Eso supone que, a lo largo de todo el periodo del sueño, se producirán entre 4 y 5 fases REM.

A lo largo de la transición en las distintas fases del sueño no sólo se modifica el estado cerebral sino que también el estado de todo el cuerpo.

Durante estas fases REM y NO-REM se modulan las vísceras para mantener la vida. Cuando nos estamos quedando dormidos, la actividad comienza a disminuir a medida que entramos en otras etapas. Parece que hay una supresión de la actividad muscular durante el sueño REM, inhibiéndose  las neuronas motoras alfa que inervan los grandes músculos esqueléticos durante esta fase.

Además, durante el sueño NO-REM, nuestros ritmos cardíacos disminuyen, así como la respiración, pero según avanzamos hacia el sueño REM hay aumento de la frecuencia cardíaca y de la respiración.

En los hombres se produce la erección y en las mujeres un aumento de la lubricación vaginal.

Se ha observado con respecto a la fase REM que cuanto más inmaduro está el cerebro más horas se dedican a esta fase. En el ser humano se ha estudiaao que  el 70% del sueño de los recién nacidos es sueño REM, cifra que se reduce al 30% a los seis meses y que al 15% en la edad adulta. 

En cuanto a la necesidad del sueño REM es curioso que mientras que el sueño es necesario para la vida, parece como si el sueño REM no lo fuera. Esto se basa en estudios realizados en pacientes que están tomando medicamentos que suprimen la experiencia del sueño REM, como efecto secundario. Sin embargo, se ha constatado que estos pacientes no están sufriendo alteraciones por la falta de este fase del sueño.

Hay muchas teorías que intentan explicar el porqué del soñar. Algunos científicos dudan de la utilidad del sueño.Otros, por el contrario, defiende que un sueño es una oportunidad para desaprender, es decir, para borrar algún tipo de patrón no adaptativo de actividad neurológica, tal vez almacenado como memoria. Defienden que  podría ser un mecanismo muy útil para deshacernos de los recuerdos no deseados. Otros defienden el hecho de que el sueño proporciona una oportunidad para fortalecer la plasticidad sináptica, consolidar recuerdos y favorecer el aprendizaje del día a día.

Por medio de expderimentos, se ha demostrado que en la fase REM se consolida la memoria no declarativa y que durante la fase de sueño lento NO-REM se consolida la declarativa. Por otra parte se ha observado una alta actividad del hipocampo en la fase de este último tipo de sueño. El hipocampo es un órgano importante en el procesamiento de la memoria espacial y declarativa.

Los circuitos neuronales

Hemos visto como el sueño conlleva determinados  procesos en el cerebro y en el cuerpo. Y esto se debe a  una serie de actividades de los sistemas neuroquímicos del hipotálamo y la formación reticular del tronco encefálico que mandan proyecciones incluso a la parte inferior de la médula espinal, pero que se centran especialmente en la interactuación del tálamo con la corteza cerebral.

La actividad de la corteza de asociación visual durante el sueño, muestra una alta irrigación sanguínea y, por el contrario, una baja irrigación en la corteza visual primaria y la corteza prefrontal. Esto puede explicar las alucinaciones experimentadas en el sueño y la mezcla de eventos pasados y futuros en los sueños dado que, al desconectar la actividad de la corteza prefrontal, perdemos noción de temporalidad. Los sueños más terroríficos se dan en la fase 4, mientras que las pesadillas normales se dan en la fase REM.

 

Sistemas neuroquímicos implicados en los estados cerebrales.

Estado de Vigilia

Núcleo responsable	Neurotransmisor involucrado	Estado de activididad de las principales neurons del tronco encefálico.
Núcleo colinérgico de la unión puente-mesencéfalo	Acetilcolina	Activo
Locus coeruleus	Norepinefrina	Activo
Nucleo del Rafe	Serotonina	Activo
Nucleo tuberomamilar	Histamina	Activo
Hipotalamo lateral	Orexina	Activo

La vigilia es un producto de la activación de un gran número de sistemas neuroquímicos. Entre los más importantes se encuentran los dos primeros listados en la tabla, los núcleos colinérgicos que se encuentran cerca de la unión de la protuberancia y el mesencéfalo, y el locus coeruleus. Junto a estos dos tenemos involucrados dos importantes neurotransmisores, la acetilcolina y la norepinefrina, importantes en el mantenimiento de la vigilia y de la atención. Además, también se encuentra la serotonina. Y un núcleo muy importante en el hipotálamo posterior, llamado núcleo tuberomamilar, que  produce histamina que, cuando está activa, promueve la vigilia.  El hipotálamo lateral alberga además una serie de células que producen una variedad de neurotransmisores peptídicos, siendo uno de ellos la  orexina (a veces se le llama hipocretina) . Cuando esta está activa estimula las células tuberohipotalámicas, que liberan la histamina.

Estado de sueño

En estado de sueño se produce una disminución en los componentes anteriores.

SUEÑO NO-REM

Núcleo responsable	Neurotransmisor involucrado	Estado de activididad de las principales neurons del tronco encefálico.
Núcleo colinérgico de la unión puente-mesencéfalo	Acetilcolina	Disminución
Locus coeruleus	Norepinefrina	Disminución
Nucleo del Rafe	Serotonina	Disminución

Las funciones de la acetilcolina, o norepinefrina, de la serotonina, están disminuyendo a medida que estamos entrando en las etapas de sueño no REM. 

SUEÑO REM

Núcleo responsable	Neurotransmisor involucrado	Estado de activididad de las principales neurons del tronco encefálico.
Núcleo colinérgico de la unión puente-mesencéfalo	Acetilcolina	Acitva (ondas PGO)
Locus coeruleus	Norepinefrina	Inactiva
Nucleo del Rafe	Serotonina	Inactiva

En el estado Rem, el cerebro está activo y el cuerpo está en condición parcialmente paralizada. Se produce, en este estado, una discreta señal eléctrica que, desde el puente del tronco encefálico, pasando por el núcleo geniculado lateral del tálamo, llega hacia la corteza occipital. Estas son las ondas pontogeniculooccipitales (PGO).

Observamos  que tanto la serotonina como la norepinefrina están inactivas al mismo tiempo que el sistema colinérgico se activa en una forma particular.

La vigilia se mantiene en especial por la actividad del sistema reticular activador ascendente, el tronco cerebral y el hipotálamo posterior. Influye también la función que realiza el tálamo, la liberación de glutamato. El Sistema de Activación Reticular Ascendente activa la corteza cerebral por medio de la vía dorsal formada por los núcleos intralaminares del tálamo y por medio de una  vía ventral a través del hipotálamo lateral y núcleos basales 

Hay una parte del cerebro que es muy importante porque parece interactuar con estructuras dorsales del hipotálamo, en concreto con el núcleo tuberomamilar, y el núcleo ventrolateral preóptico, en la parte anterior del hipotálamo. Tiene un efecto inhibidor de las neuronas que promueven la vigilia y en la que está altamente implicado el núcleo tuberomamilar. Por ello, el sueño NO-REM se originará  cuando las neuronas que producen hipocretinas sean  inhibidas por descargas gabaérgicas originadas en dicho núcleo hipotalámico.En estas etapas del sueño intervendrán los nucleos del rafe por medio de la serotonina, el prosencéfalo basal y el núcleo del fascículo solitario. La serotonina bloqueará la actividad motora disminuyendo las actividades sensoriales. El SARA se irá desactivando poco a poco. Todo este proceso originará la desaparición de los movimientos oculares rápidos y la disminución de la actividad motora.

En el sueño REM, como ya hemos visto, se producen fenómenos opuestos. Aparecen los movimientos oculares rápidos y un aumento de la actividad cortical como si estuviéramos, de cierta manera, en estado de vigilia. Una de las partes principales del cerebro implicada en este tipo de sueño es la protuberancia.

Los movimientos oculares típicos de esta fase se deben por un lado a la activación de los núcleos abducens y, por otro a las ondas pontogeniculooccipitales que aparecen durante el sueño REM dando lugar, además, a las “ondas en diente de sierra”.

En la porción más rostral del SARA se originará la descarga de acetilcolina que activará la actividad cortical. 

En esta fase se producirá la liberación de glicina que dará lugar a la atonía muscular.

Uno de los actores clave en la transición de la vigilia al sueño es la zona ventral preópticalateral del hipotálamo. Una sustancia que la activa es la adenosina. La adenosina interviene en el ATP (adenosín trifosfato) que es la principal protagonista del aporte de energía a las células cerebrales. Durante el día, las neuronas están activas y el consumo de energía es mayor. Los astrocitos tienen reservas de nutrientes (glucógenos) para que las neuronas consuman energía  cuando están activas. Cuando estos glucógenos se agotan, el espacio extracelular se llena de adenosina, que en períodos largos de vigilia se concentran en altas cantidades. La adenosina inhibe la actividad neuronal y cuando entra en contacto con las neuronas se tiende a la inactivación de las mismas. La cafeína produce la inhibición de la adenosina, por lo que produce insomnio. La adenosina se une a los receptores de adenosina, y la cafeína y la teofilina bloquean estos receptores. Así, mientras la  adenosina se está acumulando, el impacto de   la acumulación de adenosina en el prosencéfalo basal se mitiga por el consumo de estas sustancias.

Por otra parte, Se ha comprobado que las zonas del cerebro que metabolizan más glucosa durante el día estarán más inactivas en el sueño  y metabolizarán menos para poder limpiar los radicales libres producidos, es decir, tendrán mayor actividad de sueño lento. 

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Bibliografía:

Duke University, Medical Neuroscience. Leonard E.White. 2016

Neuroscience Fifth Edition Dale Purves, George J. Augustine, David Fitzpatrick...

Pinel, Fundamentos de Biopsicología.2015

Psicobiología, UNED, varios autores 2015

Psicología biológica, Phillip J. Corr, 2008

Impacto en la privación del sueño en las funciones cognitivas y en las constantes basales. Tesis de Ana Targa y Marta Vila.2007

Fundamentos de Neurociencia.UOC. 2017

© Javier Notario