Neurochimica del sonno: neuroni e neurotrasmettitori di sonno e veglia

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Un neurone

Sono passati oltre cinque decenni da quando nel gennaio 1969 compariva sul’autorevole rivista Science il celebre articolo di Jouvet su «Le amine biogene e gli stati del sonno», dove il sonno veniva interpretato come un fenomeno attivo dipendente da meccanismi attivi e veniva presentato un diagramma schematico, basato su studi sperimentali nel gatto, rappresentativo dei possibili meccanismi monoaminergici coinvolti nei due stati del sonno (Jones, 1989).

Cicliche variazioni biochimiche

Il presupposto dello studio di Jouvet era che il cervello dei mammiferi andasse incontro a delle cicliche variazioni biochimiche, passando dallo stato di veglia dipendente dal sistema reticolare attivante, a neuromodulatore ancora sconosciuto, allo stato di sonno ad onde lente (sonno ortodosso o NREM), dipendente da neuroni serotoninergici del rafe, fino allo stato di sonno paradosso o REM, dipendente da neuroni noradrenergici localizzati nel locus coeruleus. Jouvet aveva infatti non solo dimostrato la presenza di strutture ipnogene nei nuclei del rafe del tronco cerebrale, la cui distruzione sperimentale produceva nel gatto un’insonnia sperimentale, ma anche la presenza di strutture implicate nella produzione del sonno paradosso, localizzate nella parte caudale del rafe e nei nuclei del focus coeruleus la cui distruzione provocava rispettivamente una severa riduzione o una totale selettiva soppressione del sonno REM.

Neuroni del sonno, neuroni della veglia

Alla luce dei diversi studi successivi su questo argomento (Jones, 1989), si può affermare che il sistema neuronale che governa l’alternanza ciclica del sonno e della veglia è contenuto entro la formazione reticolare cerebrale che si estende dal midollo attraverso il tronco cerebrale e l’ipotalamo fino al prosencefalo basale. Nessuna struttura all’interno di questo «core» è unicamente o monoliticamente coinvolta nel controllo di un singolo stato; al contrario studi di elettro stimolazione differenziale (ad alta e bassa frequenza) e registrazioni di singole unità cellulari hanno portato all’identificazione di «neuroni attivi durante il sonno» e di «neuroni attivi durante la veglia» entro il «core» reticolare. Nonostante una simile commistione di «neuroni attivi durante il sonno» e «neuroni attivi durante la veglia», una concentrazione differenziale di simili cellule può esistere nelle differenti regioni.
I neuroni principalmente coinvolti nel mantenere la veglia sembra siano concentrati entro la porzione craniale del tegmento pontino, il tegmento centrale del mesencefalo e l’ipotalamo posteriore, mentre le cellule che esercitano un’importante influenza nel promuovere il sonno siano concentrate entro le porzioni mediali del tronco cerebrale e la formazione reti colare dorsolaterale del midollo allungato e la regione anteriore ipotalamica-preottica, con commistione dei due tipi di cellule nel prosencefalo basale. Pertanto cellule che contengono diversi mediatori sono mescolate all’interno delle stesse regioni.

L’importanza dei neurotrasmettitori

È probabile che la specificità dell’azione neuronale derivi anche dal neurotrasmettitore rilasciato, non solo dal tipo di attività e di proiezioni tipiche del singolo neurone. Sebbene una simile specificità non possa applicarsi ai piccoli neurotrasmettitori aminoacidici contenuti e agenti entro i multipli circuiti locali neuronali, essa può però applicarsi ai neuromodulatori aminergici che includono le catecolamine, la serotonina, l’acetilcolina e l’istamina che sono contenute entro ristretti aggregati neuronali localizzati nel «core» reticolare che ha proiezioni molto diffuse al prosencefalo e al midollo spinale. Simili sistemi possono simultaneamente influenzare o modificare la modalità di azione di intere popolazioni neuronali entro il SNC. Comunque, finora non è stato identificato nessun singolo neurotrasmettitore che possa essere
da solo necessario o sufficiente per la produzione e il mantenimento del sonno o della veglia. Invece multipli fattori e sistemi sono coinvolti nell’inizio e nel mantenimento di questi stati.

Neurotrasmettitori della veglia

All’interno del «core» isodendritico, i neuroni «attivi durante la veglia», che si estendono attraverso il tronco cerebrale, l’ipotalamo e il prosencefalo basale, non solo vengono attivati più o meno durante la veglia a seconda degli input sensoriali e dell’attività, ma sembrano avere un ritmo autoctono tonico indipendentemente dagli stimoli sensoriali. Entro questo sistema attivante, essenziale per il mantenimento della veglia e per l’attivazione corticale indicativa di tale stato, sono localizzati neuroni catecolaminergici e noradrenergici del focus coeruleus, dopaminergici della sostanza nera e dell’area tegmentale ventrale e colinergici della regione mesopontina e del prosencefalo basale, che risultano tonicamente attivi durante la veglia e che, tramite proiezioni particolarmente lunghe e diffuse al prosencefalo, possono modulare l’attività dei neuroni subcorticali e corticali e dei circuiti facilitanti l’attività e le trasmissioni. Tale sistema si sovrappone estesamente ai sistemi ortosimpatici nel mesencefalo e nell’ipotalamo caudale.

Neurotrasmettitori del sonno

Passando ora ad esaminare i neuroni inducenti il sonno, la loro attivazione sarebbe facilitata da una riduzione in certi tipi di input sensoriali viscerali e somatici come il caldo e la sazietà; tali neuroni promuoverebbero un’attività corticale ad onde lente estinguendo l’attività ciclica dei neuroni reticolari attivanti e modulando direttamente l’attività attraverso il prosencefalo. I neuroni serotoninergici del rafe possono rivestire importanza nell’estinguere certi input sensoriali, inibendo gli output motori allo scopo di promuovere l’addormentamento. D’altra parte questi neuroni possono ben svolgere una simile funzione, forniti come sono di neuriti ascendenti al diencefalo e al telencefalo tramite il fascicolo prosencefalico mediale. I neuroni serotoninergici del rafe vengono così a svolgere un ruolo facilitante nell’addormentamento, ma non nel mantenimento del sonno; del resto con questa ipotesi limitativa del ruolo di tali neuroni sono in accordo i reperti di registrazioni di singole unità cellulari che indicano un decremento della frequenza di scarica di questi neuroni durante il sonno.