Czuwanie i sen to dwa podstawowe stany fizjologiczne, które występują cyklicznie. Około dwie trzecie doby przypada na czuwanie, a pozostały czas na sen. W stanie czuwania informacje pochodzące z otoczenia są odbierane i przetwarzane. Podczas snu dochodzi do odwracalnego zaprzestania aktywności ruchowej, zniesienia świadomości i zmniejszenia reaktywności na bodźce zewnętrzne. Każdemu z tych stanów odpowiada określony wzorzec aktywności elektrycznej mózgu, co odzwierciedla się w zapisie elektroencefalograficznym (EEG).
1. Rytm dobowy
Rytm dobowy odpowiada za prawidłowe funkcjonowanie organizmu i dostosowuje liczne procesy wewnętrzne do zmieniających się warunków środowiska. Reguluje m.in. sen, apetyt i temperaturę ciała. Istnieje kilka czynników kształtujących rytm dobowy, z których najsilniejszym jest światło. Bodźce świetlne o zróżnicowanym natężeniu aktywują receptory siatkówki, a informacje w postaci potencjałów czynnościowych docierają drogami wzrokowymi do jądra nadskrzyżowaniowego, które stanowi ośrodek rytmu dobowego. Aktywacja jądra nadskrzyżowaniowego powoduje synchronizację wydzielania hormonów jąder podwzgórza, przysadki i szyszynki. Obniżenie natężenia światła prowadzi do aktywacji szyszynki i wzrostu wydzielania jej hormonu – melatoniny. Melatonina, oddziałując na podwzgórzowy ośrodek termoregulacji, obniża temperaturę ciała oraz zmniejsza tempo metabolizmu, co ułatwia zasypianie. Okołodobowa rytmika zmian temperatury ciała ściśle wiąże się z rytmem snu i czuwania. Obniżenie temperatury ciała jest warunkiem przejścia ze stanu czuwania w sen. Wydzielanie hormonu wzrostu również waha się wraz z rytmem dobowym, osiągając największe stężenie w nocy, w dwóch pierwszych godzinach snu. W drugiej połowie snu uruchamiają się mechanizmy umożliwiające sprawne funkcjonowanie po przebudzeniu. Dochodzi do wzrostu metabolizmu mózgowego, konsolidacji procesów pamięciowych oraz do wzmożonego wydzielania hormonów płciowych. W ostatnich godzinach snu następuje maksymalne wydzielanie kortyzolu. Z kolei po przebudzeniu organizm przygotowuje się do wzmożonej aktywności w ciągu dnia poprzez zwiększenie temperatury ciała i intensyfikację procesów metabolicznych. [1]
2. Ocena rytmu snu i czuwania
Badanie czynności fizjologicznych podczas snu nosi nazwę polisomnografia. Obejmuje ono zapis czynności bioelektrycznej mózgu (elektroencefalogram – EEG), zapis ruchów gałek ocznych (elektrookulogram – EOG) i zapis czynności bioelektrycznej mięśni (elektromiogam – EMG). Jednoczesna rejestracja zmian w EEG, EOG i EMG jest konieczna w celu odróżnienia stanu snu od stanu czuwania oraz pozwala zróżnicować stadia snu. Biopotencjały rejestruje się za pomocą elektrod wypełnionych pastą przewodzącą i umocowanych na głowie. Do oceny snu wystarcza zapis z jednego odprowadzenia EEG. Z kolei EOG rejestruje się z dwóch kanałów. Elektrody umieszcza się 1 cm nad zewnętrznym kątem szpary powiekowej jednego oka oraz 1 cm pod zewnętrznym kątem szpary powiekowej drugiego oka. Natomiast EMG zapisuje się z elektrod powierzchniowych, przyklejonych pod brodą. [2,3]
3. Stan snu
Na podstawie parametrów rejestrowanych w standardowym polisomnogramie w przebiegu snu można wyróżnić sen REM (rapid eye movement, sen z szybkimi ruchami gałek ocznych) i sen NREM (non rapid eye movement, sen bez szybkich ruchów gałek ocznych), który dzieli się na 4 stadia (N1,N2,N3, N4). Sen NREM i REM następują po sobie cyklicznie, tworząc tzw. cykle snu, których jest około 4-6 podczas każdej nocy. W każdym cyklu kolejno po sobie występuj: N1, N2, N3, N4 i REM. W pierwszej połowie nocy przeważa ilość snu głębokiego (stadium N3), a w drugiej – snu REM i stadium N2. Próg reakcji na bodźce jest najniższy w fazie N1, a najwyższy w śnie REM. Samo przejście w stan snu jest płynne. Podczas zasypiania zawartość pamięci krótkotrwałej przestaje przechodzić do zasobów pamięci długotrwałej, a kilka ostatnich minut przed zaśnięciem okrywa niepamięć. [2]
3.1. Sen NREM
We śnie NREM akcja serca oraz pojemność minutowa zmniejszają się, a ciśnienie tętnicze spada o kilkanaście procent. NREM dzieli się na 4 stadia, które charakteryzują się obecnością rytmicznych, wolnych fal mózgowych. Stadium 1 charakteryzuje się obecnością w EEG fal o niskiej amplitudzie i dużej częstotliwości. W stadium N2 pojawiają się wrzeciona senne, czyli serie fal, podobnych do alfa, o częstotliwości 10-14 Hz i amplitudzie 50 uV. W stadium N3 częstotliwość fal zmniejsza się, a ich amplituda wzrasta. Największe spowolnienie fal i wzrost ich amplitudy obserwuje się w stadium N4. Po upływie około 85-100 minut od zaśnięcia faza NREM przechodzi w REM. [2,3,4]
3.2. Sen REM
Faza snu REM często nazywana jest snem paradoksalnym, ponieważ wtedy obserwuje się wysoką aktywność kory mózgowej i szybkie ruchy gałek ocznych. W tej fazie występują marzenia senne. Dodatkowo dochodzi do osłabienia odruchów ciała, spadku napięcia mięśni, przyspieszenia oddechu oraz zwiększenia ciśnienia krwi. Podczas snu REM w badaniu PET rejestruje się wzmożoną aktywność w rejonie mostu, ciał migdałowatych i przedniej części zakrętu obręczy, a obniżoną w korze przedczołowej i ciemieniowej. Ponadto dochodzi do zwiększenia pobudzenia we wzrokowych polach asocjacyjnych, a także do zmniejszenia w obrębie pierwszorzędowej kory wzrokowej. [2,3,4]
4. Stan czuwania
W zapisie EEG u osób czuwających pozostających w spoczynku z zamkniętymi oczami dominuje rytm alfa. Są to nieregularne fale o częstotliwości 8-12 Hz i amplitudzie 50-100 uV. Rytm alfa jest najsilniej zaznaczony w okolicy ciemieniowo-potylicznej, choć czasami może być widoczny również w innych miejscach kory. Dodatkowo nad okolicą czołową widoczny jest czasem rytm beta, który charakteryzuje obecność fal o częstotliwości 18-30 Hz i niższej amplitudzie. U osoby pobudzonej i skupionej na danej czynności często obserwuje się oscylacje gamma o częstotliwości 30-80 Hz. U dzieci występują regularne fale o dużej amplitudzie i częstotliwości 4-7 Hz, zwane rytmem theta. [2,3,4]
5. Neurofizjologia snu i czuwania
Główną strukturą odpowiedzialną za regulację faz snu i czuwania jest podwzgórze. Już w 1931 roku neurolog Constantin von Economo odkrył, że w przedniej części podwzgórza znajdują się neurony odpowiedzialne za zasypianie, a w tylnej generujące stan czuwania. Obecnie wiadomo już, że w kształtowaniu rytmu snu i czuwania bierze udział wiele innych struktur, takich jak twór siatkowaty mostu i śródmózgowia, jądra nakrywki mostu czy pole przedwzrokowe przyśrodkowe. Podstawowymi neuroprzekaźnikami są noradrenalina, serotonina, acetylocholina, histamina, dopamina, GABA, glutamina, glicyna. W stanie czuwania największą aktywność wykazują neurony cholinergiczne, noradrenergiczne, serotoninergiczne i histaminergiczne. W czasie snu NREM ich aktywność maleje, a w czasie snu REM całkowicie wygasa. Z kolei podczas snu REM oraz w stanie czuwania dochodzi do pobudzenia neuronów cholinergicznych.
Za ośrodek czuwania uważa się skupisko neuronów jądra guzowo-suteczkowatego podwzgórza. Są one źródłem mózgowej histaminy, która odgrywa ważną rolę w utrzymaniu stanu czuwania. Aksony neuronów jądra guzowo-suteczkowatego łączą się z aksonami komórek w jądrach szwu, jądrze miejsca sinawego oraz istocie czarnej, wspólnie tworząc brzuszną drogę siatkowatego układu aktywującego. Wysyła ona liczne połączenia do kory mózgu. Stłumienie tych aktywności powoduje senność. Z kolei za ośrodek snu uznaje się neurony podwzgórza umiejscowione w jego brzuszno-bocznej i przyśrodkowej części pola przedwzrokowego. Są one aktywne przede wszystkim podczas fazy NREM, a w mniejszym stopniu podczas fazy REM. Jądro pośrodkowe przedwzrokowe uczestniczy w inicjacji fazy snu NREM, podczas gdy jądro brzuszno-boczne pola przedwzrokowego jest niezbędne do podtrzymania tej fazy. Aksony neuronów brzuszno-bocznego jądra przedwzrokowego tworzą liczne połączenia synaptyczne z jądrami układu wzbudzającego. Za pośrednictwem hamujących neuroprzekaźników GABA i galaniny neurony te hamują aktywność grupy komórek histaminergicznych, co powoduje przejście ze stanu czuwania w sen NREM. Równocześnie osłabia się czynność ośrodków aktywnych podczas stanu czuwania: jądra miejsca sinawego, nakrywki oraz jąder szwu. [5]
6. Zmienność rytmu dobowego
Stosunek rytmu snu-czuwanie zmienia się wraz z wiekiem. U noworodka rytm dobowy nie jest jeszcze prawidłowo wykształcony. W pierwszym miesiącu życia podczas czuwania w EEG dominują fale wolne. Podział snu na NREM i REM jest widoczny od urodzenia, ale poszczególne stadia NREM wykształcają się dopiero między 2 a 6 miesiącem. U wcześniaków sen REM stanowi 80% całkowitego czasu snu, a u noworodków urodzonych o czasie – ponad połowę czasu trwania rytmu dobowego. Ilość snu REM maleje w miarę dojrzewania układu nerwowego, a od 2-3 roku życia utrzymuje się na poziomie 25%. U osób dorosłych zapotrzebowanie na sen jest zależne od wielu czynników i zazwyczaj wynosi około 7-8 godzin. Dobowa dystrybucja snu zależy również od płci. U kobiet jakość i ilość snu zmienia się wraz z wahaniem stężenia estradiolu. W fazie okołoowulacyjnej i okołomenstruacyjnej sen ulega skróceniu i spłyceniu, często występują nocne przebudzenia. Podobne zmiany zachodzą w okresie menopauzy i andropauzy, co jest związane ze spadkiem stężenia hormonów płciowych. [1, 2]
7. Zaburzenia rytmu snu i czuwania
Zaburzenia rytmu snu i czuwania (Circadian Rhythm Sleep-Wake Disorders – CRSWD) zalicza się do zespołów zaburzeń snu. Wyróżnia się podział na zaburzenia endogenne i egzogenne.
7.1. Zaburzenia endogenne
Istotą zaburzeń endogennych jest występowanie snu w godzinach zgodnych z wewnętrznym rytmem biologicznym pacjenta, ale w nieodpowiednich godzinach (bezsenność w okresie przeznaczonym na sen lub nadmierna aktywność w okresie czuwania).
Zalicza się do nich:
- zaburzenie z opóźnioną fazą snu i czuwania (Delayed Sleep-Wake Phase Disorder – DSWPD)
- zaburzenie z przyspieszoną fazą snu i czuwania (Advanced Sleep-Wake Phase Disorder – ASWPD)
- zaburzenie z innym niż 24-godzinny rytmem snu i czuwania (Non-24-Hour Sleep-Wake Rhythm Disorder – N24SWD)
- zaburzenie z nieregularnym rytmem snu i czuwania (Irregular Sleep-Wake Rhythm Disorder – ISWRD)
Zaburzenie z opóźnioną fazą snu i czuwania jest najczęstszym zaburzeniem rytmu okołodobowego. Szacuje się, że występuje u 7-16% osób dorosłych, a objawy ujawniają się najczęściej ok. 18-20 roku życia. DSWPD charakteryzuje się wyraźnie opóźnionym zasypianiem i w konsekwencji także budzeniem. Pacjenci zwykle zgłaszają brak poczucia senności wieczorem, późne zasypianie w nocy, kłopoty z porannym budzeniem się i zmęczenie w ciągu dnia. Nieleczone zaburzenie może utrzymywać się do końca życia, choć zazwyczaj nasilenie objawów maleje wraz z wiekiem. Leczenie opiera się na stopniowym przyspieszaniu pory budzenia się, na przykład o pół godziny na tydzień. Można też przesuwać rytm snu i czuwania na późniejsze godziny, aż do uzyskania pożądanych pór snu i czuwania. Dodatkowo stosuje się metody regulujące rytm okołodobowy – fototerapię (która polegaja na ekspozycji na światło rano po wybudzeniu) oraz przyjmowanie melatoniny przed snem.
Zaburzenie z przyśpieszoną fazą snu i czuwania polega na zasypianiu i budzeniu się kilka godzin wcześniej, niż wynika to z powszechnie akceptowanych norm. Szacuje się, że ASWPD występuje u ok. 1% osób w średnim i starszym wieku. Zaburzenie to objawia się tendencją do zasypiania wczesnym wieczorem, zmęczeniem w ciągu dnia (nasilającym się późnym popołudniem i wieczorem) oraz wczesnym budzeniem się rano. Leczenie polega głównie na psychoterapii, zwłaszcza w nurcie poznawczo-behawioralnym.
Zaburzenia z nieregularnym rytmem snu i czuwania (ISWRD) charakteryzują się brakiem wyraźnego dobowego rytmu snu. U pacjentów często występuje kilka (co najmniej trzy) epizodów snu podczas doby. Okresy snu i czuwania mogą występować w sposób zupełnie przypadkowy o różnych porach doby. Pacjenci zwykle zgłaszają bezsenność lub nadmierną senność w ciągu dnia. Nieregularny rytm snu i czuwania przeważnie występuje u osób z organicznym uszkodzeniem OUN (typowo w chorobie Alzheimera) oraz u dzieci z zaburzeniami neurorozwojowymi.
Zaburzenia z innym niż 24-godzinny rytmem snu i czuwania (N24SWD) polegają na tym, że biologiczna doba pacjenta trwa zazwyczaj nieco dłużej niż 24 godziny. Pacjent zasypia i budzi się coraz później, co przejawia się nawracającymi epizodami bezsenności w nocy i nadmiernej senności w ciągu dnia. Schorzenie to zaobserwowano u osób niewidomych lub znajdujących się w izolacji od czynników środowiskowych. [6,7]
7.2. Zaburzenia egzogenne
Zaburzenia egzogenne wywołane są czynnikami zewnętrznymi, takimi jak praca zmianowa czy zmiana strefy czasowej. Są obecne u 2-5% populacji. Częstość ich występowania ciągle wzrasta, co jest związane z coraz większą liczbą osób pracujących zmianowo lub o nieregularnych godzinach.
Zaburzenia snu i czuwania związane z pracą zmianową można rozpoznać na podstawie obrazu klinicznego. Pacjent skarży się na bezsenność i/lub nadmierną senność z towarzyszącym skróceniem całkowitego czasu snu. Objawy występują na skutek nieregularnego trybu życia i utrzymują się co najmniej 3 miesiące. U pacjenta mogą pojawić się dolegliwości z innych narządów. Praca zmianowa zwiększa bowiem ryzyko wystąpienia chorób somatycznych, szczególnie układu pokarmowego (choroby wrzodowej żołądka i dwunastnicy), krążenia (nadciśnienia tętniczego, zaburzeń pracy serca) czy zaburzeń endokrynologicznych. Leczenie tego zaburzenia polega na odpowiednim zaplanowaniu czasu przeznaczonego na sen i drzemki, fototerapii oraz suplementacji melatoniną. Dodatkowo doraźnie można zastosować leki nasenne i psychostymulujące.
Zespół zmiany strefy czasu (jet lag syndrome) jest zaburzeniem snu, które wynika z podróży ze zmianą stref czasowych. Nasilenie objawów zależy od ilości przekroczonych stref czasowych oraz od kierunku podróży. Loty w kierunku wschodnim wymagają przyspieszenia fazy rytmu okołodobowego, przez co są gorzej tolerowane niż te w kierunku zachodnim. Kiedy objawy zespołu niedoboru snu utrzymują się przez kilka dni po podróży oraz zaburzają funkcjonowanie w ciągu dnia, można rozpoznać zaburzenie wywołane zmianą strefy czasu (jet lag disorder). Towarzyszy mu ogólne pogorszenie samopoczucia lub inne objawy somatyczne, na przykład dolegliwości żołądkowo-jelitowe. Rozpoznanie zaburzenia stawia się w oparciu o wywiad z pacjentem. W zapobieganiu i leczeniu jet lagu rekomenduje się stopniową adaptację pory snu do lokalnego czasu odwiedzanego miejsca oraz planowanie czasu posiłków i aktywności. Oprócz tego stosuje się suplementację melatoniną oraz fototerapię. [6,7]