Organizzazione dei ritmi veglia-sonno e principali

modificazioni del sonno nel corso del ciclo di vita

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Il sonno nel corso del primo sviluppo

Criteri per la definizione degli stati di sonno e di veglia

Elettrofisiologici• Sviluppo EEG

Maturazione SN

Fisiologici•Ritmo cardiaco•Ritmo respiratorio

Comportamentali•Apertura degli occhi•Motilità corporea•Pianto

cries

EEG

Movements

Jerk

Respiration

EKG

15 30 45 60 75 90 100

Le prime fasi dello sviluppo sono caratterizzate da una continua e frenetica attività motoria definita “sonno indefinito” (Dreyfus-Brisac,1968), che diventa poi gradualmente discontinua, alternandosi ad epoche di quiescenza.

Motilità indifferenziata

Movimenti generalizzati lenti e fluidi, talora interrotti. Piccoli movimenti corporei con lievi

rotazioni, improvvisi sussulti e leggeri movimenti delle

estremità, sorrisi, smorfie e ulteriore attività faciale.

Movimenti ampi e generalizzati, di varia velocità e ampiezza, vigorosi, con scosse

prolungate e pronunciati stiramenti e rotazioni

30 settimane età post-concezionale in avanti

• L’importanza dell’acquisizione della capacità di organizzare stati comportamentali qualitativamente diversi è notevole.

• Essa testimonia prima di tutto di una tappa ontogenetica della maturazione del SNC. In secondo luogo assume un’importanza fondamentale negli scambi tra il bambino ed il mondo esterno.

Nelle settimane che si avvicinano al termine numerose attività fisiologiche si sincronizzano a convergere in veri e propri stati comportamentali, come mostrato da Parmelee e Stern (1972).

VEGLIA: occhi aperti, movimenti oculari, movimenti corporei e respiro irregolare

SONNO CALMO (=Quiet Sleep=QS): occhi chiusi, assenza di movimenti oculari, motilità corprea ridotta, EEG confusi e/o onde lente (oppure “tracé alternant”)

SONNO ATTIVO (=Active Sleep =AS): occhi chiusi o “socchiusi”, REMs, movimenti del corpo e degli arti, EEG di basso voltaggio, atonia muscolare del mento, respiro irregolare

SONNO AMBIGUO (=Transitional Sleep =TS): caratteristiche non ben definibili, a metà tra AS e QS

Caratteristiche degli stati comportamentali nel primo sviluppo

• 24-28 settimane PCA: “sonno indefinito”; 28-30 settimane PCA : “sonno attivo”

(Dreyfus-Brisac, 1974)

• 27-30 settimane PGA: “sonno attivo, sonno calmo; sonno indeterminato” (Curzi-Dascalova et al., 1993)

• 30 settimane PCA:“sonno attivo, sonno calmo, sonno indeterminato” (Parmelee and Stern, 1972)

• 36-38 settimane PGA: Stato1F; Stato 2F; Stato 3F; Stato 4F (Nijhuis et al., 1982)

• 36-38 settimane PCA: Stato 1; Stato 2; Stato 3; Stato 4; Stato 5 (Prechtl et al., 1979)

Presenza di stati comportamentali a varie età secondo differenti autori

0.00 1.00 2.00 3.00

tempo

SC

Amb

SA

V

Esempio di un ipnogramma di un bambino di 2 settimane. SC= sonno

calmo; Amb= sonno ambiguo; SA= sonno attivo; V= veglia

Il sonno nel nato a termine

Differenze con il sonno dell’adulto:

Sonno attivo vs sonno REM: motilità, REMs

Sonno calmo vs sonno NREM: EEG

Presenza di sonno indeterminato

Addormentamento

Esempio di sonno attivo in un neonato a termine(da Monod & Tharp, 1977)

Esempio di sonno calmo in un neonato a termine. (da Monod & Tharp, 1977)

Addormentamento e risveglio a varie età

Neonato

Adulto

Principali modifiche del sonno nel corso del primo sviluppo

Diminuzione del numero complessivo di episodi di sonno (sonno polifasico vs. sonno monofasico)

Rappresentazione schematica del passaggio ontogenetico dall’originale alternanza polifasica di sonno e veglia nel neonato al ritmo sonno-veglia monofasico dell’adulto. Le oscillazioni secondarie mostrano il BRAC (Basic-Rest Activity Cycle). La periodicità di 50-60 minuti nel neonato si allunga a 80-90 minuti nell’adulto. Le aree nere rappresentano il sonno (da Kleitman, 1963).

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Minuti

6 mesi

3 mesiSonno

Veglia

Episodio più lungo

Principali modifiche del sonno nel corso del primo sviluppo

Diminuzione del numero complessivo di episodi di sonno (sonno polifasico vs. sonno monofasico)

Lieve diminuzione della durata di sonno nelle 24 ore

Quantità di sonno

• un neonato dorme circa 22 ore su 24 (Marcus, 1923; McCray, 1940; Suomalainen, 1937)

• 20 e 22 ore (Dukes, 1905; Ukolova, 1955) • 19 e le 20 ore (Buehler, 1930; Crosby, 1935) • quantità globale di sonno di 14.8 ore a 3 settimane diminuisce

a 13.6 ore a 26 settimane (Kleitman and Engelmann 1953)

• 16,6 ore (10,5-23 ore) (Parmelee e coll., 1961)• 15 ore (Coons e Guilleminault,1982) • 13 ore (Fagioli e Salzarulo 1982)• 3 mesi 14.5 ore e 11 ore a 2 anni (Louis et al., 1997)

8

10

12

14

16

18

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Età (mesi)

Ore

Quantità totale di sonno nelle 24 ore

Modificata da Fagioli e Salzarulo 1982

Principali modifiche del sonno nel corso del primo sviluppo

•Diminuzione del numero complessivo di episodi di sonno (sonno polifasico vs. sonno monofasico)

•Diminuzione durata del sonno diurno e aumento durata del sonno notturno

•Lieve diminuzione della durata di sonno nelle 24 ore

Tempo di sonno nella notte e nel giorno

(Fagioli e Salzarulo 1982)

Distribuzione nelle 24 ore

• Numerosi episodi di breve durata (20-40 minuti) alternati ad episodi di veglia di minore durata

• Dopo il quarto mese diminuisce il numero degli episodi ++ nel periodo notturno e diventano più frequenti gli episodi > ad un’ora

• Aumenta la durata dell’episodio di sonno più lungo che si colloca nel periodo notturno

0

10

20

30

40

50

60

70

giorno notte

minuti

Durata degli episodi di sonno nel corso del periodo diurno e notturno in soggetti di età compresa fra 5 e 14 settimane. (Basata sui dati di Salzarulo e Fagioli 1992).

0

1

2

3

4

5

6

5-14 settimane 19-50settimane

giorno

notte

Numero medio di episodi di sonno nel corso del periodo diurno e notturno in due gruppi di soggetti di età compresa rispettivamente fra 5 e 14 settimane e 19 e 50 settimane (Basata sui dati di Salzarulo e Fagioli 1992)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

5-14settimane

19-50settimane

giorno

notte

Numero medio di episodi di sonno di durata superiore ad un’ora in due gruppi di soggetti di età compresa rispettivamente fra 5 e 14 settimane e 19 e 50 settimane (Basata sui dati di Salzarulo e Fagioli 1992).

La capacità di sostenere un episodio di sonno nel corso della notte per

periodi sempre più lunghi è parallela alla diminuzione dei risvegli notturni

Risvegli spontanei dal bambino pre-termine al

neonato

• 30 weeks (PCA): Comportamento di veglia. Apparent nonreflex Movimenti intermittenti degli arti, apparentemente non riflessi, con sussulti prolungati e grossolani stiramenti e rotazioni. A tratti il bambino appare vigile pur essendo immobile. Di solito c’è attività faciale, ad occhi sia aperti che chiusi. (Stefanski et al., 1984)

•35 weeks (PCA): Veglia calma. Occhi spalancati con o senza movimenti oculari di tipo esplorativo. Movimenti corporei asseenti o scarsi, respirazione regolare, onde theta EEG di basso voltaggio. Veglia attiva. Occhi aperti con movimenti oculari, aperture e chiusure degli occhi ripetitive, frequenti grossolani movimenti corporei e respirazione irregolare. (Curzi Dascalova & Mirmiran, 1996)

Veglia nei bimbi pre-termine

Dopo il termine

• “Veglia di necessità” , “Veglia di scelta” (Kleitman, 1963)

• “Waking activity”, “Alert inactivity”; “Alert activity” (Wolff, 1987)

Distribuzione dei tipi di veglia in funzione dell’età (da Wolff, 1987).

Le transizioni sonno-veglia nei bambini pre-termine possono essere individuate osservando la motilità corporea e utilizzando i criteri di Stefanski et al.

RISVEGLI: Movimenti grossolani, ampi e generalizzati, di varia velocità e ampiezza, vigorosi, con scosse prolungate e pronunciati stiramenti e rotazioni, a volte con pianto, che si realizzano dopo epoche di scarsa o nulla motilità, costituita da piccoli movimenti corporei con lievi rotazioni, sussulti, leggeri movimenti delle estremità e attività faciale Movimenti generalizzati lenti e fluidi, talora interrotti.

Epoca di analisi: 1 minuto

0

10

20

30

40

50

60

32 34 36 38 40weeks (PCA)

number

Numero di risvegli nelle 24 ore (r=.-28) (Giganti, Ficca et al., in preparation)

Numero dei risvegli nel bambino pre-termine

ns

Durata media dei risvegli nelle 24 ore (r=.59) (Giganti, Ficca et al., 2006)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

32 34 36 38 40

weeks (PCA)

minutes

Durata dei risvegli nel bambino pre-termine

p < .05

A partire dal termine, fino al termine del primo anno di vita, i risvegli sono di

solito individuati tramite criteri poligrafici e comportamentali

Night awakenings

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

age (months)

n.

Hoppenbrowerset al, 1978(>1min)

Louis et al., 1997(>1min)

Navelet el al.,1982 (>5min)

Ficca et al., 1999(>2min)

Anders, 1978 (>5min.)

Numero di risvegli notturni (asse y) in funzione dell’età (x axis) riportato in cinque studi (da Fagioli et al., 2002).

Riduzione del numero dei risvegli notturni nel primo anno di vita

La diminuzione del numero dei risvegli é dovuta alla riduzione dei risvegli da sonno REM e sonno

ambiguo.

Number of awakening, behavioural states and ages (Ficca et al., 1999)

0

2

4

6

8

10

1-7 weeks 8-15 weeks 16-24 weeks25-54 weeks

All awakenings

Awakening out of QS

Awakening out of REM

Awakening out ofAmb.sleep

Duration of the bouts of wakefulness following awakenings (Ficca et al., 1999).

0

5

10

15

20

25

1-7 weeks 8-15weeks

16-24weeks

25-54weeks

minutes

Nel primo anno di vita, l’età non modifica la durata dei risvegli

Nel primo semestre la veglia dopo risvegli in QS é più lunga della veglia dopo risvegli in REM, a differenza che tra le 25

e 54 settimane (Ficca et al., 1999).

0

5

10

15

20

25

30

1-7 weeks 8-15 weeks 16-24 weeks 25-54 weeks

minutes

Awakening out of QSAwakening out of REM

Modifiche dei risvegli con l’età

Before 40 weeks

• NUMBER

• DURATION

After 40 weeks

• NUMBER

• DURATION

Distribuzione temporale dei risvegli

Numero dei risvegli prima delle 40 settimane (PCA) di giorno e di notte

0

2

4

6

8

10

12

14

number of awakenings

34-40 weeks (PCA)

day night

p <.02

Giganti, Ficca et al., 2001

Numero di risvegli diurni e notturni nel primo anno di vita

0123456789

10

number of awakenings

young (0-3,5) months old (4,5-12 months)

daynight

p < .05

Esistono fattori di regolazione del risveglio

nel primo sviluppo ?

Nell’adulto, il risveglio spontaneo dipende dalla combinazione di un fattore circadiano (maggiore possibilità di svegliarsi sulla parte ascendente della curva della temperatura corporea) e di influenze omeostatiche, come anche dalla fase del ciclo ultradiano (con alta probabilità di risveglio da sonno REM (Akerstedt et al., 2002).

Nei bambini pre-termine (PCA 24-32 settimane) sono state osservate notevoli differenze interindividuali riguardo alla presenza di una ritmicità circadiana della temperatura (Mirmiran e Kok, 1991).

L’assenza di una ritmicità circadiana della temperatura può spiegare la presenza di più frequenti risvegli ad età molto precoci.

10 bimbi pre-termine (PCA 31-40 weeks) registrati per 24 ore

• Fluttuazioni ultradiane della temperatura (60-480 minuti)

• Assenza di ritmicità circadiana della temperatura

Le frequenti transizioni sonno-veglia durante i primi mesi di vita possono essere parzialmente spiegate da fattori

omeostatici (Fagioli et al., 2002)

Principali modifiche del sonno nel corso del primo sviluppo

•Diminuzione del numero complessivo di episodi di sonno (sonno polifasico vs. sonno monofasico)

•Diminuzione durata del sonno diurno e aumento durata del sonno notturno

•Maturazione EEG e progressiva comparsa di pattern caratteristici (fusi, complessi K, onde lente)

•Lieve diminuzione della durata di sonno nelle 24 ore

Elettroencefalogramma degli stati di sonno nel

primo sviluppo

da Louis et al., 1997

Gli stati di sonno subiscono importanti cambiamenti evolutivi, in

particolare nel primo anno di vita.

Principali modifiche degli stati di sonno nel corso del primo sviluppo

3. Rapida diminuzione del sonno ambiguo

4. Riduzione della veglia intra-sonno notturno

5. Distribuzione alternata del QS

6. Addormentamento via via meno frequente in AS

1. Aumento della quantità di AS

2. Diminuzione del la quantità di AS notturno (ma stabilità dell’AS nel corso delle 24 ore)

Riduzione nella proporzione di sonno attivo (o REM o Paradosso) e di sonno ambiguo, parallela all’aumento della proporzione di sonno calmo (QS)

da Fagioli and Salzarulo, 1982

Le variazioni riguardano il numero (PS) e la durata degli episodi (QS) (Fagioli and Salzarulo 1982)

QS

Evoluzione degli stati di sonno in funzione dell’età

Riassunto: il secondo mese (1)

• Percezione di patterns complessi

• Modificazioni del controllo motorio e posturale

• Coordinazione visuomotoria

• Ritmicità circadiane

Riassunto: il secondo mese (2)

• “Alert activity”• Fusi del sonno• Organizzazione dell’attività oculare simile a quella

dell’adulto• Scomparsa del tracciato alternante • maggiore differenziazione della frequenza cardiaca

fra SC e SA• Prevalenza del sonno nel periodo notturno rispetto a

quello diurno• Addormentamenti in sonno calmo

Riassunto: dopo il secondo mese

- modificazioni EEG:5° mese comparsa del SWS ogni 100 minuti

- Allungamento del ciclo

- Aumento della quantità del sonno calmo (notte e TTS)

- Aumento della lunghezza dell’episodio di sonno

- Aumento del TTC su TTS

Riassunto: all’età di un anno

• Il sonno notturno è costituito da 1-2 episodi e caratterizzato da poche e brevi interruzioni.

• Le variabili fisiologiche hanno assunto caratteristiche molto simili a quelle dell’adulto.

• Il sonno ad onde lente è prevalente nella prima parte della notte

• Le attività oculari sono strutturate in salve

Abilità nel primo anno di vita di costruire sequenze regolari di sonno calmo- sonno attivo: cicli.

I cicli di sonno calmo e sonno attivo subiscono molteplici cambiamenti con l’età.

La durata media dei cicli notturni mostra un aumento significativo nel corso del primo anno di vita (Ficca et al., 2000).

Variazioni organizzative del sonno nel corso del primo sviluppo

Mean duration of cycles

0 10 20 30 40 50

25-54 weeks

17-22 weeks

8-15 weeks

1-7 weeks

minutes

Il miglioramento con l’età dell’organizzazione del sonno è mostrato dall’aumento della proporzione del tempo totale trascorso in cicli sul tempo totale di sonno (Salzarulo e Fagioli 1999; Ficca et al., 2000).

Total time spent in cycle / Total sleep time

0 10 20 30 40 50 60 70

25-54 weeks

17-22 weeks

8-15 weeks

1-7 weeks

%

Evoluzione dei cicli NREM/REM nel primo sviluppo

da Ficca et al., 2000

Nel corso del secondo anno

• Diminuzione del sonno REM ++ nel periodo diurno

• La quantità del sonno nelle 24 continua a diminuire

• Progressiva scomparsa dei sonnellini diurni*

• Ritmo circadiano del sonno e della veglia sempre più stabile

Nel corso del secondo anno

• Numero e durata dei risvegli continua a diminuire

• Periodicità del sonno calmo di circa 90 minuti

• Scomparsa del sonno calmo senza SWS

Ipnogramma di un bambino dal primo mese al secondo anno di vita

da Louis et al., 1997

Principali modifiche dei ritmi sonno-veglia dopo il primo anno di vita

Tra i 6 e i 16 anni•Riduzione Stadio 4 e aumento Stadio 2•Lieve riduzione della durata del sonno nelle 24 ore

(Coble, 1987)

Età pre-puberale•Assenza prima fase di sonno REM•Riduzione della sonnolenza diurna

(Palm, 1989)

Il sonno nel corso dell’invecchiamento

VARIAZIONI DEL SONNO CON L’INVECCHIAMENTO

•Quantitative (“sleep pattern”)

•Qualitative (“sleep structure”)

•Organizzative

da Van Cauter et al., 2000

Proporzioni degli stati di sonno in funzione dell’età

Livelli di GH plasmatici nelle 24 ore, durante la

veglia e durante il sonno in funzione

dell’età

da Van Cauter et al., 2000

Livelli di cortisolo plasmatici nelle 24 ore in

funzione dell’età

da Van Cauter et al., 2000

Profilo dello SWS nei primi cicli di sonno in funzione dell’età

da Djik et al., 1999

da Lombardo et al., 1999

Riduzione dell’ampiezza dei ritmi circadiani

da Carrier et al., 1996

PRINCIPALI VARIAZIONI ORGANIZZATIVE DEL SONNO

NEL CORSO DELL’INVECCHIAMENTO

•Riduzione del numero e della durata dei cicli NREM/REM

•Aumento del numero e della durata dei risvegli

•Variazione delle caratteristiche organizzative (di secondo ordine) dei movimenti oculari rapidi (REMs) durante il sonno REM

•Variazione del numero e dell’organizzazione dei movimenti corporei

Numero medio di risvegli notturni

Numero medio di risvegli notturni

Tempo medio di riaddormentamento (=durata del risveglio)

Densità REM a varie età

Risvegli spontanei più frequenti e di maggiore durata

Cicli di sonno abbreviati o incompleti

Modificazioni organizzative degli stati di sonno

Incertezza funzionale = incapacità di

sostenere stabilmente gli stati