Module 8.1 – Ritmes in wakker zijn en slapen
Endogene ritmes
Slaap: periodieke (reversibele) toestand van verminderde reactiviteit t.o.v. externe prikkels
Biologische klok: reguleert verschillende lichaamsfuncties en is endogeen (gestuurd van binnenuit)
Endogeen circadiaan ritme (van binnenuit gegeneerde) regeling van het dagelijkse ritme, 24u.
Endogeen circannual ritme (van binnenuit gegeneerde) regeling van het jaarlijkse ritme
Mensen hebben circadiane ritmes wat betreft slapen, eten en drinken, urineren, hormoonafgifte,
stofwisseling en stemming.
Zeitgeber factoren die ervoor zorgen dat een afwijkend biologisch ritme aangepast wordt aan de
24-uurse – ofwel, reset van circadiaan ritme (licht is de belangrijkste, maar bv. ook opwinding van
alle soorten, temperatuur, eten, sporten)
Jetlag een verstoring van circadiane ritmes als gevolg van het veranderen van tijdzones (mismatch
van werkelijke tijd en je interne circadiane klok)
Mensen passen zich makkelijker aan reizend naar het westen (langer ritme; phase delay) dan oosten
(korter ritme; phase advance)
Aanpassen aan jetlag is stressvol, zo stijgt je cortisolgehalte en lange verhoging hiervan kan
neuronen in de hippocampus beschadigen/verkleinen (hippocampus is belangrijk voor
herinneringen, dus schade kan leiden tot geheugenverlies)
Mensen met afwisselend werk of bijvoorbeeld nachtdienst, wennen nooit echt aan het ritme. Hun
cognitieve functies gaan er dan ook op achteruit als ze langdurig zo slecht slapen. Dat ze zich niet
kunnen aanpassen komt mede doordat in gebouwen vaak artificieel licht gebruikt wordt, en deze is
maar matig effectief in het resetten van het ritme. Mensen passen zich het best aan nachtdienst door
overdag te slapen in een pikkedonkere kamer en ’s nachts te werken in fel licht, vergelijkbaar met
middaglicht.
|
Short-wavelength licht (blauwlicht) helpt beter om het circadiaan ritme te verbeteren dan long-
wavelength licht.
Mechanismen van de biologische klok
De biologische klok wordt door de hersenen gegenereerd. Invloeden van buitenaf kunnen bijna geen
invloed hebben op de werking van deze biologische klok. De biologische klok is afhankelijk van de
suprachiasmaticus nucleus (SCN). Dit is het deel van de hypothalamus dat boven het optische
chiasme ligt.
,Suprachiasmaticus nucleus (SCN) zorgt voor de belangrijkste controle over de circadiane ritmes
van slaap en temperatuur (niet aangeleerd, maar gecontroleerd door genen)
|
Neuronen van SCN produceren impulsen met een circadiaan ritme (zelfs na verwijdering uit brein),
en één enkele, geïsoleerde SCN-cel kan het circadiane ritme in stand houden, maar interactie tussen
cellen zorgt voor een preciezer ritme.
Schade SCN -> ritmes worden minder constant
* Ritmes komen van SCN zelf, los van invloeden buitenaf (denk aan hamster SCN tissue
transplantatie, de SCN van de donor wordt gevolgd, niet van de ontvanger)
Tractus retinohypothalamicus een zenuwbaan die vanaf de retinale ganglioncellen in de retina
(netvlies) door de oogzenuw en het optische chiasme naar de SCN loopt
↓↓↓
Axonen van die baan veranderen de ‘instellingen’ van het SCN d.m.v. input van speciale retinale
ganglioncellen met hun eigen soort fotopigment: menalopsine. Deze zijn vooral gevoelig voor blauw
licht. Ze reageren direct op de gemiddelde hoeveelheid licht (niet op plotselinge veranderingen) en
dragen niet bij aan visie.
Werkt dus ook bij blinden.
Biochemie van het circadiane ritme
Welke genen spelen rol circadiaan ritme:
1. Period (PER) Deze proteïnen stimuleren slaap en inactiviteit
2. Timeless (TIM)
Werking PER en TIM:
De RNA messengers die deze proteïnen produceren hebben een kleine hoeveelheid in het begin van
de dag.
↓
De concentratie neemt toe naar mate de dag vordert (want het omzetten naar eiwitten duurt even).
↓
’s Avonds bereikt concentratie van PER en TIM een hoog niveau, dan geeft het negatieve feedback
waardoor je gaat slapen (minder aanmaak PER en TIM mrna).
↓
De concentratie daalt dan dus en ’s ochtends is de concentratie van deze eiwitten weer laag en
begint de cyclus opnieuw.
,Hiernaast heeft licht ook invloed, deze stimuleert namelijk afbraak van TIM proteïne.
Melatonine
Pijnappelklier wordt gecontroleerd door SCN en geeft melatonine af; een hormoon dat
slaperigheid veroorzaakt in dagdieren en wakkerheid in nachtdieren
Melatonine:
- Afscheiding begint 2-3 uur voor bedtijd
- Beïnvloedt zowel circadiane ritmes als de circannuale ritmes want melatonine helpt ook
bij beheersen van begin puberteit en bij lichamelijke aanpassingen aan seizoenswisselingen
Module 8.2 – Fases van slaap en betrokken hersenmechanismen
Slaap = staat die het brein actief produceert, gekarakteriseerd door een afname van hersenactiviteit
en reacties op stimuli
Onderbrekingen van bewustzijn:
1. Coma lange periode van bewusteloosheid met weinig hersenactiviteit
2. Vegetatieve staat verminderde hersenactiviteit en wisselt tussen periodes van slaap en
gematigde opwinding, maar in beide staten heeft de persoon geen bewustzijn van de
omgeving en reageert die slechts beperkt op pijnlijke prikkel
3. Minimale staat van bewustzijn verminderde hersenactiviteit met zo nu en dan korte
periodes van zinvolle acties en beperkte spraak en begrip
4. Hersendood conditie zonder tekenen van hersenactiviteit of reacties op stimuli
De fases van slaap
Met behulp van EEG konden onderzoekers hersenactiviteit gedurende de verschillende fases
onderzoeken.
Polisomnografie hiermee meten we slaap: combinatie van EEG en oogbewegingsmetingen (EOG)
en spierbeweging (EMG)
Alfagolven kenmerkend voor ontspannen waakzaamheid
, Fase 1 (N1):
Slaap is net begonnen en EEG laat onregelmatige, scherpe, lage spanningsgolven zien
De hersenactiviteit is minder dan bij ontspannen waakzaamheid, maar meer dan bij andere fases.
Fase 2 (N2):
Wordt gekenmerkt door K-complexen en sleep spindles op de EEG.
Sleep spindles hoge frequentie hersengolven (12 tot 14 Hz) tijdens een uitbarsting die tenminste
halve seconde duurt (resultaat van trillende interacties tussen cellen in thalamus en cortex)
* Meer spindles wordt geassocieerd met beter geheugen
K-complex scherpe golf met een hoge amplitude, geassocieerd met tijdelijke remming van
neuronaal vuren
** K-complex en spindle tegelijkertijd is een teken dat de thalamus een signaal tegenhoudt
(weerhoudt naar de cortex te gaan)
|
In de latere fases van slaap dalen de hartslag, ademhalingssnelheid en hersenactiviteit terwijl
langzame golven met een hoge amplitude steeds meer voorkomen
Fase 3 en 4 (N3 & N4)
Worden samen de trage golfslaap genoemd. Langzame golven geven weinig hersenactiviteit aan en
wijzen erop dat neurale activiteit goed afgestemd is.
Slaap fases in detail
Stage 1:
Onregelmatige, gekartelde golven van lage spanning (niet veel uitschieters)
Hersenactiviteit is minder dan in ontspannen waakzaamheid, maar meer dan in de andere
slaapfases.
Stage 2:
Gekenmerkt door K-complexen en sleep spindles.
K-complex een scherpe golf (uitschieter), geassocieerd met tijdelijke inhibitie van
neuronvuren
Sleep spindle uitbarsting van 12-14Hz golven voor tenminste een halve seconde (resultaat
van schommelende interacties tussen cellen in de thalamus en cortex)
|
Meer sleep spindles na iets nieuws geleerd te hebben -> verbeteringen in bepaalde aspecten
van geheugen.
De sleep spindles representeren activiteit dat gerelateerd is aan de consolidatie van het
geheugen
Stage 3 en 4:
Slow-wave sleep -> diepe slaap
Endogene ritmes
Slaap: periodieke (reversibele) toestand van verminderde reactiviteit t.o.v. externe prikkels
Biologische klok: reguleert verschillende lichaamsfuncties en is endogeen (gestuurd van binnenuit)
Endogeen circadiaan ritme (van binnenuit gegeneerde) regeling van het dagelijkse ritme, 24u.
Endogeen circannual ritme (van binnenuit gegeneerde) regeling van het jaarlijkse ritme
Mensen hebben circadiane ritmes wat betreft slapen, eten en drinken, urineren, hormoonafgifte,
stofwisseling en stemming.
Zeitgeber factoren die ervoor zorgen dat een afwijkend biologisch ritme aangepast wordt aan de
24-uurse – ofwel, reset van circadiaan ritme (licht is de belangrijkste, maar bv. ook opwinding van
alle soorten, temperatuur, eten, sporten)
Jetlag een verstoring van circadiane ritmes als gevolg van het veranderen van tijdzones (mismatch
van werkelijke tijd en je interne circadiane klok)
Mensen passen zich makkelijker aan reizend naar het westen (langer ritme; phase delay) dan oosten
(korter ritme; phase advance)
Aanpassen aan jetlag is stressvol, zo stijgt je cortisolgehalte en lange verhoging hiervan kan
neuronen in de hippocampus beschadigen/verkleinen (hippocampus is belangrijk voor
herinneringen, dus schade kan leiden tot geheugenverlies)
Mensen met afwisselend werk of bijvoorbeeld nachtdienst, wennen nooit echt aan het ritme. Hun
cognitieve functies gaan er dan ook op achteruit als ze langdurig zo slecht slapen. Dat ze zich niet
kunnen aanpassen komt mede doordat in gebouwen vaak artificieel licht gebruikt wordt, en deze is
maar matig effectief in het resetten van het ritme. Mensen passen zich het best aan nachtdienst door
overdag te slapen in een pikkedonkere kamer en ’s nachts te werken in fel licht, vergelijkbaar met
middaglicht.
|
Short-wavelength licht (blauwlicht) helpt beter om het circadiaan ritme te verbeteren dan long-
wavelength licht.
Mechanismen van de biologische klok
De biologische klok wordt door de hersenen gegenereerd. Invloeden van buitenaf kunnen bijna geen
invloed hebben op de werking van deze biologische klok. De biologische klok is afhankelijk van de
suprachiasmaticus nucleus (SCN). Dit is het deel van de hypothalamus dat boven het optische
chiasme ligt.
,Suprachiasmaticus nucleus (SCN) zorgt voor de belangrijkste controle over de circadiane ritmes
van slaap en temperatuur (niet aangeleerd, maar gecontroleerd door genen)
|
Neuronen van SCN produceren impulsen met een circadiaan ritme (zelfs na verwijdering uit brein),
en één enkele, geïsoleerde SCN-cel kan het circadiane ritme in stand houden, maar interactie tussen
cellen zorgt voor een preciezer ritme.
Schade SCN -> ritmes worden minder constant
* Ritmes komen van SCN zelf, los van invloeden buitenaf (denk aan hamster SCN tissue
transplantatie, de SCN van de donor wordt gevolgd, niet van de ontvanger)
Tractus retinohypothalamicus een zenuwbaan die vanaf de retinale ganglioncellen in de retina
(netvlies) door de oogzenuw en het optische chiasme naar de SCN loopt
↓↓↓
Axonen van die baan veranderen de ‘instellingen’ van het SCN d.m.v. input van speciale retinale
ganglioncellen met hun eigen soort fotopigment: menalopsine. Deze zijn vooral gevoelig voor blauw
licht. Ze reageren direct op de gemiddelde hoeveelheid licht (niet op plotselinge veranderingen) en
dragen niet bij aan visie.
Werkt dus ook bij blinden.
Biochemie van het circadiane ritme
Welke genen spelen rol circadiaan ritme:
1. Period (PER) Deze proteïnen stimuleren slaap en inactiviteit
2. Timeless (TIM)
Werking PER en TIM:
De RNA messengers die deze proteïnen produceren hebben een kleine hoeveelheid in het begin van
de dag.
↓
De concentratie neemt toe naar mate de dag vordert (want het omzetten naar eiwitten duurt even).
↓
’s Avonds bereikt concentratie van PER en TIM een hoog niveau, dan geeft het negatieve feedback
waardoor je gaat slapen (minder aanmaak PER en TIM mrna).
↓
De concentratie daalt dan dus en ’s ochtends is de concentratie van deze eiwitten weer laag en
begint de cyclus opnieuw.
,Hiernaast heeft licht ook invloed, deze stimuleert namelijk afbraak van TIM proteïne.
Melatonine
Pijnappelklier wordt gecontroleerd door SCN en geeft melatonine af; een hormoon dat
slaperigheid veroorzaakt in dagdieren en wakkerheid in nachtdieren
Melatonine:
- Afscheiding begint 2-3 uur voor bedtijd
- Beïnvloedt zowel circadiane ritmes als de circannuale ritmes want melatonine helpt ook
bij beheersen van begin puberteit en bij lichamelijke aanpassingen aan seizoenswisselingen
Module 8.2 – Fases van slaap en betrokken hersenmechanismen
Slaap = staat die het brein actief produceert, gekarakteriseerd door een afname van hersenactiviteit
en reacties op stimuli
Onderbrekingen van bewustzijn:
1. Coma lange periode van bewusteloosheid met weinig hersenactiviteit
2. Vegetatieve staat verminderde hersenactiviteit en wisselt tussen periodes van slaap en
gematigde opwinding, maar in beide staten heeft de persoon geen bewustzijn van de
omgeving en reageert die slechts beperkt op pijnlijke prikkel
3. Minimale staat van bewustzijn verminderde hersenactiviteit met zo nu en dan korte
periodes van zinvolle acties en beperkte spraak en begrip
4. Hersendood conditie zonder tekenen van hersenactiviteit of reacties op stimuli
De fases van slaap
Met behulp van EEG konden onderzoekers hersenactiviteit gedurende de verschillende fases
onderzoeken.
Polisomnografie hiermee meten we slaap: combinatie van EEG en oogbewegingsmetingen (EOG)
en spierbeweging (EMG)
Alfagolven kenmerkend voor ontspannen waakzaamheid
, Fase 1 (N1):
Slaap is net begonnen en EEG laat onregelmatige, scherpe, lage spanningsgolven zien
De hersenactiviteit is minder dan bij ontspannen waakzaamheid, maar meer dan bij andere fases.
Fase 2 (N2):
Wordt gekenmerkt door K-complexen en sleep spindles op de EEG.
Sleep spindles hoge frequentie hersengolven (12 tot 14 Hz) tijdens een uitbarsting die tenminste
halve seconde duurt (resultaat van trillende interacties tussen cellen in thalamus en cortex)
* Meer spindles wordt geassocieerd met beter geheugen
K-complex scherpe golf met een hoge amplitude, geassocieerd met tijdelijke remming van
neuronaal vuren
** K-complex en spindle tegelijkertijd is een teken dat de thalamus een signaal tegenhoudt
(weerhoudt naar de cortex te gaan)
|
In de latere fases van slaap dalen de hartslag, ademhalingssnelheid en hersenactiviteit terwijl
langzame golven met een hoge amplitude steeds meer voorkomen
Fase 3 en 4 (N3 & N4)
Worden samen de trage golfslaap genoemd. Langzame golven geven weinig hersenactiviteit aan en
wijzen erop dat neurale activiteit goed afgestemd is.
Slaap fases in detail
Stage 1:
Onregelmatige, gekartelde golven van lage spanning (niet veel uitschieters)
Hersenactiviteit is minder dan in ontspannen waakzaamheid, maar meer dan in de andere
slaapfases.
Stage 2:
Gekenmerkt door K-complexen en sleep spindles.
K-complex een scherpe golf (uitschieter), geassocieerd met tijdelijke inhibitie van
neuronvuren
Sleep spindle uitbarsting van 12-14Hz golven voor tenminste een halve seconde (resultaat
van schommelende interacties tussen cellen in de thalamus en cortex)
|
Meer sleep spindles na iets nieuws geleerd te hebben -> verbeteringen in bepaalde aspecten
van geheugen.
De sleep spindles representeren activiteit dat gerelateerd is aan de consolidatie van het
geheugen
Stage 3 en 4:
Slow-wave sleep -> diepe slaap
