M9 Arquitetura do sono e ritmos circadianos

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A propensão ao sono resulta da combinação de dois processos distintos, de acordo com o modelo de dois processos de Borbely: uma pressão homeostática que aumenta progressivamente durante a vigília e diminui durante o sono, e um oscilador circadiano central gerado pelo núcleo supraquiasmático, formalizado aqui utilizando o mesmo modelo de oscilador de fase de Kuramoto já descrito em outro modelo deste catálogo, que sincroniza sua fase com o sinal de luz ambiente. Quanto maior a pressão homeostática acumulada e mais favorável a fase do oscilador circadiano central naquele momento, maior a propensão ao sono resultante.

Essa mesma propensão ao sono determina, ao longo da noite, a progressão da pessoa adormecida através dos diferentes estágios do sono — vigília, sono não REM (NREM) e sono REM — em uma sequência de transições que segue o mesmo padrão de uma cadeia de Markov: a probabilidade de passar de um estágio do sono para o próximo depende exclusivamente do estágio em que a pessoa se encontra no momento, e uma maior propensão ao sono torna mais provável a transição para estágios mais profundos do sono.

Durante o sono profundo, dentro dessa mesma progressão de estágios, surge a atividade elétrica de ondas lentas, cuja intensidade reflete diretamente a quantidade de pressão homeostática acumulada durante o período de vigília anterior: quanto maior a pressão homeostática acumulada, maior a atividade de ondas lentas durante o sono profundo. É precisamente essa atividade de ondas lentas que dissipa progressivamente a pressão homeostática acumulada, fechando o ciclo de crescimento e declínio dessa mesma pressão homeostática com o qual esta descrição começou.

O mesmo núcleo supraquiasmático que gera o oscilador circadiano central também modula a secreção de um hormônio, a melatonina, cuja liberação é diretamente suprimida pela exposição à luz: quanto mais luz ambiente uma pessoa recebe, menos melatonina o núcleo supraquiasmático permite que seja liberada.

Quando o oscilador circadiano central gerado pelo núcleo supraquiasmático se desalinha com o horário ambiente ao qual a pessoa deve se adequar — por exemplo, após um voo de longa duração atravessando fusos horários ou após uma mudança abrupta de turno — esse desalinhamento é quantificado como uma diferença de fase entre o oscilador circadiano central e o horário ambiente necessário. Quanto maior essa diferença de fase, mais a propensão da pessoa para dormir se dessincroniza com o horário em que ela realmente precisa dormir ou ficar acordada. É essa mesma propensão ao sono, combinando a pressão homeostática que se acumula e se dissipa através da atividade de ondas lentas com o oscilador circadiano central gerado pelo núcleo supraquiasmático, que se sincroniza com a luz ambiente e se traduz na secreção de melatonina, que determina quando e quanto uma pessoa dorme. Essa propensão se dessincroniza com o tempo necessário quando a diferença de fase entre os dois osciladores se torna muito grande.

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