La función neurobiológica del sueño

El sueño juega un papel vital en la buena salud y bienestar a lo largo de la vida. Obtener suficiente sueño de calidad en los momentos adecuados puede ayudar a proteger la salud mental, la salud física, la calidad de vida y la seguridad.

La forma en que uno se siente mientras está despierto depende en parte de lo que sucede mientras duerme. Durante el sueño, el cuerpo está trabajando para apoyar la función saludable del cerebro y mantener la salud física. En niños y adolescentes, el sueño también ayuda a apoyar el crecimiento y el desarrollo.

El sueño juega un papel importante en la salud física. Por ejemplo, el sueño está implicado en la curación y la reparación del corazón y de los vasos sanguíneos. La deficiencia de sueño contínua está relacionada con un mayor riesgo de enfermedad cardiaca, enfermedad renal, presión arterial alta, diabetes y accidente cerebrovascular.

La deficiencia de sueño también aumenta el riesgo de obesidad. Por ejemplo, un estudio en adolescentes mostró que con cada hora de sueño perdida, las probabilidades de convertirse en obesos aumentaban. La deficiencia de sueño también aumenta el riesgo de obesidad en otros grupos de edad. El sueño ayuda a mantener un equilibrio saludable de las hormonas que hacen sentirse hambriento (grelina) o saciado (leptina). Cuando no se duerme lo suficiente, el nivel de grelina aumenta y el nivel de leptina disminuye. Esto hace sentirse más hambriento que cuando se está bien descansado.

El sueño también afecta la forma en que el cuerpo reacciona a la insulina, la hormona que controla el nivel de glucosa en la sangre. La deficiencia de sueño da como resultado un nivel de glucosa en la sangre superior al normal, lo que puede aumentar el riesgo de diabetes.

El sistema inmunológico se basa en el sueño para mantenerse saludable. Este sistema defiende al cuerpo contra sustancias extrañas o nocivas. La deficiencia habitual de sueño puede cambiar la manera en que el sistema inmune responde. Si se tiene deficiencia de sueño, se pueden tener problemas para combatir infecciones comunes.

¿Cómo se restablece el cerebro mediante el sueño?

Prácticamente todos los animales con cerebro complejo parecen tener esta misma necesidad de dormir. Pero, ¿qué es lo esencial del sueño?

Dos estudios con ratones, financiados por los Institutos de la Salud de EEUU, ahora ofrecen una posible respuesta. Los dos equipos de investigación utilizaron enfoques completamente diferentes para llegar a la misma conclusión: las conexiones neuronales del cerebro se hacen más fuertes durante las horas de vigilia, pero se reducen durante el tiempo de sueño. Este fenómeno relacionado con el sueño, aparentemente evita que los circuitos neuronales se sobrecarguen, asegurando que los ratones (y, lo más probable, los humanos) se despierten con el cerebro renovado y listo para afrontar nuevos desafíos.

Reconstrucción en color y en 3D de las dendritas.
Las neuronas reciben información de otras neuronas a través de las sinapsis,
 la mayoría de las cuales están ubicadas a lo largo de las dendritas,
 en pequeñas proyecciones llamadas espinas.
Imagen propiedad de  El Centro para el Sueño y la Consciencia,
 Facultad de Medicina de la Universidad de Wisconsin

La idea de que el sueño es necesario para mantener la fortaleza del cableado del cerebro se remonta a más de una década. Esta propuesta se ha ido sosteniendo tras diversos trabajos publicados desde entonces. Los investigadores que originalmente propusieron esta idea, Chiara Cirelli y Giulio Tononi, de la Universidad de Wisconsin, han conseguido, en un nuevo proyecto de investigación, proporcionar la primera prueba visual directa que corrobora su hipótesis inicial.

Como se publicó en la revista Science, los investigadores utilizaron una técnica de imagen innovadora para capturar imágenes de alta resolución de dos áreas de la corteza cerebral del ratón, una parte del cerebro que coordina la recepción de información sensorial y de información motriz. La técnica, llamada microscopía electrónica 3D de exploración en serie, implica el escaneo repetido de pequeños cortes del cerebro para producir miles de imágenes, lo que permite a los investigadores producir reconstrucciones 3D detalladas de neuronas individuales.

Su objetivo era medir el tamaño de las sinapsis, donde se conectan los extremos de dos neuronas. Las sinapsis son fundamentales para que una neurona pase señales a la siguiente, y la fuerza de esas conexiones neurales corresponde a su tamaño.

Los investigadores midieron cerca de 7.000 sinapsis en total. Sus imágenes muestran que las sinapsis de los ratones investigados se hicieron más fuertes y más grandes a medida que  trascurría la noche, y los ratones estaban en plena actividad. Luego, después de 6 a 8 horas de sueño a lo largo del  día, esas sinapsis se contrajeron alrededor del 18 por ciento reiniciando el cerebro para otra noche de actividad. Es importante destacar que los efectos del sueño se mantuvieron cuando los investigadores cambiaron el horario de los ratones, manteniéndolos despiertos  y activos con juguetes y otros objetos durante el día.

En rojo, dendrita de ratón despierto con espinas dendríticas grandes.
En azul, dendrita de ratón dormido, con espinas dendríticas pequeñas.

Por otra parte, Richard Huganir y otros investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, Baltimore, publicaron en la revista Science un trabajo, según el cual midieron los cambios en los niveles de ciertas proteínas cerebrales durante el sueño, para ofrecer evidencia bioquímica de este debilitamiento de las sinapsis. Sus hallazgos muestran que los niveles de receptores de proteínas que se encuentran en los extremos receptores de las sinapsis se redujeron en un 20 por ciento mientras que sus ratones dormían.

La proteina Homer1a

Los investigadores también midieron que la proteína Homer1a - una proteína importante en la regulación del sueño y la vigilia - se eleva en las sinapsis durante un sueño largo, desempeñando un papel crítico en el proceso de restablecimiento. Cuando faltaba esta proteína, los cerebros no se restablecían adecuadamente durante el sueño. Esto sugiere que la proteína Homer1a responde a señales químicas en el cerebro que marcan la necesidad de dormir.

Estos estudios se añaden a otros  trabajos previos que sugieren que otra función del sueño es permitir que los ganglios linfáticos del cerebro eliminen las proteínas desechadas y otras toxinas que se han depositado durante el día. Todo esto viene a demostrar que una buena noche de sueño realmente mejora nuestra función cognitiva. 

Por lo tanto, la próxima vez que necesite tomar una decisión y alguien le diga que "duerma con  ella", acéptelo como un buen consejo.

Basado en :

Sleep and synaptic homeostasis: a hypothesis. Tononi G, Cirelli C. Brain Res Bull. 2003 Dec 15;62(2):143-150.

Ultrastructural evidence for synaptic scaling across the wake/sleep cycle. de Vivo L, Bellesi M, Marshall W, Bushong EA, Ellisman MH, Tononi G, Cirelli C. Science. 2017 Feb 3;355(6324):507-510.

Homer1a drives homeostatic scaling-down of excitatory synapses during sleep. Diering GH, Nirujogi RS, Roth RH, Worley PF, Pandey A, Huganir RL. Science. 2017 Feb 3;355(6324):511-515.