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O sistema de ativação reticular (RAS) ou (ARAS para sistema reticular ascendente) é uma área do cérebro (incluindo a formação reticular e suas conexões) responsável por regular a excitação e as transições sono-vigília.

História e etimologia

Moruzzi e Magoun investigaram pela primeira vez os componentes neurais que regulam os mecanismos de sono-vigília do cérebro em 1949. Os fisiologistas propuseram que alguma estrutura nas profundezas do cérebro controlava o estado de alerta mental. Anteriormente, pensava-se que a vigília dependia diretamente da transmissão de estímulos sensoriais aferentes para o córtex cerebral.

Magoun primeiro demonstrou que a estimulação elétrica direta de duas áreas separadas do tronco cerebral de um gato produzia os diferentes eventos eletrocorticais encontrados no cérebro ao acordar do sono: primeiro, os caminhos somáticos ascendentes e auditivos; em segundo lugar, uma série de “relés ascendentes da formação reticular do tronco cerebral inferior através do tegmento mesencefálico, subtálamo e hipotálamo para a cápsula interna”. Este último foi de particular interesse, uma vez que esta série de relés não correspondia a nenhuma via anatômica conhecida para a transdução de sinal e foi cunhada como sistema de ativação reticular ascendente (RAS).

Em seguida, o significado deste recém-identificado O sistema de retransmissão foi avaliado colocando lesões nas porções medial e lateral da parte frontal do mesencéfalo. Gatos com interrupções mesancefálicas para o RAS entraram em um sono profundo e apresentaram ondas cerebrais correspondentes. Alternativamente, gatos com interrupções em posições semelhantes para as alterações auditivas ascendentes e somáticas as vias exibiam sono e vigília normais e podiam ser despertadas com estímulos somáticos. Como esses estímulos externos seriam bloqueados pelas interrupções, isso indicava que a transmissão ascendente deve viajar através do RAS recém-descoberto.

Finalmente, Magoun registrou potenciais dentro da porção medial do tronco cerebral e descobriu que os estímulos auditivos dispararam diretamente porções do reticular sistema de ativação. Além disso, a estimulação do nervo ciático por choque único também ativou a formação reticular medial, o hipotálamo e o tálamo. A excitação do RAS não dependeu da propagação do sinal através dos circuitos cerebelares, pois os mesmos resultados foram obtidos após descerebelação e descorticação. Os pesquisadores propuseram que uma coluna de células ao redor da formação reticular do mesencéfalo recebesse informações de todos os tratos ascendentes do tronco cerebral e retransmitisse essas aferências para o córtex e, portanto, regulasse a vigília.

Localização e estrutura

Componentes anatômicos

O RAS é composto de vários circuitos neuronais que conectam o tronco cerebral ao córtex. Essas vias se originam no núcleo reticular superior do tronco cerebral e se projetam através de relés sinápticos nos núcleos rostral intralaminar e talâmico para o córtex cerebral. Como resultado, os indivíduos com lesões bilaterais dos núcleos intralaminares do tálamo ficam letárgicos ou sonolentos. Várias áreas tradicionalmente incluídas no RAS são:

• Formação reticular do mesencéfalo
• Núcleo mesencefálico (mesencéfalo)
• Núcleo intralaminar talâmico
• Hipotálamo dorsal
• Tegmentum

O RAS consiste em áreas evolutivamente antigas do cérebro, que são cruciais para a sobrevivência e protegidas durante períodos adversos. Como resultado, o RAS ainda funciona durante os períodos inibitórios de hipnose.

Neurotransmissores

Os circuitos neuronais do RAS são modulados por interações complexas entre alguns neurotransmissores principais. O RAS contém componentes colinérgicos e adrenérgicos, que exibem ações sinérgicas e competitivas para regular a atividade talamocortical e o estado comportamental correspondente.

Colinérgico

Shute e Lewis revelaram pela primeira vez a presença de um componente colinérgico do RAS, composto por duas vias tegmentais mesopontinas ascendentes situadas rostralmente entre o mesencéfalo e o centro oval (centro semioval). Essas vias envolvem neurônios colinérgicos do mesencéfalo posterior, do núcleo pedunculopontino (PPN) e do núcleo tegmental laterodorsal (LDT), que são ativos durante a vigília e infiltração REM.As projeções colinérgicas descem ao longo da formação reticular e ascendem à substância negra, prosencéfalo basal, tálamo e cerebelo; a ativação colinérgica no RAS resulta no aumento da liberação de acetilcolina nessas áreas. Também foi sugerido que o glutamato desempenha um papel importante na determinação dos padrões de disparo dos neurônios colinérgicos tegmentais.

Foi relatado recentemente que porções significativas das células PPN posteriores são eletricamente acopladas. Parece que esse processo pode ajudar a coordenar e aumentar o disparo rítmico em grandes populações de células. Essa atividade unificadora pode ajudar a facilitar a propagação do sinal em todo o RAS e promover as transições sono-vigília. Estima-se que 10 a 15% das células RAS podem ser eletricamente acopladas.

Adrenérgico

O componente adrenérgico do sistema de ativação reticular está intimamente associado aos neurônios noradrenérgicos do locus coeruleus . Além das projeções noradrenérgicas paralelas às vias colinérgicas mencionadas, há também projeções ascendentes diretamente para o córtex cerebral e descendentes para a medula espinhal. Ao contrário dos neurônios colinérgicos, os neurônios adrenérgicos estão ativos durante a vigília e o sono de ondas lentas, mas param de disparar durante o sono REM. Além disso, os neurotransmissores adrenérgicos são destruídos muito mais lentamente do que a acetilcolina. Esta atividade sustentada pode ser responsável por parte do tempo de latência durante as mudanças de consciência.

Trabalhos mais recentes indicaram que o óxido nítrico mensageiro neuronal (NO) também pode desempenhar um papel importante na modulação da atividade do corpo noradrenérgico neurônios no RAS. A difusão de NO dos dendritos regula o fluxo sanguíneo regional no tálamo, onde as concentrações de NO são altas durante a vigília e no sono REM e significativamente mais baixas durante o sono de ondas lentas. Além disso, descobriu-se que as injeções de inibidores de NO afetam o ciclo sono-vigília e a excitação.

Além disso, parece que os neurônios de hipocretina / orexina do hipotálamo ativam os componentes adrenérgicos e colinérgicos do RAS e podem coordenar a atividade de todo o sistema.

Função

Regulando as transições sono-vigília

A principal função do RAS é modificar e potencializar a função talâmica e cortical, como que ocorre a dessincronização do eletroencefalograma (EEG). Existem diferenças distintas na atividade elétrica do cérebro durante os períodos de vigília e sono: ondas cerebrais de explosão rápida de baixa voltagem (dessincronização EEG) estão associadas à vigília e ao sono REM (que são eletrofisiologicamente idênticos); ondas lentas de grande voltagem são encontradas durante o sono não REM. De modo geral, quando os neurônios de retransmissão do tálamo estão em modo burst, o EEG é sincronizado e quando estão em modo tônico é dessincronizado. A estimulação do RAS produz dessincronização EEG suprimindo ondas corticais lentas (0,3-1 Hz), ondas delta (1-4 Hz) e oscilações da onda do fuso (11-14 Hz) e promovendo oscilações da banda gama (20-40 Hz) .

A mudança fisiológica de um estado de sono profundo para a vigília é reversível e mediada pelo RAS. A influência inibitória do cérebro é ativa no início do sono, provavelmente vindo da área pré-óptica (POA) do hipotálamo. Durante o sono, os neurônios no RAS terão uma taxa de disparo muito menor; inversamente, eles terão um nível de atividade mais alto durante o estado de vigília. Portanto, entradas de baixa frequência (durante o sono) do RAS para os neurônios POA resultam em uma influência excitatória e níveis mais altos de atividade (acordado) terão influência inibitória. Para que o cérebro possa dormir, deve haver uma redução na atividade aferente ascendente que atinge o córtex pela supressão do RAS.

Atenção

O sistema de ativação reticular também ajuda a mediar as transições de vigília relaxada para períodos de alta atenção. Há aumento do fluxo sanguíneo regional (presumivelmente indicando um aumento na medida da atividade neuronal) na formação reticular do mesencéfalo (MRF) e nos núcleos intralaminares do tálamo durante as tarefas que exigem maior alerta e atenção.

Relevância clínica

Efeitos anestésicos

Uma hipótese intuitiva, proposta inicialmente por Magoun, é que os anestésicos podem atingir seus efeitos potentes bloqueando reversivelmente a condução neural dentro do sistema de ativação reticular, diminuindo assim a excitação geral. No entanto, pesquisas adicionais sugeriram que a depressão seletiva do SRA pode ser uma explicação muito simplista para explicar completamente os efeitos anestésicos. Isso permanece uma grande incógnita e ponto de discórdia entre os especialistas do sistema de ativação reticular e certamente precisa de mais pesquisas.

Dor

A estimulação elétrica direta do sistema de ativação reticular produz respostas de dor em gatos e educa relatos verbais de dor em humanos.Além disso, a ativação reticular ascendente em gatos pode produzir midríase, que pode resultar de dor prolongada. Estes resultados sugerem alguma relação entre os circuitos RAS e as vias fisiológicas da dor.

Influências do desenvolvimento

Existem vários fatores potenciais que podem influenciar adversamente o desenvolvimento do sistema de ativação reticular:

• Nascimento prematuro

Independentemente do peso ao nascer ou semanas de gestação, o nascimento prematuro induz efeitos deletérios persistentes na atenção pré-atencional (excitação e anormalidades sono-vigília), atenção (tempo de reação e sensorial gating), e mecanismos corticais ao longo do desenvolvimento.

• Fumar durante a gravidez

A exposição pré-natal à fumaça do cigarro é conhecida por produzir despertar duradouro, déficits de atenção e cognitivos em humanos. Esta exposição pode induzir a regulação positiva dos receptores nicotínicos na subunidade α4b2 nas células do núcleo pedunculopontino (PPN), resultando em aumento da atividade tônica, potencial de membrana em repouso e corrente catiônica ativada por hiperpolarização. Esses principais distúrbios das propriedades intrínsecas da membrana dos neurônios PPN resultam em níveis aumentados de despertar e déficits sensoriais (demonstrados por uma quantidade diminuída de habituação a estímulos auditivos repetidos). A hipótese é que essas mudanças fisiológicas podem intensificar a desregulação da atenção mais tarde na vida.

Patologias

Dada a importância do SRA para modular as alterações corticais, os distúrbios do SRA devem resultar em alterações dos ciclos de sono-vigília e distúrbios na excitação. Algumas patologias do SRA podem ser atribuídas à idade, pois parece haver um declínio geral na reatividade do SRA com o avançar da idade. As mudanças no acoplamento elétrico foram sugeridas para explicar algumas mudanças na atividade RAS: Se o acoplamento fosse regulado para baixo, haveria uma diminuição correspondente na sincronização de alta frequência (banda gama). Por outro lado, o acoplamento elétrico regulado para cima aumentaria a sincronização de ritmos rápidos que poderiam levar ao aumento da excitação e do impulso do sono REM. Especificamente, a interrupção do RAS foi implicada nos seguintes transtornos:

• Esquizofrenia

Pacientes esquizofrênicos intratáveis têm um aumento significativo (> 60%) no número de neurônios PPN e disfunção da sinalização de NO envolvida na modulação da saída colinérgica do RAS.

• Transtorno de estresse pós-traumático, doença de Parkinson, transtorno de comportamento REM

Os pacientes com essas síndromes apresentam uma redução significativa (> 50%) no número de neurônios locus coeruleus (LC), o que resulta é o aumento da desinibição do PPN.

• Narcolepsia

Há uma diminuição significativa da produção de PPN e uma perda de peptídeos de orexina, promovendo a sonolência diurna excessiva que é característica deste distúrbio.

• Paralisia supranuclear progressiva (PSP)

A disfunção da sinalização de NO foi implicada no desenvolvimento de PSP.

• Depressão, autismo, doença de Alzheimer, transtorno de déficit de atenção

O papel exato do RAS em cada um desses transtornos ainda não foi identificado. No entanto, espera-se que em qualquer doença neurológica ou psiquiátrica que manifeste distúrbios na regulação do despertar e do ciclo vigília-sono, haja uma desregulação correspondente de alguns elementos do SRA.