Yliopiston etusivulle Suomeksi På svenska In English Helsingin yliopisto

The puzzle of decreased homeostatic slow wave sleep in aging

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, biolääketieteen laitos fi
dc.contributor Helsingfors universitet, medicinska fakulteten, biomedicinska institutionen sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Biomedicine, Physiology en
dc.contributor.author Rytkönen, Kirsi-Marja fi
dc.date.accessioned 2012-10-22T07:41:04Z
dc.date.available 2012-10-30 fi
dc.date.available 2012-10-22T07:41:04Z
dc.date.issued 2012-11-09 fi
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-952-10-8398-3 fi
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/37276
dc.description.abstract Slow wave sleep is the most important part of sleep, yet it decreases with aging. Staying awake puts pressure on the neurons of the brain s arousal systems, e.g. on the cortically projecting neurons of the basal forebrain. During wakefulness, these neurons are active and excite the cortex, thereby enhancing behavioral arousal. Sleep quality and duration are compromised with increasing age. Elderly people often experience these symptoms as sleep problems and contact medical professionals. Treatment of the condition is difficult without basic knowledge of the natural course of sleep changes during aging. Sleep is regulated by two main processes: the circadian process, which defines the time when to sleep, and the homeostatic process, which defines how much sleep is needed. Changes in the circadian system with aging have been studied more extensively than changes in sleep homeostasis. Homeostatic processes couple changes in wake duration and quality to changes in slow wave sleep. Sleep pressure accumulates in the course of waking and induces sleep. Increases in basal forebrain neuronal activity during prolonged waking will increase sleep pressure through site-specific accumulation of the sleep-inducing molecules nitric oxide and adenosine. Simultaneously, progressive use-dependent changes in cortical plasticity lead to a net increase in synaptic weight, as reflected in the increased expression of synaptic molecules such as the brain-derived neurotrophic factor. Slow wave sleep serves to downscale the synaptic strength to a sustainable level, this way reducing sleep pressure. The aim of this thesis was to find out whether the homeostatic slow wave sleep response decreases with age and if so, why. We also investigated the molecular mechanisms involved in such a decrease. Specifically, we studied what aging does to the active wake and sleep pressure underlying the slow wave sleep response, and whether this response can be experimentally restored. We found that both the high cortical EEG theta power (7-9 Hz) and the basal forebrain neuronal activity, as assessed by lactate release, decrease with age, suggesting that the decrease in slow wave sleep is partly due to age-related changes in wake quality and cortical arousal. Aging also decreased the build-up of sleep pressure, as indicated by the less pronounced increase in the basal forebrain nitric oxide and adenosine concentrations and in also the cortical brain-derived neurotrophic factor expression, which all correlate with the intensity of slow wave sleep. Sleep latency, which decreases with increasing sleep pressure, was less reduced in the aged following prolonged waking, which further suggests a lower sleep pressure in the aged. Finally, experimental stimulation of the basal forebrain neurons by the glutamate receptor agonist N-Methyl-D-aspartate in aged subjects failed to increase active wake, and experimental inhibition of the neurons by nitric oxide failed to increase slow wave sleep. Both results indicate a reduced sensitivity of the aged brain to the effects of sleep pressure-inducing molecules. Together, the results show that the reduction of the slow wave sleep response with aging is due to a reduced sleep need, reflecting cellular and molecular changes in the aged brain. en
dc.description.abstract Unen tärkeimmän osan eli syvän unen määrän on havaittu vähenevän ja unen laadun heikkenevän iän myötä. Vanhukset kokevat nämä muutokset usein erilaisina uniongelmina, mutta hoidon kannalta olisi tärkeää tietää ovatko muutokset osa normaalia ikääntymistä. Toisin sanoen, miten uni muuttuu ikäännyttäessä? Unta säätelevät vuorokausirytmi, joka kertoo milloin mennä nukkumaan, sekä homeostaattisen järjestelmä, joka määrittää unen tarpeen. Iän vaikutus vuorokausirytmiin tunnetaan huomattavasti paremmin kuin iän vaikutus unen homeostaattiseen säätelyyn ja unen tarpeeseen. Homeostaattinen säätely kytkee muutokset valveen laadussa syvän unen muutoksiin; valveen aikana unipaine kasautuu sitä enemmän mitä aktiivisempaa valve on, johtaen unen syntyyn ja syvän unen määrän lisääntymiseen. Pitkittyessään valve johtaa valvetta ja aivokuoren vireyttä ylläpitävien valvejärjestelmien kuten etuaivojen pohjaosan kuormittumiseen. Etuaivojen pohjaosassa muodostuu yhä enemmän unta edistäviä molekyylejä, joiden pitoisuuden kasvaessa unipaine ja siten tarve nukkua kasvavat. Samanaikaisesti aivokuorella tapahtuu muutoksia, jotka johtavat syvän unen määrän kasvuun ja unipaineen vähenemiseen valvetta seuraavan unijakson aikana. Tässä väitöskirjassa tutkitaan väheneekö homeostaattisesti säädelty syväuni osana normaalia ikääntymistä ja jos vähenee niin miten ja miksi? Miten ikääntyminen vaikuttaa valveen laatuun ja unipaineeseen, ja sitä kautta syvän unen määrään? Voiko syvän unen määrää vanhuksilla lisätä? Tutkimuksessa havaittiin, että ikääntyneiden aivot eivät ole yhtä aktiivisia pitkittynen valveen aikana, eikä unta edistävien molekyylien pitoisuus ikääntyneissä aivoissa kasva yhtä paljon kuin nuorissa aivoissa. Nämä iän myötä tapahtuvat muutokset johtivat unipaineen vähenemiseen ja siten syvän unen määrän vähenemiseen. Syvää unta ei myöskään pystytty lisäämään ikääntyviä aivoja keinotekoisesti aktivoimalla. Ikääntyvissä aivoissa tapahtuu siis muutoksia, jotka vähentävät niiden herkkyyttä ja kykyä tuottaa syvää unta. Tulokset viittaavat siihen, että iän myötä tapahtuva syvän unen määrän väheneminen on seurausta ikääntyvien aivojen vähäisemmästä aktiivisuudesta valveen aikana, mikä vähentää unen tarvetta, sekä muutoksista aivojen unta ja valvetta säätelevissä järjestelmissä, mikä heikentää kykyä tuottaa syvää unta. fi
dc.format.mimetype application/pdf fi
dc.language.iso en fi
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:978-952-10-8397-6 fi
dc.relation.isformatof Unigrafia Oy: 2012 fi
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject biolääketiede fi
dc.title The puzzle of decreased homeostatic slow wave sleep in aging en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Stenberg, Tarja fi
dc.opn Heller, Craig fi
dc.type.dcmitype Text fi

Files in this item

Files Description Size Format View/Open
thepuzzl.pdf 948.8Kb PDF View/Open
This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search Helda


Advanced Search

Browse

My Account