Como o seu relógio circadiano acompanha as estações?

Fonte: Elena Zajchikova / Shutterstock

Até agora, a neurobiologia específica de como nossos relógios circadianos acompanham as estações tem sido um mistério. Recentemente, pesquisadores liderados por Toru Takumi no RIKEN Brain Science Institute no Japão descobriram um mecanismo-chave que explica como o cérebro usa ritmos circadianos e duração do dia para se sincronizar com as estações.

O estudo de junho de 2015, "O acoplamento repulsivo mediado por GABA entre os neurônios do relógio circadiano no SCN encode o tempo sazonal", foi publicado nos Procedimentos da Academia Nacional de Ciências .

No novo estudo, os pesquisadores identificaram um mecanismo que codifica o comprimento de um dia na rede neuronal do núcleo supraquiasmático (SCN). Os pesquisadores conseguiram identificar a forma como o mecanismo do relógio circadiano no cérebro codifica as mudanças sazonais com base na quantidade de horas do dia.

O Núcleo Supraquiasmático (SCN) é o Relógio Circadiano Mestre

O núcleo supraquiasmático é o nosso relógio circadiano mestre. O SCN é também um relógio sazonal que mede o comprimento da luz do dia. O cérebro humano controla as estações usando o mesmo núcleo de neurônios que governam ritmos circadianos.

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Fonte: Instituto Nacional de Saúde / Domínio Público

O SCN contém cerca de 20 000 células nervosas e está localizado no hipotálamo. O SCN leva a informação sobre a duração do dia e a noite da retina, interpreta-a e passa para a glândula pineal. Em resposta a esses sinais do SCN, a glândula pineal secreta o hormônio melatonina.

A secreção de picos de melatonina durante a noite e refluxa durante o dia que conduz nosso ciclo de sono e vigília. A destruição do SCN resulta na ausência completa de um ciclo previsível de sono e sono.

O que desencadeia ritmos circadianos?

Os ritmos circadianos são produzidos por fatores naturais dentro do corpo, mas são principalmente impulsionados pela exposição à luz. As rupturas dos ritmos circadianos estão diretamente ligadas aos distúrbios do sono. Ritmos circadianos anormais também foram associados à obesidade, diabetes, depressão, transtorno afetivo bipolar e sazonal (SAD).

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A exposição à luz solar transforma os genes que controlam o relógio circadiano dentro e fora. Curiosamente, os pesquisadores do RIKEN descobriram que nem todos os neurônios no SCN marcham ao mesmo ritmo. Duas regiões no SCN estão ligeiramente fora de sincronia, e à medida que o tempo aumenta, o mesmo ocorre com o fosso de fase entre essas regiões.

Fonte: Cortesia de RIKEN

Em um comunicado de imprensa, o líder alemão Jihwan Myung disse: "Assim como em outros animais, nossos corpos acompanham as estações. Mudanças súbitas no comprimento do dia sazonal podem causar transtorno de humor severo em alguns indivíduos. Compreender como ajustar nosso relógio sazonal interno pode levar a formas eficazes de ajudar as pessoas cujos relógios internos tenham sido interrompidos ".

Os pesquisadores descobriram que o SCN divide as oscilações do relógio circadiano em dois grupos que correspondem ao comprimento do dia. O estudo relata que a distribuição de cloreto através do SCN desencadeia essas mudanças.

Mais especificamente, os pesquisadores descobriram que o neurotransmissor GABA desempenha um papel importante nesse processo. Na maioria dos casos, GABA inibe a atividade dos neurônios. No entanto, alguns neurônios SCN estão realmente excitados pelo GABA.

Myung explica: "O GABA torna-se excitatório quando os níveis de cloreto dentro dos neurônios são altos. Nós suspeitamos que as mudanças na função GABA em todo o SCN possam representar a força repulsiva que empurra esses dois cachos de neurônios fora de fase ". A estimativa de acoplamento pelos pesquisadores revelou que a rede SCN possui acoplamentos que podem ser" atrativos para a fase "(sincronização ) ou "repelente de fase" (desincronização).

Milhões sofrem de transtorno afetivo sazonal (SAD)

O transtorno afetivo sazonal é desencadeado por alterações nos horários de luz do dia e pode levar a sintomas depressivos no inverno e aumento da ansiedade no verão. Você sofre de SAD?

O tratamento para SAD geralmente inclui terapia de luz, também conhecido como "fototerapia". Pacientes que usam terapia leve geralmente experimentam benefícios durante a primeira semana. A maioria dos estudos descobriu que a terapia de luz é mais efetiva se for usada como um tratamento sazonal que dura várias semanas até que a exposição à luz natural seja possível.

Os neurocientistas não têm certeza dos mecanismos exatos que causam SAD. Uma das teorias é que SAD é desencadeada pela falta de serotonina. Outra teoria é que SAD pode ser o resultado da melatonina excessiva produzida durante os dias de inverno. Normalmente, os níveis de melatonina começam a subir no final da tarde para a noite, permanecem altos durante a noite e, em seguida, caem nas primeiras horas da manhã antes de acordar.

Conclusão: Optogenetics pode repor o relógio circadiano em um laboratório

Tradicionalmente, os neurocientistas acreditavam que a taxa de disparo dos neurônios SCN era estritamente impulsionada pelo resultado da atividade do relógio circadiano. Recentemente, pesquisadores da Universidade de Vanderbilt puderam estimular ou suprimir os neurônios do SCN de uma forma que imita seus níveis de atividade diurna e noturna. Isso permitiu aos pesquisadores redefinir o relógio circadiano em camundongos.

O estudo de fevereiro de 2015 publicado na revista Nature Neuroscience informou que a manipulação das taxas de disparo de neurônio do pulso circadiano usando optogenética pode repor o relógio circadiano. Optogenetics insere genes que expressam proteínas sensíveis opticamente em células-alvo que então fazem as células responder à luz.

Em um comunicado de imprensa, Douglas McMahon, autor principal do estudo, disse: "Achamos que podemos mudar os ritmos de sono / vigília de um animal estimulando artificialmente os neurônios no relógio biológico mestre, que está localizado em uma área do cérebro chamada supraquiasática núcleo (SCN), com um laser e uma fibra óptica ".

Jeff Jones, que conduziu o estudo com outro estudante de doutorado, Michael Tackenberg, acrescentou: "Isso coloca os neurônios do relógio sob nosso controle pela primeira vez". Embora este estudo tenha sido feito em ratos, os pesquisadores estão otimistas de que a optogenetics sometday poderia ser usada como terapia para rupturas do relógio circadiano em seres humanos.

Se você quiser ler mais sobre este tópico, confira minhas postagens da Psychology Today :

• "Ritmos circadianos ligados ao envelhecimento e ao bem-estar"
• "Optogenetics permite aos neurocientistas ativar e diminuir o medo"
• "A exposição à luz natural melhora o desempenho no local de trabalho"
• "Por que uma viagem de acampamento é a cura de insônia definitiva?"
• "Os neurocientistas descobrem como aprendemos quando dormimos"

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