• Por Samuel Mckenzie, BScReviewed by Dr. Tomislav Meštrović, MD, Ph.D.

  Ritmos Circadianos são ciclos biológicos dentro dos organismos que lhes permitem ajustar a sua fisiologia e comportamento para antecipar e adaptar-se às mudanças no ambiente exterior. Os ritmos circadianos são mantidos com a ajuda de relógios circadianos, o principal relógio circadiano em mamíferos é o núcleo supraquiasmático (SCN).

  Neuroanatomia do Núcleo Supraquiasmático (SCN)

  O SCN está localizado na região anterior do hipotálamo, e contém cerca de 20.000 neurónios. O SCN pode ser dividido em duas secções principais dependendo da expressão do neuropeptídeo.

  O ‘Núcleo’ do SCN é constituído principalmente por células que expressam células vasoactivas do peptídeo intestinal (VIP). O núcleo recebe principalmente a entrada da retina e outras regiões cerebrais.

  Por outro lado, a ‘Concha’ é composta principalmente de arginina vasopressina (AVP) que exprime células. A concha recebe entradas principalmente do córtex, do forebrain basal, e do hipotálamo. O SCN envia saídas para várias partes do cérebro, tais como as áreas mediais do hipotálamo e do tálamo.

  

  Crédito de Imagem: lila Medical Media

  Entradas para o SCN

  O SCN recebe dois tipos de entradas: fótica e não-fótica. A entrada fótica provém de células ganglionares de retina intrinsecamente fotossensíveis (ipRGCs), que se projectam através do tracto retino-talâmico através de sinapses glutamétricas para os neurónios no SCN. Isto ajuda a sincronizar o relógio circadiano.

  Exposição à luz pode alterar o ritmo circadiano, o que é referido como uma “mudança de fase”. Os deslocamentos de fase podem perturbar as respostas normais ao ritmo circadiano; por exemplo, a exposição à luz durante a noite afectará os padrões de sono através de um deslocamento de fase.

  A entrada não fotográfica no SCN vem de outras regiões do cérebro e ajuda a modular o ritmo circadiano. O SCN contém vários receptores de serotonina (5-HT). A entrada de 5-HT do raphe do cérebro médio ajuda a modular a resposta do SCN à luz regulando os turnos de fase.

  O núcleo intergeniculado (IGL) contém neurónios que expressam neuropepteros Y (NPY), bem como ácido gama-aminobutírico (GABA) que expressam neurónios. O IGL projecta para o SCN através da via geniculo-hipotalâmica, e induz mudanças de fase durante o dia. A estimulação do núcleo do ráquis medial e do núcleo do ráquis dorsal aumenta o conteúdo de serotonina no SCN e IGL, respectivamente.

  Geração e Controlo do Ritmo Circadiano do SCN

  O ritmo circadiano gerado pelo SCN depende do feedback negativo retardado num loop de feedback transcripcional do núcleo. Os dímeros CLOCK/BMAL1 actuam nas regiões promotoras da E-box no cromossoma para promover a transcrição de vários reguladores do ritmo circadiano (genes do relógio), tais como vários genes de Período (PER)e Criptocromo (CRY). Isto resulta num aumento das proteínas PER e CRY.

  Após um atraso, os dímeros PER/CRY acumulam-se e começam a inibir a transcrição dos seus próprios genes. O PER e o CRY são também degradados por complexos de ligase ubiquitina. Estas alterações resultam na diminuição de PER e CRY, diminuindo consequentemente a inibição da sua transcrição, pelo que um novo ciclo irá eventualmente começar.

  PER está simultaneamente envolvido num ciclo de feedback positivo, no qual REV-ERBα actua nas regiões promotoras de RORE para inibir a transcrição de BMAL. PER liga-se a REV-ERBα que permite que BMAL seja transcrita, permitindo assim que mais PER e CRY sejam transcritos.

  A região promotora da caixa E também é responsável pela transcrição dos genes de controlo de relógio (CCG) e os loops de feedback discutidos são responsáveis pelo ciclo de 24 horas para a expressão CCG. Os CCG controlam vários aspectos da homeostase e do ciclo celular.

  Todos os neurónios dentro do SCN oscilam com diferentes fases, as células combinam os resultados para dar um ritmo, que é conhecido como a rede multi-oscilador do SCN. As células VIP controlam a reposição das fases induzidas pela luz no SCN e fornecem um sinal de acoplamento para os osciladores do SCN. Isto ajuda a estabilizar e sincronizar os ritmos entre os neurónios SCN individuais. A sinalização GABA também ajuda a sincronizar neurónios SCN individuais.

  Efeitos do Ritmo Circadiano no Corpo

  O ritmo circadiano é transmitido do SCN para outras partes do cérebro. Estes sinais a jusante actuam ou no sistema neuro-endócrino ou nos neurónios motores pré-autónomos do hipotálamo, permitindo a ocorrência de uma multiplicidade de reacções fisiológicas.

  O SCN projecta-se na glândula pineal para afectar a secreção de melatonina, o que pode ser conseguido pelas acções de VIP que activam a adenil ciclase. Isto aumenta a concentração de cAMP, que estimula a N-acetiltransferase, aumentando a taxa de síntese de melatonina.

  A libertação de melatonina é a mais elevada durante a noite e contribui para o ciclo sono/despertar, prevenindo as mudanças de fase, reduzindo a latência de início do sono, aumentando o tempo total de sono, e inibindo a excitação circadiana.

  O cortisol é segregado da glândula adrenal e exibe um ritmo circadiano. Os níveis de cortisol são mais baixos durante a noite e máximos durante a manhã. A libertação de cortisol é regulada pelo eixo hipotálamo-pituitário-adrenal (HPA).

  O HPA recebe a entrada de NPY do SCN, que resulta na libertação de hormonas adrenocorticotrópicas a partir das células de corticotrofia na glândula pituitária anterior, devido a este cortisol ser libertado a partir da glândula adrenal. O cortisol tem um ciclo de feedback negativo com a hipófise, no qual níveis crescentes de cortisol actuam para inibir a sua secreção.

  O ritmo circadiano também pode actuar em muitos outros aspectos da fisiologia humana – incluindo metabolismo, temperatura corporal e vários elementos do sistema imunitário.

  No Controlo de Processos Fisiológicos

  Em conclusão, o SCN controla muitos processos fisiológicos com o ritmo que é gerado. A transcrição dos genes do relógio em resposta ao ciclo dia/noite é fundamental para todos os processos afectados pelo ritmo circadiano. A integração de inputs fóticos e não-fóticos ao SCN impulsiona o ciclo para o ritmo.

  Mais investigação sobre o SCN e ritmos circadianos proporcionará uma melhor e mais detalhada compreensão de como o SCN gera o ritmo circadiano e como outras partes do cérebro influenciam isto. Mais investigação irá também revelar informação adicional sobre como o ritmo circadiano afecta outras partes do cérebro na sua sinalização a jusante.

  Outra Leitura

  • Todos os ritmos circadianos
  • Ritmo circadiano
  • Ritmo circadiano

  Ritmo circadiano e perda de peso

• Artificial Light Exposure and Circadian Rhythm
• Variações do comprimento do ritmo circadiano – aves precoces e mochos

Citações