O sono humano ocorre com periodicidade circadiana (circa = aproximadamente, anddia = dia), e biólogos interessados em ritmos circadianos exploraram uma série de questões sobre este ciclo diário. O que acontece, por exemplo, quando os indivíduos são impedidos de sentir os sinais que normalmente têm sobre a noite e o dia? Esta pergunta tem sido respondida colocando voluntários em um ambiente (cavernas ou bunkers têm sido usados às vezes) sem deixar pistas externas no tempo (Figura 28.3). Durante um período de aclimatação de cinco dias que incluiu interações sociais, refeições em horários normais, e tacos temporais (rádio, TV), os sujeitos surgiram e foram dormir nos horários habituais e mantiveram um ritmo de dormir-despertar de 24 horas. Após a remoção destes sinais, porém, os sujeitos despertavam mais tarde a cada dia, e o ciclo de sono e vigília se prolongava gradualmente até cerca de 28 horas em vez das 24 normais. Quando os voluntários foram virados para um ambiente normal, o ciclo de 24 horas foi rapidamente restaurado. Assim, os humanos (e muitos outros animais; ver BoxB) têm um “relógio” interno que continua a funcionar na ausência de qualquer informação externa sobre a hora do dia; sob estas condições, diz-se que o relógio está “a funcionar livremente”
Figure 28.3
Ritmo de acordar (linhas azuis) e dormir (linhas vermelhas) de um voluntário numa câmara de isolamento com e sem pistas sobre o ciclo dia-noite.Os números representam a média ± desvio padrão de um ciclo completo de vigília/dormir durante cada período (mais…)
Box B
Mecanismos moleculares dos relógios biológicos.
Presumivelmente, os relógios circadianos evoluíram para manter períodos apropriados de sono e vigília apesar da quantidade variável de luz do dia e escuridão em diferentes épocas e em diferentes lugares do planeta. Para sincronizar os processos fisiológicos com o ciclo dia-noite (chamado fotoentrainment), o relógio biológico deve detectar diminuições nos níveis de luz à medida que a noite se aproxima. Os receptores que detectam estas mudanças de luz estão, não surpreendentemente, na camada nuclear externa da retina; embora a remoção do olho abolisse o fotoentrainment. Os detectores não são, no entanto, as hastes ou cones. Ao contrário, estas células mal compreendidas encontram-se dentro das camadas de células ganglionares e amcrinas das retinas primatas e murinas, e projetam-se para o núcleo supraquiasmático (SCN) do hipotálamo, o local do controle circadiano das funções homeostáticas em geral (Figura 28.4A). Estes peculiares fotorreceptores de retina contamina um romance fotográfico chamado melanopsina. Talvez a evidência mais convincente do papel da NSCN como uma espécie de relógio biológico mestre é que a sua remoção em animais experimentais abole o seu ritmo circadiano de sono e vigília. O SCN também governa outras funções que estão sincronizadas com o ciclo sono-vigília, incluindo a temperatura do corpo (ver Figura 28.3), a segregação hormonal, a produção de urina e as alterações na pressão arterial. Os mecanismos celulares do controle circadiano estão resumidos em BoxB.
Figure 28,4
Fundamentos anatômicos dos ritmos circadianos. (A) O hipotálamo, mostrando a localização do núcleo supraquiasmático (SCN), que nos mamíferos é o “relógio biológico” primário. O nome “supraquiasmático” deriva de (mais…)
Ativação do núcleo supraquiasmático evoca respostas em neurônios cuja axonsdescendência para os neurônios simpáticos pré-ganglionares no corno lateral da medula espinhal (Figura 28.4B). Essas células, por sua vez, modulam os neurônios nos gânglios cervicais superiores cujos axônios pós-ganglionares se projetam para a glândula pineal (pineal significa em forma de pinha) na linha média próxima ao tálamo dorsal. A glândula pineal sintetiza o sono promovendo neurohormonemelatonina (N-acetil-5-metoxitriptamina) a partir do triptofano, e a coloca na corrente sanguínea para ajudar a modular os circuitos do tronco cerebral que governam o ciclo sono-vigília (ver pág. 615 e seguintes). Previsivelmente, a melatoninese aumenta à medida que a luz diminui e atinge o nível máximo entre 2:00 e 4:00 a.m. Nos idosos, a glândula pineal calcifica-se e produz-se menos melatonina, talvez explicando porque os idosos dormem menos horas e são mais frequentemente afectados por insónia.