RITMOS
BIOLÓGICOS
CICLO
VIGÍLIA-SONO
QUESTIONÁRIO DE CRONOBIOLOGIA
Proposto por HORNE & OSTBERG (1976), adaptado por CARDINALI et al. (1992).
Observações:.
Não existe uma resposta considerada mais correta do que a outra, por isso você deve responder às questões com toda a honestidade.
Responda a todas as questões com toda liberdade sem nenhuma restrição.
01- Se você pudesse eleger com toda a liberdade e sem nenhuma restrição
relacionada ao trabalho ou outro tipo de restrição, a que horas gostaria de se levantar?
R- A ( ) 05:00 às 06:00; B ( ) 06:00 às 07:30; C ( ) 07:30 às 10:00; D ( ) 10:00 às 11:00; E ( ) 11:00 às 12:00.
02- Suponhamos que tenha se apresentado a um novo trabalho e que tenha que
realizar uma prova psicofísica que dura algumas horas e que é mentalmente desgastante. A que horas gostaria de fazê-la?
R- A ( ) 08:00 às 10:00; B ( ) 11:00 às 13:00; C ( ) 15:00 às 17:00; D ( ) 19:00 às 21:00.
03- Se você pudesse planejar sua noite com toda liberdade e sem nenhuma
restrição relacionada com trabalho ou outro tipo de restrição, a que horas gostaria de dormir?
R- A ( ) 20:00 às 21:00; B ( ) 21:00 às 22:15; C ( ) 22:15 às 00:30; D ( ) 00:30 às 1:45; E ( ) 01:45 às 03:00.
04- Suponhamos que você tenha decidido fazer exercícios físicos (ou uma atividade
física como caminhada, por exemplo) e um amigo lhe sugira fazê-lo entre as 07:00 e as 08:00 da manhã. Com base na sua predisposição natural, com que disposição você aceitaria o convite?
R- A ( ) Estaria em muito boa forma; B ( ) Estaria em forma; C ( ) Seria difícil;
D ( ) Seria muito difícil.
05- Se tivesse que realizar duas horas de exercício físico pesado, quais destes
horários escolheria?
R- A ( ) 08:00 às 10:00; B ( ) 11:00 às 13:00; C ( ) 15:00 às 17:00; D ( ) 19:00 às 21:00.
06- Se você fosse dormir às 23:00 horas, com que nível de cansaço se sentiria?
R- A ( ) Nada cansado; B ( ) Um pouco cansado; C ( ) Bastante cansado; D ( ) Muito cansado.
07- Você se sente cansado durante a primeira meia hora logo após levantar-se?
R- A ( ) Muito cansado; B ( ) Mais ou menos Cansado:
C ( ) Sem cansaço porém não em plena forma; D ( ) Em plena forma.
08- A que horas do dia se sente melhor?
R- A ( ) 08:00 às 10:00; B ( ) 11:00 às 13:00; C ( ) 15:00 às 17:00; D ( ) 19:00 às 21:00.
09- Suponhamos que um amigo lhe sugira fazer uma caminhada entre as 22:00 e
23:00 horas, três vezes por semana. Se não tivesse outro compromisso e com base em sua predisposição natural, como você se sentiria caso aceitasse a sugestão? R- A ( ) Estaria em boa forma; B ( ) Estaria bastante em forma; C ( ) Seria difícil; D ( ) Seria muito difícil.
RESULTADOS
Pontuação:
Some os pontos obtidos de acordo com a seguinte pontuação
Número da questão Alternativas A B C D E 1 1 2 3 4 5 2 1 2 3 4 3 1 2 3 4 5 4 1 2 3 4 5 1 2 3 4 6 4 3 2 1 7 4 3 2 1 8 1 2 3 4 9 4 3 2 1 Classificação 09 – 15: Definidamente matutino; 16 – 20: Moderadamente matutino; 21 – 26: Intermediário; 27 – 31: Moderadamente vespertino; 32 – 38: Definidamente vespertino.
Figure 14.11 Oh, How I Hate to Get Out of Bed in the Morning
Cronobiologia é a
ciência
que
estuda os ritmos e os fenômenos
físicos e
bioquímicos
periódicos
que ocorrem nos
seres vivos
.
Ritmo Biológico
Duração
Exemplo
Circanual
Anual
Ciclos
migratórios das
aves
Infradiano
Superior a um dia
(+24h)
Ciclo menstrual
humano
Circadiano
Diário (~24h)
Ciclo do sono
Ultradiano
Inferior a um dia
(- 24h)
Ciclo da
alimentação
humana
Alguns processos que possuem ritmos circadianos nos
animais e outros eucariotos
• Atividade locomotora de muitos vertebrados e invertebrados
• Ciclo vigília-sono em distintos animais
• Atividade metabólica de muitos animais
• Alterações de temperatura (inclusive torpor) em aves e
mamíferos
• Excreção urinária e ingestão hídrica nos mamíferos
• Secreção de hormônios adrenocorticais e mitose na epiderme
de mamíferos
• Variações da coloração do tegumento de peixes e caranguejos
• Oviposição, acasalamento e emergência de adultos a partir das
pupas nos insetos
• Liberação de ferormônio pelas fêmeas e sensibilidade dos
machos aos ferormônios nos insetos
• Acasalamento no Paramecium
• Bioluminescência e capacidade fotossintética nas algas
dinoflageladas
Fig. 14.13 – Ritmo circadiano da atividade metabólica (consumo de O2) e atividade motora de um tentilhão.
Fig. 12.2 – As alterações claro-escuro diárias são produzidas pela rotação da terra sobre seu eixo, na qual cada parte da terra se volta para o sol em uma parte do ciclo de rotação (período diurno) e se volta para o oposto do sol na outra parte (período noturno). As alterações sazonais na quantidade de luz do dia estão relacionadas ao movimento anual da terra ao redor do sol. Como o eixo da terra é inclinado, um pólo aponta na direção do sol durante uma parte do ano (verão) e para longe dele na outra parte do ano (inverno).
O movimento
das folhas da
azedinha é
endógeno ou
exógeno?
Experimento
idealizado por de
Marian em 1729
QUAL A
VANTAGEM DA
EXISTÊNCIA
DOS
RELÓGIOS
BIOLÓGICOS?
A principal vantagem adaptativa dos
relógios biológicos é que eles permitem
PREVISÕES
:
eles possibilitam aos
animais a antecipação e o preparo para
as alterações regulares do ambiente. Os
relógios biológicos exercem um controle
de
ajuste
por
pré-alimentação
ou
antecipação
(feedfoward)
sobre
os
Figura 17.5 – Pombos-correio usam bússola solar nos dias ensolarados.
Direção na qual pombos isolados desaparecem no horizonte após serem soltos em um ponto ao norte de sua morada. (a) Pombos-controle orientaram-se na direção correta do lar (sul) quando soltos em qualquer horário do dia. Eles utilizaram a posição do sol e seus relógios circadianos internos para determinar em que direção estava o sul. (b) Pombos cujos relógios circadianos tinham sido adiantados em 6 horas interpretaram erroneamente a posição do sol e partiram em um ângulo de aproximadamente 90o à esquerda da direção correta de casa.
Se fossem soltos às 9h da manhã, eles imaginariam ser 15h e seguiriam em um ângulo de 45o à esquerda da posição solar (apropriado para as 15h).
Onde se localiza esse tal
The Retinohypothalamic Pathway in Mammals. (A) This pathway carries
information about the light-dark cycle in the environment to the SCN. For clarity of synaptic connections, the SCNs are shown proportionally larger than other features. (B) In this image, axons (seen at the bottom) are labeled green from the left eye and red from the right. Both eyes project so diffusely to the two overlying SCNs that they are outlined in yellow (Photograph courtesy of Andrew D. Huberman).
Lesão no Núcleo Supra-Quiasmático
: abole o ciclo vigília-sono
e vários outros ritmos que apresentam um padrão circadiano
FIGURE 41.3 The mammalian circadian timing system consists of a hierarchy of
oscillators. Oscillatory neurons in the SCN interact with each other to produce a set of coherent outputs. These outputs, which include behavioral and physiological rhythms, synchronize cell autonomous oscillations in other brain regions and in peripheral tissues. (From Reppert and Weaver, 2002).
Possuem um fotopigmento
especial chamado de MELANOPSINA
FIGURE 41.12 Schematic representation of neuroanatomical outputs from the rodent
SCN. Location of target structures is not accurate to scale. Abbreviations: DMH, dorsomedial hypothalamic nucleus; dSPZ, dorsal subparaventricular zone; LHA, lateral hypothalamic area; MPO, medial preoptic area; PVN, paraventricular nucleus of the hypothalamus; VLPO, ventrolateral preoptic area; vSPZ, ventral subparaventricular zone. (Adapted from Saper et al., 2005.)
AFERÊNCIAS
Retina (Trato retino-hipotalâmico)
EFERÊNCIAS
Outros núcleos do hipotálamo Tálamo
Mecanismos neurais da ritmicidade
Núcleo supraquiasmático (NSQ) : Relógio biológico
O NSQ cicla mesmo quando as conexões neurais são eliminadas ou quando os seus
neurônios são mantidos em cultura,
apresentando um ritmo próprio.
Porém, pode se sincronizar aos ritmos ambientais externos como as oscilações fotoperiódicas.
Glândula pineal:
sintetiza e libera a melatonina
GÂNGLIO CERVICAL SUPERIOR
(neurônio pós-ganglionar)
MEDULA TORACICA
Coluna intermédio lateral (neurônio pre-ganglionar) HIPOTÁLAMO NSQ N. paraventricular RETINA Trato retinohipotlamico
ocitocina
acetilcolina noradrenalina
FIGURE 41.13 (A) Schematic illustration of the neuroanatomical circuit regulating pineal melatonin secretion. Photic input detected in
the retina is relayed to the suprachiasmatic nucleus (SCN), and from there to the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN). A subset of PVN neurons projects to the intermediolateral cell column (IML) of the spinal cord. Preganglionic sympathetic cell bodies at thoracic levels 1 and 2 (T1 and T2) project to the superior cervical ganglion (SCG), which innervates the pineal gland. Norepinephrine released from the terminals of SCG neurons is the primary input to the pineal responsible for stimulating melatonin production at night. Light entrains the SCN clock controlling melatonin, but light at night also has an acute inhibitory effect on melatonin synthesis, by disrupting the sympathetic input to the gland. Blood melatonin levels drop within minutes after exposure to light at night. (B) Biosynthesis of melatonin from serotonin (5- hydroxytryptamine, 5-HT). The rate-limiting and highly rhythmic step is the regulation of arylalkylamine N-acetyltransferase (AANAT) activity, which modestly depletes the pineal gland of 5-HT at night as it converts 5HT to N-acetyl-serotonin (NAS). Hydroxy-indole-O-methyltransferase (HIOMT) converts NAS to melatonin (N-acetyl, 5-methoxytryptamine). There is no storage mechanism for melatonin; melatonin diffuses from the pineal into the cerebrospinal fluid and bloodstream as it is produced, making blood melatonin levels a good reflection of the sympathetic input to the gland.
Melatonina pré-ganglionar N. paraventricular Gl. pineal SNA simpático NSQ RETINA HIPOTÁLAMO pós-ganglionar EPITÁLAMO - - + + Indução do sono Diminuição do efeito inibitório do NSQ
Diminuição da luz Liberação do SNA simpático
+ +
Durante o dia, a retina estimula o NSQ, cujos neurônios são inibitórios. Como consequência, os neurônios do núcleo paraventricular deixam de estimular os neurônios pré-ganglionares simpáticos da medula e a produção de melatonina é baixa durante o dia (ou quando o fotoperíodo é longo).
À noite, acontece o contrário e a concentração de melatonina aumenta. O seu aumento induz o sono.
parada de postura
Primavera/Verão Outono/Inverno
Regressão Gonadal
CONCENTRAÇÃO DE MELATONINA NO SANGUE
EM ng/ml
Idade
Diurno
Noturno
PRÉ-PUBERDADE
21,8
97,2
ADULTA
18,2
77,2
SENIL
16,2
36,2
Concentração de melatonina no sangue nas diferentes
fases da vida, em homens chineses. Observa-se
importante diferença entre a produção noturna e diurna
e as variações de produção noturna entre o grupo da
Pré-puberdade, da fase Adulta e da Senil.
JET LAG:
Alterações Físicas e Psicológicas
que ocorrem em certas pessoas depois de
longas horas de voos em viagens aéreas
devido a mudança de fuso horário.
Relógio Biológico Trato retino-hipotalâmico Núcleo-supraquiasmático (HIPOTÁLAMO) Outras áreas do SNC
Órgãos efetuadores circadianos Ritmos Órgão fotossensível Glândula Pineal Ritmos infradianos
Diagrama ilustrando a alça de retroalimentação molecular que governa relógios circadianos (segundo Okamura et al., 1999).
Figure 14.11 Oh, How I Hate to Get Out of Bed in the Morning
CONTABILIZANDO O SONO
O tamanho do corpo parece determinar a quantidade de sono de que as espécies necessitam. Em geral, quanto maior o animal, menos sono é requerido.
“Os homens compartilham um único mundo, a não ser durante o sono, onde cada um habita o seu próprio”. (Heráclito)
RITMOS
CEREBRAIS
50V
Figura 19.5 – Um EEG normal. O sujeito está em repouso e os locais de registro estão
indicados na figura à esquerda. Os primeiros segundos mostram uma atividade alfa normal, a qual tem frequência de 8 a 13 Hz e é maior nas regiões occipitais. Aproximadamente na metade do traçado do registro, o sujeito abriu seus olhos, sinalizado pelos grandes artefatos da piscadela no traçado do topo (setas) e pelos ritmos alfa estarem suprimidos.
EEG de uma criança de 12 anos mostrando registro típico de uma crise de ausência.
SONO:
Estado facilmente reversível de
baixa responsividade e interação
Questões sobre a biologia do sono:
• Por que passamos tanto tempo de
nossa vida dormindo?
• Quais os mecanismos responsáveis
por isso?
O sono como processo passivo;
O sono como adaptação biológica;
O sono como processo restaurador;
O sono na consolidação e organização
da memória.
Quatro teorias sobre porque
dormimos:
O sono como processo passivo;
O sono como adaptação biológica;
O sono como processo restaurador;
O sono na consolidação e organização
da memória.
Quatro teorias sobre porque
dormimos:
Durante muito tempo, a explicação de
senso comum para o sono era que ele seria
resultado da redução da atividade
encefálica produzida pela fadiga.
Atualmente, sabe-se que o sono é um
estado encefálico altamente organizado,
induzido ativamente e com fases distintas.
O sono como processo passivo;
O sono como adaptação biológica;
O sono como processo restaurador;
O sono na solidificação e organização
da memória.
Quatro teorias sobre porque
dormimos:
Fig.12-18:
as
teorias
biológicas do sono sugerem
que ele é uma estratégia de
conservação de energia e
também serve para outras
funções, como permanecer
seguro durante a noite.
O sono ajuda os animais a se
adaptarem a um nicho ecológico.
Estes morcegos dormem juntos
diariamente em uma grande folha,
esperando até o anoitecer, quando
eles podem usar suas muitas
adaptações
noturnas
para
se
alimentar. Eles mastigam uma linha
ao longo da folha para que esta se
dobre e possa cobri-los enquanto
eles dormem.
O sono como processo passivo;
O sono como adaptação biológica;
O sono como processo restaurador;
O sono na consolidação e organização
da memória.
Quatro teorias sobre porque
dormimos:
Tony Wright quebrou o recorde mundial de privação
de sono ficando acordado por mais de 11 dias (266
horas). Tony, de Penzance, uma cidade costeira no
sudeste da Inglaterra, iniciou sua tentativa às 6 da
manhã (horário local) no dia 14 de maio de 2007
conseguindo quebrar o record anterior de 264 horas estabelecido há 43 anos por Randy Gardner.
Figura 28.5 – Registro EEG durante a primeira hora de sono.
Ondas Beta 15 a 20 Hz ~30V Ondas teta 4 a 8 Hz 50 a 100V Ondas teta 10 a 15 Hz 50 a 150V Ondas delta 2 a 4 Hz 100 a 150V Ondas delta 0,5 a 2 Hz 100 a 200VSono de 8 horas: • 5% estágio 1; • 50% estágio 2;
• 16% estágios 3 e 4; • 25% REM.
SONO NÃO-REM: cérebro ocioso em um corpo móvel
SONO REM: cérebro ativo em um corpo paralisado
Recém-nascido: 8 horas
Jovem: 2 horas
Figure 14.26 Sleep Stage Postures
Fig. 12-16: Os cavalos geralmente procuram áreas abertas e ensolaradas para dormir durante breves períodos. As fotos ilustram 3 posturas de sono. No alto, à esquerda, a égua exibe o sono NREM, com as pernas travadas e a cabeça baixa. No alto, à direita, ela exibe o sono NREM, deitada com a cabeça levantada. No quadro abaixo, ela está em sono REM, em que toda a postura e tônus muscular se perdem.
POSSÍVEIS
FUNÇÕES DO
SONO REM E
DOS SONHOS
O sono como processo passivo;
O sono como adaptação biológica;
O sono como processo restaurador;
O sono na consolidação e organização
da memória.
Quatro teorias sobre porque
dormimos:
Sistema Colinérgico
•Núcleos pontinos látero-dorsais •Tegmento pedúnculo-pontino
•Núcleos colinérgicos do prosencéfalo basal
serotonina
histamina noradrenalina
Sistema Monoaminérgico
SISTEMA ATIVADOR RETICULAR ASCENDENTE -
CIRCUITOS NEURAIS QUE REGEM O
SONO
SISTEMA
COLINÉRGICO
• Alta
atividade
na
vigília;
• Ausente no não-REM;
• Alta
atividade
no
REM
(neurônios
REM-on).
SISTEMA
MONOAMINÉRGICO
• Alta
atividade
na
vígilia;
• Baixa atividade no
não-REM;
• Ausente
no
REM
(neurônios REM-off).
Hipocretinas
ou orexinas (hipotálamo lateral) e
dopamina
(área
tegmentar ventral do mesencéfalo) ativam sistema monoaminérgico e
sistema colinérgico
estimulam vigília.
Noradrenalina
•
Núcleo pré-óptico ventrolateral (VLPO):
libera os neurotransmissores
GABA
e
galanina
que irão inibir tanto o sistema colinérgico como o
monoaminérgico, induzindo assim o sono não-REM.
• Núcleo Supraquiasmático(SCN):
inibe o VLPO, estimula a liberação de
hipocretinas ou orexinas que ativam os sistemas colinérgico e
monoaminérgico, induzindo assim a vígília. Além de inibir a secreção de
melatonina.
histamina
