O que é Ritmo Circadiano?

O ritmo circadiano rege o ciclo biológico da maioria dos seres vivos e pode ajudar a entender uma série de eventos em nosso organismo.

O ritmo circadiano (ou ciclo circadiano) é o período de aproximadamente 24 horas no qual se baseia um ciclo biológico. Deste modo, uma série de eventos em nosso organismo estão diretamente ligados a eles e influências externas podem ter diferentes consequências, também em nosso organismo, de acordo com o período do ciclo circadiano em que eles ocorrem.

Neste artigo, vamos nos aprofundar no tema, de sua definição às suas aplicações práticas no campo da medicina do sono, do trabalho e em outras áreas e entender como e porque a actigrafia é o melhor método para o acompanhamento do ciclo circadiano.

Definição de ciclo circadiano

Uma definição sucinta e simples da palavra “ritmo” é “qualquer evento que se repete regularmente”. Etimologicamente, a palavra ritmo vem do latim rhythmus, que significa movimento regular. Diversos eventos naturais têm uma ritmicidade estável ao longo do tempo, como os ritmos das marés, ritmo do nascer e pôr do sol, assim como as fases da lua.

Devido a estes ritmos naturais existirem há milhares de anos, é possível imaginar que, ao longo do processo evolutivo, diversos animais se adaptaram a estas mudanças do ambiente. Na vida marinha, é possível observar diversos seres vivos que têm a adaptação de comportamento baseado nos ciclos ultradianos (inferior a 20 horas) das marés, as quais duram cerca de 12 horas, e aos ciclos infradianos (superior a 28 horas) decorrentes do ciclo completo lunar, com duração de cerca de 28 dias.

No entanto, quando falamos em ritmicidade biológica, o fenômeno de ritmicidade estável mais facilmente observado é o dia e a noite. A rotação do planeta Terra, com duração de aproximadamente 24 horas, gera um padrão temporal em que fases escuras e fases claras se sucedem. Esta sucessão regular de etapas claras e escuras favoreceu a evolução de mecanismos endógenos oscilatórios, classificados como sistemas de temporização (Panda et al., 2002).

Os ritmos gerados nesses sistemas com duração de cerca de 24 horas são conhecidos como ritmos circadianos, palavra originada do latim (circa “cerca de” + diem “dia”) (Marques e Menna-Barreto, 2003).

Ritmo Circadiano e interação com os seres vivos

A interação dos seres vivos com o ciclo claro/escuro ambiental sempre foi objeto de estudo dos especialistas. Existem registros de observações de mudanças da morfologia de plantas de forma periódica desde a Grécia Antiga.

No entanto, as primeiras documentações sobre como este comportamento não é baseado apenas na exposição às mudanças ambientais foram feitas no século XVIII por Jean-Jacques d’Ortous de Mairan. Ele observou que a planta mimosa ainda exibia o seu comportamento característico de movimento das folhas mesmo em uma situação sem nenhuma informação ambiental do dia e da noite.

Já o termo “ritmos circadianos” foi proposto por Halberg (1959) para denominar as variações de processos no organismo com duração de aproximadamente 24 horas e que persistem na ausência de pistas temporais, mas que podem ser modificadas por estímulos externos como incidência do ciclo claro/escuro, alimentação ou atividade diária.
A observação dos ritmos circadianos foi feita inicialmente em estudos experimentais nos quais se avaliava a atividade locomotora de animais mantidos em um ambiente com 12 horas de fase clara e 12 horas de fase escura, gerando um ciclo claro/escuro de 24 horas (Aschoff, 1965).

No mais, os ritmos circadianos possuem características importantes como:

Fase

Caracterizada por algum momento determinado de um ciclo (seja um ponto específico ou um recorte temporal deste ciclo, como, por exemplo a fase de atividade, a fase clara ou a fase de alimentação);

Amplitude

Consiste na diferença entre os valores máximos e mínimos de um ritmo biológico;

Período

É a duração de um ciclo biológico como o de sono e vigília.

Como aferir o ritmo circadiano

Diversas ferramentas podem ser utilizadas com o objetivo de verificar a presença de ritmo nestas características e estimar seus parâmetros (Marques e Menna-Barreto, 2003). Uma análise amplamente utilizada é o método do Cosinor, que consiste em ajustar uma curva cosseno de uma série temporal de um ritmo, permitindo verificar a sua acrofase (o momento dos maiores valores da curva estimada), a sua batifase (o momento dos menores valores da curva estimada) e a duração de um ciclo completo e a sua amplitude.

Mecanismos que geram ritmicidade circadiana estão presentes em cada célula do corpo e são capazes de marcar um ritmo aproximado de 24 horas, podendo oscilar para pouco mais ou para menos. Apesar de cada célula desempenhar tal função, existe em cada indivíduo uma estrutura localizada no hipotálamo anterior, conhecida como Núcleos Supraquiasmáticos (NSQ) (PANDA et al., 2002), os quais são capazes de gerar um ritmo endógeno com base em informações rítmicas ambientais e sinalizam para diversos osciladores internos que, por sua vez, promovem respostas oscilatórias com período aproximado de 24h em diversos fatores fisiológicos.

Tais oscilações, mediadas pela alteração do ambiente (ciclo claro-escuro), resultam em duas saídas de informações para o organismo:

a) saída humoral, a partir de conexões dos NSQ com a glândula pineal, onde fenômenos fisiológicos resultam na produção de melatonina que sinaliza para o organismo a fase escura de um dia;

b) saída neural, onde a conexão dos NSQ culmina para a saída autonômica simpática (SIMONNEAUX e RIBELAYGA, 2003; MORRIS et al., 2011). Ambas as respostas são responsáveis pela geração e manutenção da sincronização de ritmos circadianos no organismo.

Alterações no ciclo circadiano

Muitas variáveis fisiológicas apresentam oscilação circadiana, tais como: temperatura corporal, secreção de melatonina, cortisol e insulina, glicemia, pressão arterial, frequência cardíaca, entre outras. Desta forma, é possível identificar uma ordem sequencial das fases dos ritmos circadianos de diversas variáveis fisiológicas ao longo do dia, caracterizando uma organização temporal interna nos indivíduos.

Um exemplo é a ordem que segue: a temperatura corporal máxima que acontece por volta das 18 horas; seguida pelo início do sono por volta das 23 horas; às 2 horas da madrugada ocorre um pico de secreção de hormônio de crescimento e, logo em seguida, às 4 horas, ocorre o pico de secreção de melatonina; às 5 horas dá-se o ponto mínimo da temperatura corporal e algumas poucas horas depois, acontece o despertar.

A manutenção diária desta ordem e dos intervalos entre os momentos em que as variáveis se expressam indica que o indivíduo está “sincronizado”, refletindo um estado saudável do organismo e uma boa qualidade de vida (Marques e Menna-Barreto, 2003).

Os ritmos biológicos circadianos são o resultado da interação entre os sistemas oscilatórios biológicos endógenos e os fatores ambientais externos aos quais os organismos estão submetidos. Este processo de ajuste dos ritmos dos organismos aos ritmos ambientais é denominado “arrastamento”, e as pistas ambientais capazes de promover esta ação são chamadas de “agentes sincronizadores” (Marques e Menna-Barreto, 2003).

Os eventos que podem gerar uma modificação na expressão da ritmicidade circadiana que chamados de “agentes sincronizadores” (ou arrastadores) aparecem de diversas formas para os seres humanos:

✓ Temperatura ambiental;

✓ Interações sociais;

✓ Alimentação;

✓ Informação luminosa dada pelo dia e a noite.

As relações temporais entre eventos fisiológicos e eventos ambientais que são reconhecidos pela sua capacidade de sincronizar os ritmos biológicos, como o caso do ciclo claro/escuro, caracterizam a organização temporal externa (Menna-Barreto e Wey, 2007). Ambos os processos − tanto a organização temporal externa quanto a organização temporal interna − são mediados pela sincronização circadiana, o qual consiste no processo responsável pela manutenção da relação de fase estável entre diferentes ritmos, por meio de arrastamento ou mascaramento.

Marques e Menna-Barreto (2003) definem o arrastamento como um ajuste temporal de um determinado ritmo orgânico por um outro ritmo − de natureza fisiológica, como a secreção de algum hormônio, ou de natureza ambiental, como o ciclo claro/escuro.

Já o mascaramento é um processo de modificação de um ritmo biológico através de um evento que aumente ou diminua a sua expressão e pode acontecer por um evento externo ao indivíduo, como a supressão da atividade locomotora de ratos ao se acender a luz do ambiente, ou por um evento do próprio organismo, como a facilitação da produção do hormônio de crescimento durante o sono.

Para determinar a expressão da ritmicidade circadiana das variáveis fisiológicas, são utilizados protocolos laboratoriais que têm como objetivo retirar as condições mascaradoras do ritmo circadiano, como atividade física diária, alimentação, temperatura e luz do ambiente, entre outras condições que possam influenciar o ritmo biológico endógeno (Marques e Menna-Barreto, 2003).

Para tanto, existem os protocolos de “rotina constante”, que utilizam privação de sono, iluminação constante e oferta de refeições isocalóricas em horários padronizados, e os protocolos de “dessincronização forçada”, que utilizam, além dos procedimentos descritos para o protocolo de rotina constante, uma mudança na duração do ciclo claro/escuro para 20 ou 28 horas, com o objetivo de impedir a sincronização do sistema de temporização, obtendo um ritmo circadiano endógeno “puro”, o ritmo em livre-curso (Hofstra e De Weerd, 2008).

Utilizando estes protocolos que permitem que os indivíduos expressem o seu ritmo em livre curso, Daan e Pittendrigh (1976) observaram que animais apresentam comportamentos diferentes em resposta a um mesmo estímulo luminoso, quando este é apresentado em horários diferentes, de forma que é possível realizar a construção de Curvas de Resposta dependente de Fase (CRF). Assim, quando pulsos de luz são aplicados no início da noite subjetiva (fase do sono, independente do horário que acontece) há um atraso de fase do ritmo, mas quando são aplicados no fim da noite subjetiva, ocorre um adiantamento na fase do ritmo do animal. No entanto, estímulos aplicados em horários intermediários entre estes extremos causam pouco ou nenhum deslocamento do ritmo (Marques e Menna-Barreto, 2003).

– Quando combinados estímulos luminosos a um fármaco cronobiótico, neste caso, a melatonina – a qual possui a propriedade de sinalizar a fase escura de um dia. É possível observar que, dependendo do horário em que os indivíduos são submetidos à luz ou à administração de melatonina, ocorre uma adaptação diferente da expressão circadiana do ritmo.

– A incidência de luz, forte ou fraca, próxima ao horário do início do sono, pode atrasar o ritmo, ou seja, retardar o início da fase do sono. De forma oposta, quando a luz é administrada nas horas finais da fase do sono, é possível ver um avanço do ritmo, ou seja, é observado um despertar mais cedo. É interessante notar que a resposta à luz ambiental gera uma adaptação de avanços e atrasos de magnitude superior ao observado pela administração de melatonina.

– Nos horários nos quais os indivíduos estão habitualmente em atividade (no meio do dia), a exposição à luz não provoca nenhum ajuste no sistema de temporização circadiano. Ou seja, tentar mudar de forma drástica e rápida os horários de dormir e acordar com uma estratégia considerando horários de exposição luz não vai gerar uma resposta no sistema de temporização circadiano. Outro aspecto que deve ser complementado é que este gráfico é um modelo generalizado, não considerando a variabilidade da preferência dos hábitos dos sujeitos.

O ritmo circadiano dos humanos

Os seres humanos são uma espécie diurna, ou seja, os indivíduos estão ativos durante a maior parte do dia e dormem durante grande parte da noite. Porém, como dito anteriormente, há diferenças individuais nas preferências de horários para a execução de atividades cotidianas e nos horários de dormir e acordar.

Considerando-se as preferências por determinados horários para a realização de atividades e para dormir e acordar, é possível classificar os indivíduos em grupos distintos, denominados em Cronobiologia de “cronotipos”: pessoas que preferem dormir e acordar mais cedo, são classificados como matutinas; as que preferem dormir e acordar mais tarde são as vespertinas; as que têm preferências entre estes dois extremos são denominadas de intermediárias (Roenneberg et al., 2003).

Estas características de preferências diárias se modificam ao longo da vida. No entanto, alguns estudos afirmam que há um componente genético envolvido nas preferências individuais para a execução de atividades.

Os cronotipos são identificados basicamente através de questionários. O questionário mais utilizado é o de Horne e Ötsberg (HO) (1976), um questionário com o objetivo principal de avaliar se as preferências nas execuções de tarefas cotidianas do indivíduo ocorrem no horário da manhã, da tarde ou em um momento intermediário.
Este estudo mostrou que o pico do estado de alerta está associado aos valores máximos da temperatura central: os indivíduos matutinos apresentaram o pico da temperatura em horários mais adiantados que os indivíduos vespertinos, e os intermediários registraram picos de temperatura entre os valores obtidos para os matutinos e os vespertinos (Horne e Ostberg, 1976).

Mais recentemente foi proposto um outro questionário para a identificação de cronotipos: o Questionário de Munique (MCTQ) (Roenneberg et al., 2003), o qual tem sido amplamente utilizado. Este questionário tem perguntas sobre os horários de dormir e acordar separadamente durante a semana de trabalho e durante os dias livres (finais de semana, por exemplo), possibilitando identificar a meia fase do sono (horário do ponto médio da duração do sono) do indivíduo através do cálculo da média ponderada da meia fase do sono dos dias de trabalho e dos dias livres. Exceto para indivíduos com cronotipos matutinos extremos, há uma grande diferença nos tempos individuais de sono entre os dias de trabalho e os dias livres, com a maioria dos sujeitos acumulando débito de sono durantes os dias de trabalho.

A diferença dos hábitos cotidianos que caracterizam os indivíduos matutinos e vespertinos, entre eles os hábitos de dormir e acordar, também resulta em diferentes formas de resposta nos ajustes temporais nestes grupos. Indivíduos matutinos têm maior facilidade, por exemplo, para acordar mais cedo que o habitual do que uma pessoa vespertina, porém apresenta uma maior dificuldade para estender a duração da atividade, ou seja, dormir mais tarde, o que leva a diferentes ajustes na sincronização circadiana mediada pela informação do ciclo claro/escuro.

Dessa forma, quando se estabelece estratégias para a utilização de terapias envolvendo a manipulação de informações ambientais, ou fármacos que conseguem realizar mudanças no sistema de temporização circadiana, inicialmente é necessário ter o conhecimento dos hábitos diários das pessoas, seja por uso de diários de atividades, ou pela utilização de dispositivos a partir dos quais é possível obter informações sobre a expressão da ritmicidade circadiana dos indivíduos.

Assim, ao entender melhor os hábitos das pessoas, é possível planejar uma intervenção de modo a assegurar uma adaptação mais eficaz do indivíduo às estratégias propostas pelo tratamento. E neste cenário, o uso de um actígrafo, um equipamento capaz de acompanhar os ciclos de atividade e repouso nos seres humanos de forma não invasiva, é uma forma de coletar dados e informações que podem oferecer uma visão mais detalhada dos eventos no ciclo circadiano em pacientes, voluntários e trabalhadores de diversas áreas.

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Até a próxima.

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