O que é o relógio biológico e como funciona?

O relógio biológico dita toda a nossa existência, desde o momento em que acordamos até irmos dormir. Você quer saber mais sobre ele?

Escrito e verificado por el biólogo Samuel Antonio Sánchez Amador.

Última atualização: 09 janeiro, 2023

Os seres vivos requerem um certo grau de rotina na vida. Vamos para a cama em horários socialmente pré-estabelecidos, comemos em horários específicos do dia e atribuímos um horário específico para trabalhar e brincar. Embora toda essa organização pareça fruto do acaso, na realidade temos um relógio biológico interno que dita todas as nossas ações desde o momento em que nos levantamos.

O termo “relógio biológico” pode levar a alguma confusão, pois às vezes atribuímos a ele certas conotações que vão além das capacidades desse sistema, ou, na falta disso, é difícil entendermos em que medida o comportamento humano é determinado por uma série de ciclos e ritmos. Continue lendo para aprender mais sobre esses mecanismos e como nosso relógio interno funciona.

O que é um relógio biológico?

Conforme indicado pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais, o relógio biológico é um dispositivo de tempo natural do organismo vivo que regula o ciclo dos ritmos circadianos. Em outras palavras, é um parâmetro biológico dependente de uma série de mecanismos internos que estão sincronizados com os eventos ambientais.

Mais do que um único “relógio biológico”, o corpo de todos os seres vivos consiste em vários “relógios”, que se referem a proteínas específicas que interagem com as células em todo o corpo. Quase todos os tecidos e órgãos do corpo humano têm relógios biológicos, e os genes que os codificam são muito semelhantes em humanos, plantas, ratos, fungos e muitos outros organismos.

Embora os relógios biológicos representem uma função abstrata presente em quase todos os tecidos, deve-se notar que existe um local onde toda essa atividade é centralizada. Especificamente, nos referimos a um grupo de cerca de 20.000 neurônios que compõem o núcleo supraquiasmático. Descrevemos as peculiaridades dessa estrutura nas linhas a seguir.

O núcleo supraquiasmático: relógio central do organismo humano

Conforme indicam estudos, o núcleo supraquiasmático (SCN) é o principal relógio biológico do corpo. Por meio de várias projeções, essa estrutura sincroniza ritmos periféricos e estimula a glândula pineal por meio de uma via polissináptica para que ela libere a melatonina, hormônio que desempenha um papel essencial nos ciclos do sono (entre outras coisas).

O NSQ está localizado na seção medial do hipotálamo e é composto por cerca de 20.000 neurônios dorsais ao quiasma óptico (daí seu nome). Por sua vez, o núcleo supraquiasmático pode ser dividido em duas seções: ventrolateral (núcleo) e dorsolateral (córtex).

Essas seções diferem na expressão de seus genes e na maneira como se sincronizam com os ritmos externos. Enquanto o núcleo do NSQ responde a estímulos, o córtex expressa genes constitutivamente, ou seja, eles são transcritos de forma permanente, independentemente das condições ambientais.

Quando falamos em “expressão” de genes, nos referimos aos mecanismos de transcrição e tradução. Simplificando, às vezes as proteínas codificadas pelo genoma são sintetizadas após a exposição a um estímulo ambiental (expressando assim o evento codificado), enquanto em outros casos a síntese do material proteico é ininterrupta.

A glândula pineal

O portal Cancer.gov define a glândula pineal como “um pequeno órgão localizado no cérebro que produz melatonina.” É também conhecido como “corpo pineal” e “órgão pineal”, embora sua função seja sempre a mesma. Histologicamente, é descrito como uma pequena glândula endócrina cinza-avermelhada (que libera hormônios no sangue) e do tamanho de um grão de arroz.

Compreender o papel da glândula pineal no relógio biológico central é muito complexo, então vamos resumir isso em algumas idéias básicas. Começamos destacando que as células fotossensíveis presentes nos olhos humanos detectam a presença de luz durante o dia e enviam os sinais relevantes ao núcleo supraquiasmático.

Os sinais circadianos criados viajam para o núcleo paraventricular, para a medula espinhal, para o gânglio cervical superior e, finalmente, para a glândula pineal. Essa pequena estrutura interpreta as informações fornecidas pelo NSQ e produz (ou não) consequentemente a melatonina, que hoje conhecemos como “o hormônio do sono”. Simplificando, mais melatonina é sintetizada quanto menos luz houver.

O relógio biológico e ritmos

Agora você sabe o que é o relógio biológico central e como ele regula nosso ciclo de sono de uma maneira superficial. Em qualquer caso, deve-se notar que este intrincado sistema não funciona por si mesmo, uma vez que a existência de certos “ritmos” ou “padrões” é necessária para influenciar seu funcionamento.

Esses parâmetros são conhecidos como ritmos biológicos e referem-se a uma série de oscilações nas variáveis ambientais e internas do organismo. Os ritmos nos modulam como seres vivos, pois todas as nossas atividades vitais sempre se manifestam com uma variação regular (e não como um continuum imóvel). Nas linhas a seguir, exploramos os diferentes tipos de ritmos existentes.

Ritmos circadianos

Sem dúvida, são os mais conhecidos nesta área. O NIH define esses parâmetros como “oscilações de variáveis biológicas em intervalos regulares de tempo”. Todos os seres vivos têm ritmos circadianos relacionados ao relógio biológico que se repetem ciclicamente a cada 24 horas. Estes começam no corpo (endógenos) e respondem a estímulos externos (exógenos).

Para que um ritmo circadiano seja considerado como tal, deve atender às seguintes características:

1. É endógeno e persiste sem a presença de sinais de tempo: os ritmos circadianos se repetem a cada 24 horas, embora as condições ambientais sejam constantes (por exemplo, escuridão ao longo do dia). Embora seja verdade que esses parâmetros respondem a estímulos externos ao corpo do animal, eles são capazes de persistir independentemente do ambiente.
2. É suscetível à sincronização (entrainment): os ritmos circadianos podem ser redefinidos se o corpo for exposto a certas condições ambientais, como luz e calor. Um exemplo muito claro disso ocorre quando viajamos de um continente para outro; embora as condições mudem, as rotinas se adaptam e são mantidas.
3. Ele se torna dessincronizado em face de certas condições perturbadoras: se um ser humano for exposto à luz forte por 24 horas, ele continuará a manter seus ritmos circadianos como um conceito, mas estes serão interrompidos e não funcionarão bem. Isso significa que eles existem independentemente do ambiente, mas são modulados por ele.

Os ritmos circadianos são regulados pelo relógio biológico (ou relógios biológicos) presente no corpo. O mecanismo que melhor exemplifica esse conglomerado terminológico é o circuito supraquiasmático núcleo-glândula pineal-melatonina. Isso depende do fotoperíodo e a quantidade desse hormônio sintetizado varia de acordo com as horas de luz às quais o corpo está exposto.

No entanto, deve-se notar que os ritmos circadianos vão muito além da produção de melatonina. A secreção desses hormônios também é modulada pelas seguintes substâncias:

• Hormônio adrenocorticotrófico.
• Hormônio estimulante da tireóide.
• Cortisol.
• Hormônio folículo-estimulante.
• Hormônio luteinizante.

Ritmos lunares

Embora os circadianos sejam os mais conhecidos, eles não são os únicos ritmos existentes. Por exemplo, as variações lunares (ritmos selenianos) são muito importantes para explicar certos comportamentos nos seres vivos. Alguns ciclos biológicos ocorrem em uma fase específica da lua, enquanto outros ocorrem em um ciclo específico ou no meio dele.

Vários estudos exploraram o efeito dos ciclos lunares no sono e no comportamento humano, mas os resultados permanecem controversos. Até o momento, ainda há muito a ser estudado para atingir o mesmo nível de conhecimento nessa área que o dos ritmos circadianos.

Outros ritmos e o relógio biológico

A seguir, apresentamos uma lista de outros ritmos que não são lunares nem circadianos. É de se esperar que eles também afetem o funcionamento do relógio biológico humano, mas ainda há muito a ser investigado:

• Ritmos infraradianos: são aqueles que duram mais de 24 horas. Um exemplo muito claro nesta área é o ciclo menstrual (dura 1 mês).
• Ritmos ultradianos: duram menos de 24 horas. O ciclo de descongestão nasal ocorre a cada 4 horas.
• Ritmos das marés: as marés sobem e descem em intervalos de 12 horas. Os animais marinhos ajustam seu período de atividade de acordo com este parâmetro.

Em todos os ritmos biológicos, o período de maior atividade é conhecido como acrofase. Por outro lado, quando os processos internos estão menos ativos, diz-se que o vivente está em batifase. A amplitude registra a diferença entre os dois períodos ao longo do ritmo biológico.

O relógio biológico e a mente humana

O relógio biológico controla os ritmos circadianos e, por sua vez, este modula as respostas fisiológicas do corpo. O resultado após a exposição aos estímulos parece bastante direto (se a melatonina for produzida e estiver escuro, o humano adormece), mas não é sempre assim. Na verdade, a ciência está percebendo cada vez mais que o relógio biológico vai muito além da produção de hormônios.

Um estudo muito interessante publicado na revista Frontiers in Behavioral Neuroscience explorou o papel do relógio biológico nos circuitos de raiva e agressão dos seres vivos. Para tanto, foram postuladas as seguintes hipóteses:

1. Existem ritmos previsíveis para comportamentos agressivos e raivosos em animais.
2. A interrupção dos ritmos circadianos estimula a agressividade.
3. A expressão crônica de raiva pode impedir o funcionamento adequado dos ritmos fisiológicos. Isso pode promover o aparecimento de certas condições, como doenças cardiovasculares.

A variação sazonal no domínio emocional foi demonstrada em animais não humanos de acordo com os ritmos infradianos. Em geral, os seres vivos tornam-se muito mais territoriais e hostis quando estão selecionando territórios ou acasalando. Em outras palavras, seu relógio biológico determina que eles devem atacar outros de sua espécie (ou de espécies diferentes).

Em nossa espécie, ainda há muito a ser investigado, mas intui-se que certos seres humanos com ritmos circadianos específicos (cronotipos diferentes) são mais propensos à agressão e agressividade. Mais estudos são necessários nesta área, mas espera-se que uma forte correlação seja encontrada em breve.

Relógio biológico e ritmos circadianos: o ambiente nos dá vida

Neste espaço tratamos de conceitos bastante complexos, mas todos se resumem em uma premissa: o centro do relógio biológico é o núcleo supraquiasmático (NSQ) e há muitas outras “subunidades” que o compõem em quase todos os tecidos do corpo. Os ritmos circadianos são modulados por esse conjunto de tecidos biológicos e são endógenos.

Dependendo das condições ambientais, os ritmos circadianos podem estar desajustados ou variar, mas sempre estarão presentes, mesmo que as condições sejam sempre as mesmas. Sem dúvida, o melhor exemplo que vem à mente é a viagem de um país a outro: além do jet lag inicial, você consegue se adaptar ao meio ambiente, certo? Agora você sabe que seu relógio biológico é responsável por isso e muitas outras coisas.