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INTRODUÇÃO À CRONOBIOLOGIA




PROF. LEANDRO DUARTE
Centro de Ciências da Saúde/UFRB
Grupo Multidisciplinar de Desenvolvimento e Ritmos Biológicos
Instituto de Ciências Biomédicas da USP
Cronobiologia
        Cronobiologia

          O que é?

    onde/quando surgiu?

      Para que serve?

Exemplos de perguntas atuais
Cronobiologia




Ritmos Biológicos

   exemplos
Cronobiologia




Ciclo vigília/sono humano
FISIOLOGIA
       &
CRONOBIOLOGIA
FISIOLOGIA MODERNA
• 1813-1868: Claude
  Bernard

• Função Glicogênica
  do Fígado e curare

• millieu intèrieur
Ciência experimental
Penso que importa muito dirigir desde cedo o espírito dos alunos
              para a ciência experimental ativa,
     fazendo-lhes compreender que ela se desenvolve nos
                         laboratórios,
   em vez de lhes deixar acreditar que reside nos livros e na
                        interpretação
                   dos escritos dos antigos.


                 “Pai” da moderna Fisiologia
                 Experimental
                 1865 “Introdução ao Estudo da
                 Medicina Experimental”
ÁGUA
CONTEÚDO SALINO DO SANGUE
AÇÚCAR
PROTEÍNAS            1926: Walter Cannon (elaboração
GORDURAS             do termo => homoio, similar,
                     parecido
CÁLCIO                      stasis, parada
OXIGÊNIO             Busca constante do equilíbrio
                     “Sabedoria do Corpo” 1946
ÁCIDO/BASE
TEMPERATURA
SISTEMA NERVOSO
Hipovolemia                              HIPOTÁLAMO
   Dor – Estresse
   Hipoglicemia


                                                              CRH
                                              (-)


  Mecanismo de retroalimentação                     ADENOHIPÓFISE
homeostático da secreção de Cortisol
                                              (-)             ACTH

                                       Cortisol          Adrenal
Variáveis fisiológicas
                Valores   Faixa de       Valores limites   Unidades
                normais normalidade     (Quase letais ou
                                             letais )
Oxigênio (O2)   40      35 - 45       10 – 1.000           mmHg
Diox. Carb.     40      35 - 45       5 - 80               mmHg
(CO2)
Na+             142     138 - 146     115 - 175            mmol/L
K+              4,2     3,8 – 5,0     1,5 – 9,0            mmol/L
Ca2+            1,2     1,0 – 1,4     0,5 – 2,0            mmol/L
Cl-             108     103 - 112     70 - 130             mmol/L
HCO3-           28      24 - 32       8 - 45               mmol/L
Glicose         85      75 - 95       20 – 1.500           mg/dL
Temp. corp.     36,5    36 - 37       18,3 – 43,3          o
                                                               C
pH              7,4     7,3 – 7,5     6,9 – 8,0            pH
EXERCÍCIO FÍSICO

     Contração muscular                    Calor




                      Sangue


Hipotálamo anterior            Simpático
(área pré-optica)

                                     Vasodilatação

                                                         Calor
     Hipotálamo posterior       Receptores periféricos
Qual é a nossa temperatura
          normal?
TEMPATILUMI
Temperatura Central (24h)
                                         Sono secundário
38                                                                Sono principal
         Efeito “exercício”


37



36



35
                                             Efeito “feijoada”


34
                              vigília                  Porque a temperatura
                                                             oscila?
33
     0    2       4       6       8     10   12     14      16   18   20      22   24
                                                                   tempo (horas)
Os ritmos biológicos são apenas resposta à
ciclicidade do ambiente?



                           de Mairan,
                             1729
12 15 18 21   00 03   06 09 12 15 18 21   00 03 06 09 12
dias
12 15 18 21   00 03   06 09 12 15 18 21   00 03 06 09 12
dias
12 15 18 21   00 03   06 09 12 15 18 21   00 03 06 09 12
dias
Isolamento Temporal em Caverna
Atividade/Repouso
     Rítmico




Atividade/Repouso
    Arrítmico
Núcleos supraquiasmáticos
  (Moore & Lenn, 1972)
2)




                             τ
                         P
Osciladores




              RITMO EM LIVRE CURSO
                 RITMO ARRASTADO
Cronobiologia




Sincronização ocorre por
     arrastamento
RITMO
SINCRONIZADO




                dias
     RITMO EM
  LIVRE CURSO
Depressão e ritmo de
   atividade/repouso




“O tempo do eu não está no mesmo ritmo que o tempo do mundo”
Hipovolemia                             HIPOTÁLAMO
     Dor – Estresse
     Hipoglicemia                              NSQ


                                                               CRH
                                               (-)


                                                     ADENOHIPÓFISE

                                               (-)             ACTH

                                        Cortisol          Adrenal
Células do córtex da adrenal in vitro
Alguns ritmos biológicos…
Cronobiologia




    Circadianos

  Ciclo vigília/sono

Temperatura corporal
Cronobiologia




      Ultradianos

  Batimentos cardíacos

Movimentos respiratórios
Cronobiologia



 Infradianos

Ciclo menstrual

 Reprodução
1000
                                                     1200
                                                            1400
                                                                   1600
                                                                          1800
                                                                                 2000




                      200
                            400
                                  600
                                        800




                  0
               6:00




MESOR
              12:00
              18:00
               0:00
               6:00
              12:00
              18:00
               0:00
               6:00




    Período
              12:00
                                                curva
                                              ajustada




              18:00
               0:00
               6:00
              12:00
              18:00
               0:00
                                                                                   PARÂMETROSAMPLITUDE




               6:00
              12:00
ACROFASE




              18:00
               0:00
A GLÂNDULA PINEAL


         DIA                 NOITE

       MELATONINA




AGENTE TEMPORIZADOR DO MEIO INTERNO
          INVERNO
          VERÃO


       MELATONINA
DESSINCRONIZAÇÃO
Dividindo o STC em dois:

•   Ritmos mais plásticos: ciclo vigília/sono, volume urinário,
    resposta a teste de desempenho




•   Ritmos mais rígidos: temperatura central, sono REM, cortisol
Dessincronizações
• Jet lag
• Segunda-feira
• Férias-escola
  (trabalho)
• Trabalho em turnos
  rotativos
• Trabalho turno
  noturno
Problemas gastrintestinais        Irritabilidade




ansiedade




                     Sonolência em horários
                          “impróprios”

Depressão


                                   Maior susceptibilidade a infecções
            Problemas psíquicos
Diferenças
ontogenéticas
Modificações da ritmicidade biológica
Componentes de freqüências

  CVS: ultradiano     circadiano
Modificações da ritmicidade biológica
 Relação de fase

Criança        Adolescente     Idoso
Período escolar
                                                  matutino
Desenvolvimento
puberal




                  SONO NOTURNO



                                                   Período escolar
                                                   vespertino
Ambiente urbano


 19:00 21:00 23:00 01:00 03:00 05:00 07:00 09:00 11:00
CVS
               MODIFICAÇÕES


VIGÍLIA
                                          JOVEM

 SONO

VIGÍLIA

              DIA        NOITE             IDOSO
 SONO

   0      6   12    18    0      6   12   18   0
Diferenças individuais
Cronobiologia



Indivíduos matutinos e
     vespertinos




        www.crono.icb.usp.br/cronotipo
www.crono.icb.usp.br/cronotipo.htm
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS


    •   Facilidade acordar 1as horas da manhã
    •   Dificuldade vigília além do horário de dormir
    •   Estabilidade semana x final de semana (CVS)
M   •   Boa eficiência de sono; menor sonolência diurna
    •   Menos cochilos, menores problemas de atenção
    •   Menores indisposições emocionais
    •   Menor uso de cafeína e benzodiazepínicos


       Atraso do início do sono
       Atraso do início da vigília
       Instabilidade semana x final de semana (CVS)
V      Baixa eficiência de sono; maior sonolência diurna
       Mais cochilos, maiores problemas de atenção
       Maiores indisposições emocionais
       Maior uso de cafeína e benzodiazepínicos
Diferenças de fase

            Cortisol


  P.A 55 min    Bailey, 2001


           Melatonina


S.Rc 2h 06min Griefahn, 2002
Relação de fase
entre os ritmos




     Baehr et al., 2000
Pesquisas atuais
                                                       V a r ia b le : H O , D is t r ib u t io n : N o r m a l
                                          C h i- S q u a r e t e s t = 3 2 7 , 3 8 6 1 5 , d f = 1 4 , p = 0 , 0 0 0 0 0
                  3000



                  2500



                  2000



                  1500



                  1000
No. of observations




                      500



                        0
                            5   10   15   20     25      30       35       40        45       50       55         60   65   70   75   80   85   90
                                                                        C a t e g o r y ( u p p e r lim it s )
Cronotipos e gênero
      4 7 ,0


      4 6 ,8


      4 6 ,6


      4 6 ,4


      4 6 ,2


      4 6 ,0


      4 5 ,8
HO score




      4 5 ,6


      4 5 ,4


      4 5 ,2


      4 5 ,0
                     F e m a le   M a le
Cronotipos e idade
      80



      70



      60



      50
AGE




      40



      30



      20



      10
           16   22   28   34   40   46       52     58   64   70   76

                                     H O s c o re
4 8 ,5



            4 8 ,0



            4 7 ,5



            4 7 ,0



            4 6 ,5




Mean HO score
            4 6 ,0



            4 5 ,5



            4 5 ,0
                     L a t itu d e r a n g e   0 -1 6 º   17 - 25º   26 - 32º
Diferentes latitudes Brasileiras
                                                                                                                   420




                                                                                                                   410
          49



                                                                                                                   400

          48


                                                                                                                   390

          47




                                                                                                     Insolation w/m²
                                                                                                                   380


          46
mean HO score




                                                                                                                   370



          45
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                0   2   4   6   8   10   12   14      16    18    20   22   24   26   28   30   32                       0º   2   4   6   8   10   12 14 16   18 20 22   24 26 28 30   32 °

                                                   L a titu d e
Auto-conhecimento




“A máxima igualdade é aquela que permite
       o exercício das diferenças”
Aplicações da Cronobiologia
Aplicações gerais
• Enriquecimento de
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  Ciências
Aplicações em Pesquisa
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• Laboratório controlado
Organização de atividades
             sociais
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• Fábricas/Escritórios/
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Cronopatologia
• Momento do
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                 Relação de fase entre diferentes
                              ritmos

                            Arrastamento


                          Período endógeno

                        Dieta “cronobiológica”

Variações de humor, depressão sazonal, desempenho,
                     Cognição…
*) Ordem temporal interna
Variáveis fisiológicas




                         Cortisol         HC
                                    T°C


                             Enzimas

                         Melatonina


                                          Horas
Revistas
lduarte@ufrb.edu.br




                      http://www.crono.icb.usp.br/
Carl von Linné

 (1707-1778)
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Cronobiologia 1

  • 1. INTRODUÇÃO À CRONOBIOLOGIA PROF. LEANDRO DUARTE Centro de Ciências da Saúde/UFRB Grupo Multidisciplinar de Desenvolvimento e Ritmos Biológicos Instituto de Ciências Biomédicas da USP
  • 2. Cronobiologia Cronobiologia O que é? onde/quando surgiu? Para que serve? Exemplos de perguntas atuais
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 8. FISIOLOGIA & CRONOBIOLOGIA
  • 9. FISIOLOGIA MODERNA • 1813-1868: Claude Bernard • Função Glicogênica do Fígado e curare • millieu intèrieur
  • 10. Ciência experimental Penso que importa muito dirigir desde cedo o espírito dos alunos para a ciência experimental ativa, fazendo-lhes compreender que ela se desenvolve nos laboratórios, em vez de lhes deixar acreditar que reside nos livros e na interpretação dos escritos dos antigos. “Pai” da moderna Fisiologia Experimental 1865 “Introdução ao Estudo da Medicina Experimental”
  • 11. ÁGUA CONTEÚDO SALINO DO SANGUE AÇÚCAR PROTEÍNAS 1926: Walter Cannon (elaboração GORDURAS do termo => homoio, similar, parecido CÁLCIO stasis, parada OXIGÊNIO Busca constante do equilíbrio “Sabedoria do Corpo” 1946 ÁCIDO/BASE TEMPERATURA SISTEMA NERVOSO
  • 12.
  • 13. Hipovolemia HIPOTÁLAMO Dor – Estresse Hipoglicemia CRH (-) Mecanismo de retroalimentação ADENOHIPÓFISE homeostático da secreção de Cortisol (-) ACTH Cortisol Adrenal
  • 14. Variáveis fisiológicas Valores Faixa de Valores limites Unidades normais normalidade (Quase letais ou letais ) Oxigênio (O2) 40 35 - 45 10 – 1.000 mmHg Diox. Carb. 40 35 - 45 5 - 80 mmHg (CO2) Na+ 142 138 - 146 115 - 175 mmol/L K+ 4,2 3,8 – 5,0 1,5 – 9,0 mmol/L Ca2+ 1,2 1,0 – 1,4 0,5 – 2,0 mmol/L Cl- 108 103 - 112 70 - 130 mmol/L HCO3- 28 24 - 32 8 - 45 mmol/L Glicose 85 75 - 95 20 – 1.500 mg/dL Temp. corp. 36,5 36 - 37 18,3 – 43,3 o C pH 7,4 7,3 – 7,5 6,9 – 8,0 pH
  • 15. EXERCÍCIO FÍSICO Contração muscular Calor Sangue Hipotálamo anterior Simpático (área pré-optica) Vasodilatação Calor Hipotálamo posterior Receptores periféricos
  • 16. Qual é a nossa temperatura normal?
  • 17.
  • 19. Temperatura Central (24h) Sono secundário 38 Sono principal Efeito “exercício” 37 36 35 Efeito “feijoada” 34 vigília Porque a temperatura oscila? 33 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 tempo (horas)
  • 20.
  • 21. Os ritmos biológicos são apenas resposta à ciclicidade do ambiente? de Mairan, 1729
  • 22.
  • 23.
  • 24.
  • 25. 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 dias
  • 26. 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 dias
  • 27. 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 dias
  • 29.
  • 30.
  • 31. Atividade/Repouso Rítmico Atividade/Repouso Arrítmico
  • 32.
  • 33. Núcleos supraquiasmáticos (Moore & Lenn, 1972)
  • 34. 2) τ P Osciladores RITMO EM LIVRE CURSO RITMO ARRASTADO
  • 36. RITMO SINCRONIZADO dias RITMO EM LIVRE CURSO
  • 37.
  • 38.
  • 39. Depressão e ritmo de atividade/repouso “O tempo do eu não está no mesmo ritmo que o tempo do mundo”
  • 40.
  • 41.
  • 42.
  • 43.
  • 44. Hipovolemia HIPOTÁLAMO Dor – Estresse Hipoglicemia NSQ CRH (-) ADENOHIPÓFISE (-) ACTH Cortisol Adrenal Células do córtex da adrenal in vitro
  • 46.
  • 47.
  • 48. Cronobiologia Circadianos Ciclo vigília/sono Temperatura corporal
  • 49. Cronobiologia Ultradianos Batimentos cardíacos Movimentos respiratórios
  • 51. 1000 1200 1400 1600 1800 2000 200 400 600 800 0 6:00 MESOR 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 Período 12:00 curva ajustada 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 PARÂMETROSAMPLITUDE 6:00 12:00 ACROFASE 18:00 0:00
  • 52. A GLÂNDULA PINEAL DIA NOITE MELATONINA AGENTE TEMPORIZADOR DO MEIO INTERNO INVERNO VERÃO MELATONINA
  • 54. Dividindo o STC em dois: • Ritmos mais plásticos: ciclo vigília/sono, volume urinário, resposta a teste de desempenho • Ritmos mais rígidos: temperatura central, sono REM, cortisol
  • 55. Dessincronizações • Jet lag • Segunda-feira • Férias-escola (trabalho) • Trabalho em turnos rotativos • Trabalho turno noturno
  • 56. Problemas gastrintestinais Irritabilidade ansiedade Sonolência em horários “impróprios” Depressão Maior susceptibilidade a infecções Problemas psíquicos
  • 58.
  • 59. Modificações da ritmicidade biológica Componentes de freqüências CVS: ultradiano circadiano
  • 60. Modificações da ritmicidade biológica Relação de fase Criança Adolescente Idoso
  • 61. Período escolar matutino Desenvolvimento puberal SONO NOTURNO Período escolar vespertino Ambiente urbano 19:00 21:00 23:00 01:00 03:00 05:00 07:00 09:00 11:00
  • 62. CVS MODIFICAÇÕES VIGÍLIA JOVEM SONO VIGÍLIA DIA NOITE IDOSO SONO 0 6 12 18 0 6 12 18 0
  • 64. Cronobiologia Indivíduos matutinos e vespertinos www.crono.icb.usp.br/cronotipo
  • 66.
  • 67.
  • 68.
  • 69.
  • 70. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS • Facilidade acordar 1as horas da manhã • Dificuldade vigília além do horário de dormir • Estabilidade semana x final de semana (CVS) M • Boa eficiência de sono; menor sonolência diurna • Menos cochilos, menores problemas de atenção • Menores indisposições emocionais • Menor uso de cafeína e benzodiazepínicos  Atraso do início do sono  Atraso do início da vigília  Instabilidade semana x final de semana (CVS) V  Baixa eficiência de sono; maior sonolência diurna  Mais cochilos, maiores problemas de atenção  Maiores indisposições emocionais  Maior uso de cafeína e benzodiazepínicos
  • 71. Diferenças de fase Cortisol P.A 55 min Bailey, 2001 Melatonina S.Rc 2h 06min Griefahn, 2002
  • 72. Relação de fase entre os ritmos Baehr et al., 2000
  • 73. Pesquisas atuais V a r ia b le : H O , D is t r ib u t io n : N o r m a l C h i- S q u a r e t e s t = 3 2 7 , 3 8 6 1 5 , d f = 1 4 , p = 0 , 0 0 0 0 0 3000 2500 2000 1500 1000 No. of observations 500 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 C a t e g o r y ( u p p e r lim it s )
  • 74. Cronotipos e gênero 4 7 ,0 4 6 ,8 4 6 ,6 4 6 ,4 4 6 ,2 4 6 ,0 4 5 ,8 HO score 4 5 ,6 4 5 ,4 4 5 ,2 4 5 ,0 F e m a le M a le
  • 75. Cronotipos e idade 80 70 60 50 AGE 40 30 20 10 16 22 28 34 40 46 52 58 64 70 76 H O s c o re
  • 76. 4 8 ,5 4 8 ,0 4 7 ,5 4 7 ,0 4 6 ,5 Mean HO score 4 6 ,0 4 5 ,5 4 5 ,0 L a t itu d e r a n g e 0 -1 6 º 17 - 25º 26 - 32º
  • 77. Diferentes latitudes Brasileiras 420 410 49 400 48 390 47 Insolation w/m² 380 46 mean HO score 370 45 360 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 0º 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 ° L a titu d e
  • 78. Auto-conhecimento “A máxima igualdade é aquela que permite o exercício das diferenças”
  • 80. Aplicações gerais • Enriquecimento de todas as áreas das Ciências
  • 81. Aplicações em Pesquisa • Planejamento de coleta de dados • Inovações nos sistemas de monitoramento
  • 83. Organização de atividades sociais • Escolar • Avaliação de desempenho humano • Fábricas/Escritórios/ Hospitais
  • 84. Cronopatologia • Momento do diagnóstico • Aplicação do tratamento (quimioterápicos) • Administração de fármacos
  • 85.
  • 86. Perspectivas de estudos…. Relação de fase entre diferentes ritmos Arrastamento Período endógeno Dieta “cronobiológica” Variações de humor, depressão sazonal, desempenho, Cognição…
  • 87. *) Ordem temporal interna Variáveis fisiológicas Cortisol HC T°C Enzimas Melatonina Horas
  • 88.
  • 90. lduarte@ufrb.edu.br http://www.crono.icb.usp.br/
  • 91. Carl von Linné (1707-1778)
  • 92. PROJETO: Exposição Itinerante “Ritmos da Vida”

Notas do Editor

  1. An example of a circadian clock. In the plant, Mimosa, a clock controls the day/night leaf openings. Leaves are closed up at night.
  2. … and are open during the day. This is the sensitivity plant that de Mairan probably studied when he first demonstrated the endogenous nature of biological rhythms. The leaves of the plant also close when they are touched.