Uma boa noite de sono faz mais do que apenas fazer você se sentir revigorado. Durante o sono profundo, o corpo libera o hormônio do crescimento, um poderoso mensageiro químico que ajuda a construir músculos, fortalecer os ossos e regular o metabolismo da gordura. Para os adolescentes, dormir o suficiente é especialmente importante porque o hormônio do crescimento desempenha um papel importante no alcance da altura total.
Os cientistas sabem há muito tempo que o sono insuficiente pode prejudicar a produção do hormônio do crescimento. O que não ficou claro foi como o cérebro controla esse processo, especialmente durante o sono não REM, o estágio profundo e restaurador que normalmente domina a primeira parte da noite.
Agora, pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Berkeley, revelaram os circuitos cerebrais por trás dessa relação. Em um estudo publicado na revista salaA equipe identificou neurônios que regulam a liberação do hormônio do crescimento durante o sono e descobriu um sistema de feedback até então desconhecido que ajuda a manter um delicado equilíbrio entre os níveis hormonais e a vigília.
As descobertas mostram que o relacionamento funciona em ambas as direções. O sono estimula a produção do hormônio do crescimento, mas o hormônio do crescimento também envia sinais ao cérebro que afetam a nossa vigília.
As descobertas poderão, em última análise, ajudar os cientistas a desenvolver novas abordagens para o tratamento de distúrbios do sono associados a doenças metabólicas, como a diabetes, bem como a condições neurológicas, incluindo Parkinson e Alzheimer.
“As pessoas sabem que a liberação do hormônio do crescimento está intimamente relacionada ao sono, mas apenas através da coleta de sangue e da verificação dos níveis do hormônio do crescimento durante o sono”, disse Xinlu Ding, pós-doutorado no Departamento de Neurociências da UC Berkeley e no Instituto de Neurociências Helen Wills e primeiro autor do estudo. “Na verdade, estamos registrando diretamente a atividade neural em ratos para ver o que está acontecendo. Estamos fornecendo um circuito básico para trabalhar no futuro para desenvolver diferentes tratamentos.”
Por que o sono profundo é importante para o desenvolvimento e o metabolismo?
O hormônio do crescimento é mais conhecido por seu papel no desenvolvimento infantil, mas sua importância também se estende à idade adulta. Ajuda na manutenção dos músculos e ossos, ajuda a regular a forma como o corpo utiliza a gordura armazenada e afeta os níveis de açúcar no sangue.
Quando o sono é constantemente perturbado, a regulação do hormônio do crescimento pode ser afetada. Como esse hormônio ajuda a regular o metabolismo da glicose e da gordura, o sono insuficiente pode aumentar o risco de obesidade, diabetes e doenças cardíacas.
Para compreender como o cérebro coordena estes processos, os investigadores de Berkeley concentraram-se numa área chamada hipotálamo. Localizado nas profundezas do cérebro, este pequeno mas essencial centro de controle ajuda a regular o apetite, a temperatura corporal, a produção hormonal e o ciclo diário de sono e vigília. Suas funções básicas foram conservadas durante a evolução dos mamíferos.
Dentro do hipotálamo, os pesquisadores examinaram neurônios que produzem o hormônio liberador do hormônio do crescimento (GHRH) e dois tipos diferentes de neurônios que produzem somatostatina.
Esses mensageiros químicos têm funções opostas. O GHRH estimula a secreção do hormônio do crescimento, enquanto a somatostatina a suprime. Juntos, eles ajudam a controlar a quantidade de hormônio do crescimento que entra na corrente sanguínea, principalmente controlando sua liberação pela glândula pituitária, uma pequena estrutura produtora de hormônio na base do cérebro.
Os cientistas também examinaram como o hormônio do crescimento afeta o locus coeruleus, uma área do tronco cerebral que está envolvida no estado de alerta, na atenção, no pensamento e no desejo de explorar experiências novas ou desconhecidas.
A interrupção da atividade desta área tem sido associada a diversas perturbações mentais e neurológicas.
“Compreender os circuitos neurais para a liberação do hormônio do crescimento pode, em última análise, apontar para novas terapias hormonais para melhorar a qualidade do sono ou restaurar o equilíbrio normal do hormônio do crescimento”, disse Daniel Silverman, pós-doutorando da UC Berkeley e coautor do estudo. “Existem algumas terapias genéticas experimentais nas quais você tem como alvo um tipo específico de célula. Este circuito pode ser um novo recurso para tentar retardar a estimulação do locus coeruleus sobre o qual não se falou antes.”
Cientistas mapeiam circuito cerebral que controla o hormônio do crescimento
A pesquisa foi conduzida no laboratório de Yang Dan, professor de neurociência e biologia molecular e celular na UC Berkeley.
Para investigar como funcionava o circuito, a equipe estudou ratos usando eletrodos implantados em seus cérebros. Os cientistas registraram a atividade neural usando luz para estimular neurônios específicos no hipotálamo, permitindo-lhes ver como diferentes partes do sistema responderam.
Os ratos são particularmente úteis para estudar a regulação do sono porque os seus padrões de sono diferem significativamente dos dos humanos. Em vez de dormirem durante um longo período de cada noite, os ratos normalmente dormem em episódios breves que duram apenas alguns minutos, espalhados ao longo do dia e da noite.
Isso deu aos pesquisadores repetidas oportunidades para examinar como a atividade neural e a regulação do hormônio do crescimento mudavam entre o momento em que os animais estavam dormindo e acordados.
Usando técnicas avançadas para explorar as conexões entre as células cerebrais, a equipe descobriu que o GHRH e a somatostatina se comportam de maneira diferente dependendo do estágio do sono.
Durante o sono de movimento rápido dos olhos (REM), o estágio normalmente associado a sonhos vívidos, a atividade associada ao GHRH e à somatostatina aumenta. Embora estas hormonas normalmente tenham efeitos opostos, a sua actividade coordenada durante esta fase contribui para a libertação da hormona do crescimento.
Durante o sono não REM, o padrão muda. A actividade da somatostatina é reduzida, reduzindo assim o seu efeito inibitório, enquanto a actividade da GHRH é modestamente aumentada. Esta combinação também promove a secreção do hormônio do crescimento.
Esta descoberta ajuda a explicar como diferentes fases do sono podem apoiar a libertação das mesmas hormonas essenciais através de diferentes padrões de atividade cerebral.
O hormônio do crescimento também ajuda a controlar quando estamos acordados.
Talvez a descoberta mais surpreendente tenha sido a de que o hormônio do crescimento não responde simplesmente aos sinais do cérebro adormecido. Também afeta os circuitos cerebrais que controlam a vigília.
À medida que a hormona do crescimento se acumula lentamente durante o sono, estimula os neurónios no locus coeruleus, aumentando a sua actividade e ajudando a promover a transição para a vigília.
Isto cria um ciclo de feedback no qual o sono estimula a liberação do hormônio do crescimento, e a atividade hormonal resultante ajuda a regular o ciclo sono-vigília.
Os pesquisadores também identificaram uma complicação inesperada. Embora uma maior atividade no locus coeruleus geralmente promova o estado de alerta, a estimulação excessiva pode ter o efeito oposto.
Num estudo anterior publicado no mesmo ano, Silverman demonstrou que quando os neurónios nesta região ficam excessivamente excitados, podem paradoxalmente promover a sonolência em vez da vigília.
Juntas, estas descobertas revelam um sistema cuidadosamente regulado no qual o cérebro deve equilibrar sinais concorrentes para manter o sono saudável e a atividade hormonal.
Os cientistas descrevem este tipo de processo de autorregulação como homeostase, a capacidade do corpo de manter condições internas estáveis, mesmo quando o ambiente e as demandas fisiológicas mudam.
“Isso sugere que o sono e o hormônio do crescimento formam um sistema fortemente equilibrado: pouco sono reduz a liberação do hormônio do crescimento, e muito hormônio do crescimento pode levar o cérebro à vigília”, disse Silverman. “O sono estimula a liberação do hormônio do crescimento, e o hormônio do crescimento retorna para regular a vigília, e esse equilíbrio é essencial para o crescimento, reparo e saúde metabólica”.
Uma conexão surpreendente entre sono e saúde cerebral
O sistema de feedback recentemente identificado pode ter implicações além do desenvolvimento físico e do metabolismo.
Como o locus coeruleus ajuda a regular a atenção, o estado de alerta e a função cognitiva, os efeitos do hormônio do crescimento nesta área sugerem que ele também pode desempenhar um papel na eficácia do funcionamento do cérebro após acordar.
Isto levanta a possibilidade de que a manutenção de ritmos saudáveis de sono e hormônio do crescimento possa ajudar tanto na melhoria física quanto no desempenho mental.
“O hormônio do crescimento não só ajuda a construir músculos e ossos e a reduzir o tecido adiposo, mas também pode ter benefícios cognitivos, aumentando seu nível geral de excitação ao acordar”, disse Ding.
Ao identificar as células cerebrais específicas e as vias de sinalização envolvidas, os investigadores forneceram uma base para explorar tratamentos que visam perturbações do sono e regulação hormonal.
Tais abordagens podem, em última análise, ser úteis para pessoas com distúrbios do sono relacionados a distúrbios metabólicos ou doenças neurológicas. No entanto, as experiências foram realizadas em ratos, e serão necessárias pesquisas adicionais para determinar como estes mecanismos funcionam em humanos e se podem ser alvo de tratamentos com segurança.
As descobertas sublinham um princípio fundamental da biologia do sono: o descanso não é simplesmente um período em que o cérebro desliga. É um processo ativo e cuidadosamente coordenado no qual os hormônios e os circuitos neurais se comunicam continuamente para apoiar o crescimento, o reparo, o metabolismo e a consciência.
Financiamento de pesquisa e contribuidores
A pesquisa foi apoiada pelo Howard Hughes Medical Institute (HHMI), que apoiou Dan como investigador do HHMI até o ano da publicação do estudo, e pelo Pivotal Life Sciences Chancellor’s Chair Fund.
Dan ocupa a Cátedra Pivotal do Chanceler de Ciências da Vida em Neurociências.
Coautores adicionais incluem Peng Zhong, Bing Li, Chenyan Ma, Lihui Lu, Grace Jiang, Zhe Zhang, Xiaolin Huang, Xun Tu e Xiu da UC Berkeley, juntamente com Melissa Tian, bem como Fu-Jiun Huang e Jun Ding da Universidade de Stanford.
