Θέση υπερδραστηριακού πυρήνα, λειτουργίες και τροποποιήσεις

Το υπερκασιακός πυρήνας (NSQ) αποτελείται από δύο μικρές δομές του εγκεφάλου (ένα σε κάθε εγκεφαλικό ημισφαίριο) που αποτελείται από νευρώνες που ρυθμίζουν τους βιολογικούς ρυθμούς.

Αυτές οι δομές έχουν το σχήμα των φτερών και είναι το μέγεθος της κορυφής ενός μολυβιού. Βρίσκονται στο πρόσθιο τμήμα του υποθαλάμου.

Ο υπερκασματικός πυρήνας χαρακτηρίζεται από το ότι είναι το εσωτερικό μας ρολόι, ελέγχοντας τους κιρκάδιους ρυθμούς μας. Είναι υπεύθυνος για τη δημιουργία κύκλων ύπνου και αφύπνισης κοντά σε 24 ώρες.

Αυτό ενεργοποιεί μια σειρά νευρωνικών και ορμονικών συμβάντων για τον έλεγχο διαφορετικών λειτουργιών του οργανισμού στον 24ωρο κύκλο. Για αυτό, χρησιμοποιεί περίπου 20.000 νευρώνες. Αυτή η δομή αλληλεπιδρά με πολλές άλλες περιοχές του εγκεφάλου.

Ακόμη και χωρίς εξωτερικά σήματα καιρού, διατηρούνται αυτοί οι βιολογικοί ρυθμοί. Ωστόσο, το φως του ήλιου και άλλα περιβαλλοντικά ερεθίσματα επηρεάζουν τη διατήρηση αυτού του 24ωρου κύκλου. Δηλαδή, το φως πρέπει να αναπροσαρμόζει το εσωτερικό ρολόι κάθε πρωί έτσι ώστε ο οργανισμός να παραμένει σε συγχρονισμό με τον έξω κόσμο.

Οι έρευνες που διεξάγονται με μεμονωμένους νευρώνες του υπερκασματικού πυρήνα δείχνουν ότι κάθε ένα από αυτά είναι ένα λειτουργικό ρολόι. Αυτά συγχρονίζονται με τη δραστηριότητα των γειτονικών τους κυττάρων.

Έχει βρεθεί, σε πολλά πειράματα, ότι οι διακυμάνσεις του ανθρώπινου κιρκαδιανού κύκλου διατηρούνται ακόμη και όταν είμαστε απομονωμένοι από το φως της ημέρας.

Από την άλλη πλευρά, σε πειράματα με τρωκτικά στα οποία καταστράφηκαν υπερχασματικοί πυρήνες, οι κύκλοι ύπνου και αφύπνισης έγιναν εντελώς αποδιοργανωμένοι.

Φαίνεται ότι αυτός ο μηχανισμός δεν είναι μόνο ενδογενής, αλλά και γενετικής προέλευσης. Αυτοί οι ρυθμοί ενεργοποιούνται από την κυκλική δραστηριότητα ορισμένων γονιδίων. Συγκεκριμένα, η κιρκαδική δραστηριότητα είναι μια αντανάκλαση ενός ρυθμικού μοντέλου έκφρασης βασικών γονιδίων. Αυτά είναι γνωστά ως "γονίδια ρολογιού".

Τοποθεσία

Ο υπερκασματικός πυρήνας βρίσκεται στη βάση του εγκεφάλου, δίπλα στον υποθάλαμο. Το όνομά του είναι επειδή βρίσκεται πάνω από το οπτικό chiasm, όπου τα οπτικά νεύρα διασχίζουν. Βρίσκονται διμερώς σε κάθε πλευρά της τρίτης εγκεφαλικής κοιλίας.

Αυτός ο πυρήνας βρίσκεται σε στρατηγική θέση για να είναι σε θέση να λαμβάνει σήματα από τα οπτικά νεύρα, υποδεικνύοντας την ένταση του φωτός που εισέρχεται στον αμφιβληστροειδή.

Λειτουργίες

Τα ζωντανά όντα προσαρμόζονται στο υπάρχον περιβάλλον με στόχο τη διατήρηση της επιβίωσης του είδους. Για να γίνει αυτό, έχουν αναπτύξει δύο θεμελιώδεις καταστάσεις συμπεριφοράς: τη δραστηριότητα και την προσαρμοστική συμπεριφορά και την ξεκούραση.

Στα θηλαστικά, αυτές οι καταστάσεις αναγνωρίζονται ως αφύπνιση και ύπνος. Αυτά συμβαίνουν σε ακριβείς κύκλους 24 ωρών που έχουν εξελιχθεί ως προσαρμογή στον ηλιακό κύκλο του φωτός και του σκότους.

Είναι πλέον γνωστό ότι αυτοί οι κιρκαδικοί ρυθμοί βρίσκονται σε κύτταρα σε όλο το σώμα. Ο υπερκασματικός πυρήνας είναι ο κιρκαδικός βηματοδότης που ελέγχει τους χρόνους ανάπαυσης, τη δραστηριότητα, τη θερμοκρασία του σώματος, την πείνα και την ορμονική έκκριση. Για να γίνει αυτό, συντονίζεται με άλλες περιοχές του εγκεφάλου και άλλους ιστούς του σώματος.

Με την έκθεση στο φως, ο υπερκασματικός πυρήνας μας λέει ότι είναι καιρός να είμαστε ξύπνιοι. Αυξάνει τη θερμοκρασία του σώματος και αυξάνει την παραγωγή ορμονών όπως η κορτιζόλη.

Επιπλέον, καθυστερεί την απελευθέρωση ορμονών όπως η μελατονίνη, η αύξηση της οποίας σχετίζεται με την έναρξη του ύπνου και συνήθως συμβαίνει όταν αντιλαμβανόμαστε ότι το περιβάλλον είναι σκοτεινό. Αυτά τα επίπεδα παραμένουν υψηλά όλη τη νύχτα, ώστε να μπορούμε να κοιμόμαστε σωστά.

Οι νευρώνες εκπέμπουν δυνατότητες δράσης σε ρυθμούς 24 ωρών. Συγκεκριμένα, το μεσημέρι, ο ρυθμός πυροδότησης των νευρώνων φθάνει σε ένα μέγιστο επίπεδο. Ωστόσο, καθώς πέφτει η νύχτα, τα δυναμικά δράσης μειώνουν τη συχνότητά τους.

Το ραχιαίο μέρος αυτού του πυρήνα είναι αυτό που πιστεύεται ότι είναι υπεύθυνο για ενδογενείς κύκλους 24 ωρών. Δηλαδή, μπορούμε να διατηρήσουμε τους κιρκάδιους ρυθμούς μας παρά το να μας κρατάμε στο σκοτάδι.

Πώς λειτουργεί ο υπερκασματικός πυρήνας?

Όταν το φως του περιβάλλοντος φτάσει στον αμφιβληστροειδή, ενεργοποιεί φωτοευαίσθητα κύτταρα που ονομάζονται κύτταρα γάγγλων. Αυτά τα κύτταρα μετατρέπουν τα ελαφριά σωματίδια (φωτόνια) σε ηλεκτρικά σήματα. Οι νευρώνες στον αμφιβληστροειδή στέλνουν αυτά τα σήματα μέσω των οπτικών νεύρων.

Αυτά τα νεύρα διασταυρώνονται σχηματίζοντας την οπτική chiasm. Αργότερα, οι οπτικές πληροφορίες φθάνουν στο πίσω μέρος του εγκεφάλου, που ονομάζεται ινιακή λοβός. Εκεί επεξεργάζεται με τη μορφή εικόνων που συνειδητά αντιλαμβανόμαστε.

Ωστόσο, υπάρχει μια ομάδα νευρώνων που προέρχονται από το οπτικό chiasm και φτάνουν στον υπερκασματικό πυρήνα για να ασκήσουν τις κυκλικές λειτουργίες του οργανισμού. Έτσι, αυτός ο πυρήνας αποφασίζει να ενεργοποιήσει ή να αναστείλει τον επιγονικό αδένα έτσι ώστε να εκκρίνει διάφορες ορμόνες. Μεταξύ αυτών, η μελατονίνη.

Οι κιρκαδικές επιρροές των νευρώνων του υπερκασματικού πυρήνα διαστέλλονται μέσω των διαφόρων οργάνων-στόχων του σώματος με διαφορετικά νευρωνικά σήματα και με την κυκλοφορία της μελατονίνης.

Ο υπερκασματικός πυρήνας ρυθμίζει την έκκριση μελατονίνης από τον επιγονικό αδένα σύμφωνα με το φως και το σκοτάδι του περιβάλλοντος. Η μελατονίνη είναι μια ουσία που ελέγχει τον ύπνο και άλλες κυκλικές δραστηριότητες του σώματος. 

Η μελατονίνη έχει μια λειτουργία τόσο της κλήσης με ρολόι κάθε ώρα της ημέρας, όσο και του ημερολογίου που δείχνει την εποχή του χρόνου σε όλους τους ιστούς του σώματος.

Έχει βρεθεί ότι οι μεταβολές της μελατονίνης σχετίζονται με τις διαταραχές του ύπνου που είναι χαρακτηριστικές της γήρανσης, της νόσου του Alzheimer και άλλων νευροεκφυλιστικών ασθενειών. Στην πραγματικότητα, φαίνεται να έχει αντιοξειδωτικές επιδράσεις, προστατεύοντας τους νευρώνες μας.

Μεταβολές του υπερκασματικού πυρήνα

Η δραστηριότητα του μπορεί να μεταβληθεί σε διαφορετικά στάδια της ζωής. Για παράδειγμα, σε εφήβους, τα επίπεδα μελατονίνης αυξάνονται αργότερα από ό, τι στα περισσότερα παιδιά και ενήλικες. Εξαιτίας αυτού, μπορεί να έχουν δυσκολία να πάνε νωρίς στο κρεβάτι.

Από την άλλη πλευρά, στους ηλικιωμένους, υπάρχουν περισσότερες αφυπνίσεις κατά τη διάρκεια της νύχτας καθώς η απελευθέρωση της μελατονίνης μεταβάλλεται καθώς γερνάμε.

Η λειτουργία του υπερκασματικού πυρήνα μπορεί να απορυθμιστεί από εξωτερικούς παράγοντες. Αυτό συμβαίνει με το jet lag ή εάν δεν συντηρούμε καθημερινό ρουτίνα και αναγκάζουμε το σώμα μας να μείνει ξύπνιο τη νύχτα.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι, σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως ο Αλτσχάιμερ, οι κιρκαδικοί ρυθμοί μεταβάλλονται λόγω της προοδευτικής απώλειας νευρώνων στον υπερκασματικό πυρήνα.

Αναφορές

1. Benarroch, Ε. Ε. (2008). Υπερκεισματικός πυρήνας και μελατονίνη Αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις και κλινικές συσχετίσεις. Neurology, 71 (8), 594-598.
2. Mirmiran, Μ., Swaab, D.F., Kok, J.H., Hofman, Μ.Α., Witting, W., & Van Gool, W.A. (1992). Οι κύκνοι του κύκλου και ο υπερκασματικός πυρήνας στην περιγεννητική ανάπτυξη, τη γήρανση και τη νόσο του Alzheimer. Η πρόοδος στην έρευνα του εγκεφάλου, 93, 151-163.
3. Moore, R.Y. (2007). Ο υπεραχιμαστικός πυρήνας στην ρύθμιση του ύπνου-αφύπνισης. Υπνοθεραπεία, 8, 27-33.
4. ΟΔΗΓΗΣΗΣ SLEEP ΚΑΙ ΤΟ ΡΟΛΟ ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΣΑΣ. (s.f.). Ανακτήθηκε στις 20 Απριλίου 2017, από το National Sleep Foundation: sleepfoundation.org.
5. Υπερτραχιαστικός πυρήνας. (s.f.). Ανακτήθηκε στις 20 Απριλίου 2017, από τη Wikipedia: en.wikipedia.org.
6. Ο ανθρώπινος υπερτραχιασμένος πυρήνας. (s.f.). Ανακτήθηκε στις 20 Απριλίου 2017, από τη BioInteractive: hhmi.org.
7. ΤΟ SUPRACHIASMATIC NUCLEI ΚΑΙ ΤΟ PINEAL GLAND. (s.f.). Ανακτήθηκε στις 20 Απριλίου 2017, από τον εγκέφαλο από πάνω προς τα κάτω: thebrain.mcgill.ca.