Lokalizacja, funkcje i zmiany supraquiasmatic Nucleus

The jądro nadskrzyżowane (NSQ) składa się z dwóch małych struktur mózgowych (jednej w każdej półkuli mózgowej) złożonej z neuronów, które regulują rytmy biologiczne.

Struktury te mają kształt skrzydeł i są wielkości końcówki ołówka. Znajdują się one w przedniej części podwzgórza.

Jądro nadskrzyżowaniowe charakteryzuje się tym, że jest naszym zegarem wewnętrznym, kontrolującym nasze rytmy okołodobowe. Jest odpowiedzialny za generowanie cykli snu i budzenia blisko 24 godzin.

Powoduje to szereg zdarzeń neuronalnych i hormonalnych w celu kontrolowania różnych funkcji organizmu w cyklu 24-godzinnym. W tym celu wykorzystuje około 20 000 neuronów. Ta struktura współdziała z wieloma innymi obszarami mózgu.

Nawet bez zewnętrznych sygnałów pogodowych te biologiczne rytmy są utrzymywane. Jednak światło słoneczne i inne bodźce środowiskowe wpływają na utrzymanie tego 24-godzinnego cyklu. Oznacza to, że światło musi codziennie dostosowywać zegar wewnętrzny, aby organizm pozostał w synchronizacji ze światem zewnętrznym.

Badania przeprowadzone z poszczególnymi neuronami jądra nadskrzyżowanego pokazują, że każdy z nich jest zegarem funkcjonalnym. Są one zsynchronizowane z aktywnością sąsiednich komórek.

W wielu eksperymentach stwierdzono, że wahania cyklu dobowego człowieka są utrzymywane nawet wtedy, gdy jesteśmy odizolowani od światła dziennego.

Z drugiej strony, w eksperymentach z gryzoniami, w których jądra nadskrzyżowane zostały zniszczone, ich cykle snu i czuwania zostały całkowicie zdezorganizowane.

Wydaje się, że mechanizm ten jest nie tylko endogenny, ale ma również pochodzenie genetyczne. Rytmy te są aktywowane przez cykliczną aktywność niektórych genów. W szczególności aktywność okołodobowa jest odzwierciedleniem rytmicznego wzorca ekspresji niezbędnych genów. Są one znane jako „geny zegarowe”.

Lokalizacja

Jądro nadskrzyżowane znajduje się u podstawy mózgu, obok podwzgórza. Jego nazwa jest spowodowana tym, że znajduje się na szczycie światłowodu, gdzie krzyżują się nerwy wzrokowe. Znajdują się obustronnie po każdej stronie trzeciej komory mózgowej.

Jądro to jest w strategicznym miejscu, aby móc odbierać sygnały z nerwów wzrokowych, wskazując intensywność światła wchodzącego do siatkówki.

Funkcje

Żywe istoty dostosowują się do istniejącego środowiska w celu utrzymania przetrwania gatunku. Aby to zrobić, rozwijają dwa podstawowe stany zachowania: aktywność i zachowanie adaptacyjne oraz odpoczynek.

U ssaków stany te są identyfikowane jako czuwanie i sen. Dzieje się tak w precyzyjnych 24-godzinnych cyklach, które ewoluowały jako adaptacja do cyklu słonecznego światła i ciemności.

Obecnie wiadomo, że te rytmy okołodobowe występują w komórkach całego ciała. Jądro nadskrzyżowaniowe to stymulator okołodobowy, który kontroluje czas spoczynku, aktywność, temperaturę ciała, głód i wydzielanie hormonów. Aby to zrobić, koordynuje się z innymi obszarami mózgu i innymi tkankami ciała.

Dzięki ekspozycji na światło, jądro nadskrzyżowane mówi nam, że nadszedł czas, aby się obudzić. Podnosi temperaturę ciała i zwiększa produkcję hormonów, takich jak kortyzol.

Ponadto opóźnia uwalnianie hormonów, takich jak melatonina, których wzrost jest związany z początkiem snu i zwykle występuje, gdy zauważamy, że środowisko jest ciemne. Poziomy te pozostają wysokie przez całą noc, więc możemy spać prawidłowo.

Neurony emitują potencjały działania w 24-godzinnych rytmach. W szczególności, w południe, szybkość strzelania neuronów osiąga maksymalny poziom. Jednak wraz ze spadkiem nocy potencjały działania zmniejszają ich częstotliwość.

Część grzbietowo-przysadkowa tego jądra jest tą, która jest uważana za odpowiedzialną za 24-godzinne cykle endogenne. Oznacza to, że możemy utrzymać nasze rytmy dobowe pomimo utrzymywania nas w ciemności.

Jak działa jądro nadskrzyżowaniowe?

Kiedy światło otoczenia dociera do siatkówki, aktywuje komórki światłoczułe zwane komórkami zwojowymi. Komórki te przekształcają cząsteczki światła (fotony) w sygnały elektryczne. Neurony w siatkówce wysyłają te sygnały przez nerwy wzrokowe.

Nerwy te krzyżują się ze światłowodem. Później informacja wizualna dociera do tylnej części mózgu, zwanej płatem potylicznym. Tam jest przetwarzany w postaci obrazów, które świadomie postrzegamy.

Istnieje jednak grupa neuronów, które pochodzą z rozszczepu wzrokowego i docierają do jądra nadskrzyżowanego, aby wykonywać cykliczne funkcje organizmu. Zatem to jądro postanawia aktywować lub zahamować szyszynkę, tak że wydziela różne hormony. Wśród nich melatonina.

Wpływy okołodobowe neuronów jądra nadskrzyżowanego rozszerzają się przez różne narządy docelowe ciała przez różne sygnały neuronalne i przez krążenie melatoniny.

Jądro nadskrzyżowane reguluje wydzielanie melatoniny z szyszynki w zależności od światła i ciemności środowiska. Melatonina jest substancją kontrolującą sen i inne cykliczne czynności organizmu. 

Melatonina ma funkcję zarówno wybierania zegara co godzinę w ciągu dnia, jak i kalendarza wskazującego porę roku dla wszystkich tkanek ciała.

Stwierdzono, że zmiany melatoniny związane są z zaburzeniami snu typowymi dla starzenia się, chorobą Alzheimera i innymi chorobami neurodegeneracyjnymi. W rzeczywistości wydaje się, że ma działanie przeciwutleniające, chroniąc nasze neurony.

Zmiany w jądrze nadskrzyżowanym

Aktywność może być zmieniana na różnych etapach życia. Na przykład u młodzieży poziom melatoniny wzrasta później niż u większości dzieci i dorosłych. Z tego powodu mogą mieć trudności z wczesnym pójściem spać.

Z drugiej strony, w podeszłym wieku jest więcej przebudzeń w nocy, ponieważ uwalnianie melatoniny zmienia się wraz z wiekiem.

Działanie jądra nadskrzyżowanego może być zderegulowane przez czynniki zewnętrzne. Tak się dzieje w przypadku opóźnienia odrzutowego lub jeśli nie utrzymujemy codziennej rutyny i zmusimy nasze ciało do pozostania w nocy w stanie czuwania.

Ważne jest, aby zauważyć, że w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, rytmy okołodobowe są zmieniane z powodu postępującej utraty neuronów w jądrze nadskrzyżowaniowym.

Referencje

1. Benarroch, E. E. (2008). Jądro nadskrzyżowaniowe i melatonina Wzajemne interakcje i korelacje kliniczne. Neurology, 71 (8), 594-598.
2. Mirmiran, M., Swaab, D.F., Kok, J.H., Hofman, M.A., Witting, W., i Van Gool, W.A. (1992). Rytmy dobowe i jądro nadskrzyżowaniowe w rozwoju okołoporodowym, starzenie się i choroba Alzheimera. Postęp w badaniach mózgu, 93, 151-163.
3. Moore, R. Y. (2007). Jądro nadskrzyżowane w regulacji snu i czuwania. Medycyna snu, 8, 27-33.
4. SLEEP DRIVE I TWÓJ ZEGAR CIAŁA. (s.f.). Pobrane 20 kwietnia 2017 r. Przez National Sleep Foundation: sleepfoundation.org.
5. Jądro nadskrzyżowane. (s.f.). Pobrane 20 kwietnia 2017 r. Z Wikipedii: en.wikipedia.org.
6. Ludzkie jądro nadskrzyżowane. (s.f.). Pobrane 20 kwietnia 2017 r. Z BioInteractive: hhmi.org.
7. SUPRACHIASMATYCZNY NUCLEI I DŁONIE SOSNOWE. (s.f.). Pobrane 20 kwietnia 2017 r. Z mózgu od góry do dołu: thebrain.mcgill.ca.