Dissociació dels ritmes circadiaris i tractaments per al seu acoblament en rates sotmeses a cicles de llum-foscor de 22 i 23 hores

Abstract

[cat] El rellotge biològic és l'estructura del sistema nerviós encarregada de generar i mantenir els ritmes de les diferents variables de l'organisme. En els mamífers, aquest rellotge biològic és el nucli supraquiasmàtic (NSQ), constituït per dos nuclis localitzats en la part inferior de l'hipotàlem. En cada nucli s'hi diferencien, anatòmicament i neuroquímica, dues zones: una ventrolateral i una dorsomedial. Aquestes zones estan interconnectades y reben aferències de senyals externs a l'organisme i d'altres zones del sistema nerviós; també envien eferències cap a altres zones, de l'hipotàlem o de fora d'ell. La via aferent més destacable és el tracte retinohipotalàmic, que porta informació fòtica al NSQ des de la retina. Aquesta via actua sobre la part VL. Actualment es creu que el sistema circadiari està format per un conjunt d'oscil·ladors que actuen de forma acoblada generant un ritme únic, constituint, d'aquesta forma, un sistema multioscil·lador. En la natura, el canvi cíclic més evident és l'alternança entre llum i foscor. Aquesta és la referència temporal o zeitgeber més important per als éssers vius. Això provoca que els organismes hagin desenvolupat una adaptació cap a aquesta alternança entre dia i nit donant lloc, en totes les seves variables, a ritmes circadiaris amb el mateix període que l'entorn; és a dir, amb un període molt proper a 24 hores. En condicions de laboratori, la submissió d'animals a cicles de llum-foscor inferiors a 24 hores, per exemple de 22 hores, provoca la generació de dos ritmes simultàniament. Un component, que segueix el cicle extern de llum-foscor, i que és el component dependent de la llum (LDC) i un altre, de naturalesa endògena, que és el component no dependent de la llum (NLDC). S'ha demostrat que el LDC està dirigit per la part ventrolateral, mentre que el NLDC, per la part dorsomedial. Aquest patró tan anòmal és la dissociació. L'objectiu general d'aquesta tesi és l'estudi de la dissociació del sistema circadiari en diferents variables fisiològiques i els tractaments que són capaços de revertir aquest fenomen. Els objectius específics són: 1) Estudiar els ritmes de diferents variables fisiològiques i observar si experimenten dissociació; 2) Estudiar la influència que exerceix el fotoperíode al qual l'organisme ha estat sotmès durant l'alletament en la posterior aparició del fenomen de la dissociació; 3) Provar diferents tractaments que modifiquin els components rítmics del patró dissociat. La principal aportació d'aquesta tesi és que sota cicles de llum-foscor de 22 hores, tant la temperatura com l'activitat motora presenten dos components circadiaris, però de manera diferenciada: l'activitat motora segueix el component rítmic que depèn de la llum, mentre que la temperatura segueix el component no dependent de la llum. També es conclou que la temperatura no és tan dependent de l'activitat motora, sinó que també presenta una regulació circadiària. Una altra conclusió que es pot extreure d'aquest treball és que l'exposició a cicles de llum-foscor de 22 hores durant el naixement i l'alletament impedeix la desincronització entre els ritmes d'activitat motora i temperatura de les rates, la qual cosa indica la importància de les influències ambientals en el desenvolupament del sistema circadiari de la rata. Per altra part, es mostra que l'alimentació restringida administrada cada 24 hores a rates amb el sistema circadiari dissociat dóna lloc a un patró d'activitat motora complex, format per tres components circadiaris, la qual cosa mostra la flexibilitat del sistema circadiari. L'administració de melatonina i diazepam en aigua de beguda afavoreix el reacoblament dels ritmes circadiaris dissociats: Per últim, l'administració de xocs electroconvulsius modifica els ritmes manifestos d'activitat motora i de temperatura sense afectar el marcapàs circadiari.

[eng] The suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus (SCN) is considered to be the most important structure of the mammal circadian system, since it generates and coordinates the circadian rhythmicity of the organisms. It consists of two nuclei located in the lower part of the hypothalamus. Under cyclic environmental conditions, the animals adequate the endogenous period to be equal to that of the external cycle, that is, animals entrain to the cyclic outside world. Since the most important zeitgeber that animals are exposed to is the light-dark cycle, they have adapted all their variables to circadian rhythms with a period similar than 24 hours . Under laboratory conditions, when rats are submitted to light-dark cycles of 22 or 23 hours, they show two circadian components simultaneously: the Light Dependent Component (LDC), that follows the same period as the external LD cycle, and the Non-Light Dependent Component (NLDC), that runs free with a period longer than 24 hours. LDC coincides with the expression of clock genes in the ventrolateral region of the SCN, while the NLDC coincides with expression in the dorsomedial area. This anomalous pattern is called dissociation. The aim of this thesis is the study of the circadian system dissociation in different physiological variables and the possible reversion of this phenomenon. The main conclusion is that under light-dark cycles of 22 hours, motor activity and temperature rhythms show two circadian components, but motor activity follows the LDC, while body temperature follows the NLDC. Also, it is concluded that body temperature shows a circadian regulation, independent of the motor activity. Another conclusion of this thesis is that the early exposure to a short T-cycle such as T22 impedes the desinchronization between the motor activity and body temperature rhythms in rats. Moreover, it is shown that restricted feeding administered every 24 hours to dissociated rats give rise to a complex motor activity pattern, with three circadian components. The administration of melatonin and diazepam in drinking water, favour the coupling of the dissociated circadian rhythms. Finally, the administration of electroconvulsive shocks modifiy the motor activity and body temperature rhythms without affect the circadian pacemaker.