Por que dormimos? Para reparar os danos causados ​​pela respiração, dizem os pesquisadores.

Os golfinhos alternam o sono entre os hemisférios direito e esquerdo do cérebro. As girafas precisam de apenas duas horas de sono por dia, enquanto os morcegos precisam de quase vinte. Há grande diversidade na forma e duração do sono – e uma constante: o reino animal depende desses períodos de descanso. Nós, humanos, também não conseguimos funcionar sem dormir; em média, passamos um terço de nossas vidas dormindo.

Mas aqueles que dormem entram em um estado indefeso e vulnerável, correndo o risco, por exemplo, de serem mortos por inimigos. Além disso, os que dormem deixam de lado atividades úteis como a busca por alimento e um parceiro. De uma perspectiva da biologia evolutiva, o sono é, portanto, um grande mistério: por que os organismos animais não conseguem sobreviver sem essas pausas perigosas e custosas?

Após décadas de investigação persistente, um grupo de pesquisa liderado por Gero Miesenböck, da Universidade de Oxford, está perto de encontrar uma resposta. Os neurofisiologistas estudaram moscas-das-frutas para examinar como a necessidade de sono se desenvolve ao longo do dia. E, emdiversas publicações científicas , descreveram como o corpo determina quando é hora de se deitar novamente.

O sono desempenha muitas funções. Ele tem um papel central na aprendizagem e na regulação do sistema imunológico, como demonstraram inúmeros estudos. No entanto, Miesenböck e sua equipe argumentam que o sono serve principalmente a um propósito ainda mais fundamental: garantir que as células não sofram danos excessivos durante a respiração – e, assim, obtenham energia para sua sobrevivência.

Ao longo dos últimos anos, os pesquisadores reuniram diversas evidências para sustentar sua tese. Agora, eles combinam essas evidências com seus resultados, recentemente publicados na revista "Nature", para formar uma linha de raciocínio coerente .

A sequência de eventos examina o que acontece dentro de células nervosas especializadas. Quando essas células são ativadas, elas induzem o restante do organismo a um estado de sono. Em humanos, dezenas de milhares de células pertencem ao centro de controle do sono, enquanto em moscas-das-frutas, existem apenas cerca de trinta. As células desse centro possuem uma espécie de sensor. Ele mede a pressão do sono, ou seja, indica o quanto o cansaço está aumentando.

Como Miesenböck e sua equipe demonstraram há seis anos, o sensor reage a ácidos graxos danificados. Os ácidos graxos podem ser danificados dessa forma devido à respiração celular nas mitocôndrias. Esses compartimentos celulares especializados são frequentemente chamados de usinas de energia da célula, pois são responsáveis ​​pela produção de energia.

Nas mitocôndrias, os alimentos são metabolizados. Durante essa reação química, elétrons são transferidos para o oxigênio, liberando energia. Utilizando um aparato complexo chamado cadeia de transporte de elétrons, as mitocôndrias capturam a energia dos elétrons e a convertem em outra forma de energia química: adenosina trifosfato, ou ATP. Este é o transportador universal de energia que as células utilizam para impulsionar seus processos bioquímicos.

Quando os elétrons seguem seu caminho predeterminado na cadeia de transporte de elétrons, quatro deles chegam ao oxigênio simultaneamente. É assim que a água inofensiva é formada. Ocasionalmente, porém, um elétron escapa e vai diretamente para o oxigênio.

Isso é ruim porque, se o oxigênio absorver apenas um único elétron, ele se transforma em uma substância química altamente perigosa, o chamado radical oxigênio: para adquirir mais elétrons, o radical oxigênio destrói tudo o que encontra.

Frequentemente, moléculas semelhantes a gordura da membrana mitocondrial precisam ser utilizadas. Quanto mais intensamente as mitocôndrias metabolizam os alimentos, mais radicais livres de oxigênio são produzidos e mais ácidos graxos são danificados. Estes são então distribuídos por toda a célula e chegam ao canal iônico, onde encontram o sensor – e, por fim, ativam as células indutoras do sono.

Miesenböck vê as células indutoras do sono como uma espécie de fusível em um circuito elétrico. "Se muita corrente fluir pelo circuito, o fusível queima primeiro. Isso protege os outros componentes contra danos."

As células do centro de controle do sono não interrompem propriamente um circuito elétrico, mas iniciam uma fase de repouso durante a qual o sistema superaquecido pode esfriar e se regenerar. Durante o sono, as mitocôndrias têm tempo para reparar os danos que se acumulam durante as horas de vigília.

As mitocôndrias produzem energia em todas as células do corpo. Por que as células responsáveis ​​pelo sono são as mais sensíveis? De acordo com Miesenböck e sua equipe, existem dois motivos. Primeiro, as células nervosas requerem uma quantidade excepcionalmente grande de energia em comparação com outras células do corpo. "O cérebro representa cerca de dois por cento do nosso peso corporal, mas consome cerca de vinte por cento do oxigênio que respiramos", afirma Miesenböck. Por essa razão, as células nervosas precisam lidar com os radicais livres de oxigênio mais do que outras células.

Em segundo lugar, "As células indutoras do sono comportam-se de forma anticíclica", afirma Miesenböck. Elas são menos ativas quando estamos acordados e nos alimentando. Justamente quando as mitocôndrias têm bastante combustível para queimar, as células precisam de pouca energia. Esse desequilíbrio entre oferta e demanda torna a respiração celular nas mitocôndrias mais propensa a erros – e leva à formação de mais radicais livres de oxigênio.

Em seu estudo mais recente, o grupo de pesquisa examinou o que acontece nas células indutoras do sono quando as moscas são impedidas de dormir durante uma noite. "Fingimos ser estúpidos para investigar da forma mais aberta e imparcial possível quais processos biológicos são desencadeados ou suprimidos pela privação de sono", explica Miesenböck.

Ver que os resultados desta análise coincidiam precisamente com as descobertas anteriores sobre o canal iônico foi "uma grande satisfação" para ele. Todos os genes que se tornam mais ativos durante a privação de sono desempenham um papel na produção de energia. Ao microscópio, os pesquisadores também observaram que, após uma noite sem dormir, as células indutoras do sono continham mais mitocôndrias, mas estas eram significativamente menores.

Aparentemente, a privação de sono leva ao aumento da divisão ou fragmentação das mitocôndrias – uma espécie de mecanismo de proteção. "Acreditamos que essas divisões servem para separar as regiões danificadas das que ainda funcionam, para que as regiões danificadas possam então ser enviadas ao sistema de eliminação de resíduos celulares", explica Miesenböck.

Em experimentos adicionais, os pesquisadores mostraram que a relação entre privação de sono e mitocôndrias pequenas também funciona na direção oposta: quando usaram engenharia genética para fazer com que as mitocôndrias das moscas se dividissem mais rapidamente, as células indutoras do sono disparavam com menos frequência – e as moscas dormiam por períodos mais curtos. Por outro lado, mitocôndrias que se fundem mais extensivamente umas com as outras, formando assim menos compartimentos, porém maiores, nas células, levam a períodos de sono mais longos.

A partir dos resultados obtidos, os pesquisadores concluem que o sono é uma adaptação à respiração com oxigênio: esse comportamento evoluiu para atender a uma necessidade básica de recuperação do metabolismo energético. "A causa do sono é um problema bioquímico simples", afirma Miesenböck.

Na opinião dele, os resultados também explicam por que pessoas com doenças mitocondriais se sentem constantemente exaustas. "Elas não sofrem de fraqueza muscular, então suas mitocôndrias produzem energia suficiente", diz Miesenböck. "Mas, devido à doença, mais elétrons escapam durante o processo. Isso leva a uma maior necessidade de sono."

Ele compara os elétrons que escapam a grãos de areia em uma ampulheta: novos elétrons são constantemente adicionados, e seu número indica quando é hora de restaurar o equilíbrio – e, portanto, dormir.

Então, quando não consegue dormir, Miesenböck conta elétrons em vez de ovelhas mentalmente? "Não", responde ele. "Felizmente, geralmente durmo bem. Mas se uma noite estou atormentado por preocupações, acendo o abajur – para grande desgosto da minha esposa. E leio até ficar cansado e conseguir voltar a dormir."