Il nucleo soprachiasmatico (SCN) è una coppia di strutture a forma di testa di spillo dell’ipotalamo, una parte del cervello situata sopra il chiasma ottico, la regione in cui i nervi ottici si incrociano. Controlla il ritmo circadiano, la ripetizione ritmica di alcuni fenomeni alla stessa ora ogni giorno. Conosciuto anche come orologio biologico, contiene circa 20.000 neuroni che generano segnali neuronali e ormonali che regolano le diverse funzioni del corpo in un ciclo di circa 24 ore. Alcuni segnali generati dai neuroni del nucleo soprachiasmatico comprendono l’acido gamma-aminobutirrico, la vasopressina, il peptide intestinale vasoattivo e la somatostatina. Le diverse funzioni del corpo sincronizzate con i segnali generati sono il ciclo sonno-veglia, la temperatura corporea, i cambiamenti della pressione sanguigna, la produzione di urina e la secrezione di ormoni.
I ritmi circadiani possono essere trascinati dal ciclo chiaro e scuro dell’ambiente. Una volta che la luce proveniente dall’ambiente raggiunge gli occhi, le cellule retiniche sensibili alla luce, note come fotorecettori, convertono la luce in segnali elettrici e la trasmettono al cervello. Questi segnali che viaggiano lungo il tratto retino-ipotalamico producono trascinamento. L’entrainment sta spostando la fase dell’attività del nucleo soprachiasmatico in modo che si sincronizzi con il ciclo chiaro e scuro dell’ambiente della stessa frequenza. Durante il giorno soggettivo, il trascinamento viene mediato dall’adenosina monofosfato ciclico e dal peptide pituitario adenil ciclasi che attiva, mentre durante la notte soggettiva, è mediato dal guanosina monofosfato ciclico e dall’acetilcolina.
A parte i segnali di luce ambientale, il nucleo soprachiasmatico è influenzato dalla melatonina. La melatonina è un ormone sintetizzato dal neurotrasmettitore serotonina dalla ghiandola pineale. È sia un agente che un regolatore del nucleo soprachiasmatico. La sua sintesi è circadiana, in cui è inibita dalla luce e stimolata dall’oscurità. Man mano che il suo livello aumenta durante l’oscurità ambientale, la melatonina invia informazioni al cervello che è arrivata la notte e le funzioni del corpo vengono evocate di conseguenza.
Sono stati identificati diversi geni che regolano il ritmo circadiano. Questi sono i geni senza tempo, punto, punto e ciclo. Controllano l’espressione proteica, portando a un complesso sistema di feedback negativo intracellulare. Il sistema di feedback negativo tiene conto della periodicità del nucleo soprachiasmatico.
La variazione del ritmo della segnalazione neuronale e ormonale si verifica stagionalmente. Può riflettere l’influenza della variazione di lunghezza, maree, temperatura e luce solare della luce del giorno. Nel jet lag, l’orologio biologico viene interrotto a causa di un improvviso cambiamento artificiale nel tempo dell’orologio da un viaggio verso un fuso orario diverso, con conseguente brusco spostamento dei segnali neuronali e ormonali. Spesso, sono necessari diversi giorni per ripristinare il funzionamento del corpo ad un normale ciclo di 24 ore.