A ciência tem conseguido esclarecer vários fatos em relação ao TOC embora não consiga ainda esclarecer suas verdadeiras causas. Provavelmente concorrem vários fatores para o seu aparecimento: de natureza biológica envolvendo aspectos genéticos, neuroquímica cerebral, lesões ou infecções cerebrais; fatores psicológicos como a aprendizagem; certas formas errôneas de ver e interpretar a realidade próprias dos portadores do TOC, e até culturais.
Na medida em que as pesquisas avançam tem ficado mais evidente a importância dos fatores de natureza biológica. As evidências neste sentido são o fato de o TOC ocorrer após traumatismos, lesões ou infecções cerebrais; ser muito comum que numa mesma família existam vários indivíduos acometidos sugerindo uma predisposição genética. Além destes fatos foi sobretudo importante a descoberta de que determinados medicamentos que estimulam de alguma forma a assim chamada função serotonérgica cerebral reduzem os sintomas de TOC. Este último fato nos faz pensar que possa existir um distúrbio neuroquímico do cérebro envolvendo o funcionamento das vias nervosas que utilizam a serotonina (substância que existe naturalmente no cérebro) para transmitir seus impulsos.
Observou-se ainda que certas zonas cerebrais são hiperativas em portadores de TOC, isto é, funcionam mais do que em indivíduos normais (na parte frontal - região periorbital, em regiões mais profundas do cérebro - gânglios ou núcleos da base). Esta hiperatividade tende a se normalizar tanto com o tratamento farmacológico bem como com a terapia cognitivo-comportamental. Como se vê, são evidências, embora muito genéricas, para a hipótese de que existe algum tipo de disfunção neuroquímica no funcionamento cerebral.
Existem, entretanto, fatos que a pesquisa não conseguiu esclarecer: a resposta de muitos pacientes aos medicamentos inibidores da recaptação da serotonina é parcial ou muitas vezes nula, e se desconhece o motivo. Além disso ocorrem obsessões e compulsões em doenças neurológicas como encefalites, associadas a tiques - no assim chamado Transtorno de Gilles de la Tourette, à febre reumática ou mesmo a outras doenças nervosas ou psiquiátricas. São fatos cujo esclarecimento continua desafiando os cientistas do mundo inteiro.
Sabe-se ainda que fatores de natureza psicológica influem no surgimento, na manutenção e no agravamento dos sintomas de TOC. É bastante comum que os sintomas surjam depois de algum estresse psicológico; conflitos psíquicos agravam os sintomas, e tem cada vez ficado mais claras certas alterações no modo de pensar, de perceber e avaliar a realidade por parte destes pacientes. Eles tendem a supervalorizar a importância dos pensamentos como se pensar fosse o mesmo que agir; tendem a supervalorizar o risco e as possibilidades de ocorrerem eventos desastrosos (contrair doenças, perder familiares, contaminar-se); tendem a superestimar a própria responsabilidade quanto a provocar ou prevenir eventos futuros; são perfeccionistas, perdendo muito tempo com a preocupação de fazer as coisas bem feitas e evitar possíveis falhas ou imperfeições e imaginam modificar o curso futuro dos acontecimentos com a execução dos rituais (pensamento mágico). Cada paciente pode apresentar uma ou mais destas distorções, que são mantidas mesmo as evidências sendo contrárias a elas, ou apesar de não terem comprovação na realidade.
Estes pacientes aprendem a usar rituais ou outras manobras psicológicas como atos mentais e a evitação como forma de aliviar a aflição que normalmente acompanha as obsessões, e por este motivo passam a repetí-los, mesmo que isto significa estar mantendo a doença.Evitam também de enfrentar seus temores até mesmo para confirmar que são infundados, o que permitiria livrar-se deles.
Supõe-se ainda que fatores ligados ao tipo de educação (mais ou menos severa ou exigente, incutindo culpa ou não), ao tipo de cultura social e familiar, possam também influir sob a forma de crenças e regras que regem a vida da pessoa criando uma espécie de terreno propício para o surgimento do transtorno. Por estes motivos usualmente se associam aos medicamentos, terapias psicológicas - a terapia cognitivo-comportamental no seu tratamento.

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