CRONOBIOLOGIA

Definición.

La Cronobiología es una disciplina de la Fisiología que estudia los ritmos biológicos, incidiendo tanto en su origen como en sus características y sus implicaciones. Posee especial interés en endocrinología, neurociencia y ciencia del sueño.

Estudia la organización temporal de los seres vivos, sus alteraciones y los mecanismos que la regulan. En términos prácticos, la Cronobiología se ocupa de estudiar los mecanismos por los que se producen los ritmos biológicos y sus aplicaciones en biología y ciencias de la salud.

Ritmo circadiano

En la biología, los ritmos circadianos (del latín circa, que significa "cerca" y dies, que significa "día") o ritmos biológicos son oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo.

Todos los animales, las plantas y probablemente todos los organismos muestran algún tipo de variación rítmica fisiológica (tasa metabólica, producción de calor, floración, etc.) que suele estar asociada con un cambio ambiental rítmico.

En todos los organismos eucariotas así como muchos procariotas y hongos se han documentado diferentes ritmos con períodos que van desde fracciones de segundo hasta años. Si bien son modificables por señales exógenas, estos ritmos persisten en condiciones de laboratorio, aun sin estímulos externos.

Características

Los ritmos biológicos se han clasificado de acuerdo a su frecuencia y a su periodo. Los ritmos circadianos han sido los más estudiados y su valor de periodo les permite sincronizar a los ritmos ambientales que posean un valor de periodo entre 20 y 24 horas, como son los ciclos de luz y de temperatura.

Los ritmos circadianos son endógenos y establecen una relación de fase estable con estos ciclos externos alargando o acortando su valor de periodo e igualándolo al del ciclo ambiental. Poseen las siguientes características:

Son endógenos, y persisten sin la presencia de claves temporales.

En condiciones constantes se presenta una oscilación espontánea con un periodo cercano a las 24 horas (de ahí el nombre circadianos).

La longitud del periodo en oscilación espontánea se modifica ligeramente o prácticamente nada al variar la temperatura, es decir, poseen mecanismos de compensación de temperatura.

Son susceptibles de sincronizar a los ritmos ambientales que posean un valor de periodo aproximado de 24 horas, como los ciclos de luz y de temperatura.

El ritmo se desorganiza bajo ciertas condiciones ambientales como luz brillante.

En oscilación libre o espontánea, generalmente el período para especies diurnas es mayor de 24 horas y para especies nocturnas el período es menor a las 24 horas (Ley de Aschoff), aunque tiene más excepciones que ejemplos que cumplen la regla.

Al cambio cíclico ambiental que es capaz de sincronizar un ritmo endógeno se le denomina sincronizador o Zeitgeber (el término equivalente en alemán).

Los ritmos circadianos son regulados por relojes circadianos, estructuras cuya complejidad varía según el organismo que corresponda.

Historia

El conocimiento de la periodicidad de los fenómenos naturales y ambientales datan de épocas muy primitivas de la historia de la humanidad, y el tiempo y la variación periódica de los fenómenos biológicos en la salud y en la enfermedad ocupaban un lugar muy importante en las doctrinas de los médicos de la antigüedad.

En Ayurveda dado que la prakriti denota tanto la constitución del cuerpo como la de la naturaleza, que sólo se espera que con el cambio de las estaciones de la naturaleza no habrá efectos correspondientes sobre la bhutas (cada uno de los cinco elementos) y por lo tanto sobre las doshas de la constitución. El clima frío y seco, por ejemplo, aumenta vata, el clima húmedo y caliente aumenta pitta, mientras que el clima frío y húmedo agrava kapha.

Para evitar el agravamiento continuo, que produce un desequilibrio de los doshas, el Ayurveda establece una rutina de temporada para mantener el equilibrio constitucional con el cambio de estaciones. Para cada temporada por lo tanto, hay una dieta única (Ahar), un modo distinto de vida (vihara) y de vida de rutina (Karya). Estas tres funciones mantienen las doshas en un estado de equilibrio y ayudar a lidiar con el estrés y las tensiones del cambio de estaciones.

En la literatura ayurvédica el año se divide en seis rithu (estaciones), que son: - Varsha (monzón), Sharada (otoño), Hemanta (invierno), shishira (fines de invierno), girshma (verano) y (primavera) Vasanta.

Estos conceptos fueron recogidos y ampliados con observaciones propias de los naturalistas griegos. Así, por ejemplo, Aristóteles, y más tarde Galeno, escriben sobre la periodicidad del sueño, centrándola en el corazón el primero y en el cerebro el segundo.

Hechos como la floración de las plantas, la reproducción estacional de los animales, la migración de las aves, la hibernación de algunos mamíferos y reptiles, fenómenos todos ellos cotidianos para el hombre, fueron inicialmente considerados como simples consecuencias de la acción de factores externos y astronómicos. De acuerdo con esta opinión, que permaneció durante siglos, el medio ambiente imponía su rutina a los seres vivos.

No fue sino hasta hace 250 años cuando el astrónomo francés Jean de Mairan, usando una planta heliotrópica, realizó el primer experimento que cambiaría las teorías que afirmaban que los ritmos circadianos eran meras respuestas pasivas al ambiente y sugiriendo su localización endógena. En 1832, Agustín de Candolle añade una segunda evidencia de la naturaleza endógena de los ritmos biológicos, cuando demuestra que bajo condiciones constantes el período de los ciclos de los movimientos de las plantas duraba unas 24 horas.

A finales del siglo XIX, Aschoff, Wever y Siffre desarrollaron las primeras investigaciones en sujetos humanos y aparecieron las primeras descripciones sobre los ritmos diarios de temperatura en trabajadores a turnos o en soldados durante las guardias nocturnas.

Sin embargo, si bien desde hace más de dos siglos se conocen los ritmos circadianos, no es hasta la década de los años 1960 que se acuña el término circadiano, por el Prof. Dr. Franz Halberg, a partir de los términos circa (lat., “alrededor”) y diem (lat., “día”). Fue además el principal impulsor de la cronobiología o estudio formal de los ritmos biológicos temporales tanto diurnos y semanales como anuales.

Orígenes

Los ritmos circadianos se habrían originado en las células más primitivas con el propósito de proteger la replicación del ADN de la alta radiación ultravioleta durante el día. Como resultado de esto, la replicación de ADN se relegó al período nocturno. El hongo Neurospora mantiene este mecanismo circadiano de replicación de su material genético.

El reloj circadiano más simple del que se tiene conocimiento es el de las cyanobacterias.

Se ha demostrado que el reloj circadiano del Synechococcus elongatus puede ser reconstruido in vitro con el ensamblaje de solo tres proteínas, funcionando con un ritmo de 22 horas durante varios días, sólo con la adición de ATP.

El reloj circadiano en los mamíferos se localiza en el núcleo supraquiasmático (NSQ), un grupo de neuronas del hipotálamo medial. La destrucción de esta estructura lleva a la ausencia completa de ritmos circadianos.

Por otra parte, si las células del NSQ se cultivan in vitro, mantienen su propio ritmo en ausencia de señales externas. De acuerdo esto, se puede establecer que el NSQ conforma el "reloj interno" que regula los ritmos circadianos.

Si bien el funcionamiento del ciclo circadiano de estos procariotas no depende de mecanismos de retroalimentación de transcripción/traducción de ADN, para los seres eucariotas sí sería esta última la manera de regular sus ritmos circadianos. De hecho, aunque los ciclos de eucariontes y procariontes comparten la arquitectura básica (señal de entrada - oscilador interno - señal de salida), no comparten ninguna otra similitud, por lo que se postulan diferentes orígenes para ambos.

Ritmos circadianos animales

Los ritmos circadianos son importantes no solo para determinar los patrones de sueño y alimentación de los animales, sino también para la actividad de todos los ejes hormonales, la regeneración celular, y la actividad cerebral, entre otras funciones.

El núcleo supraquiasmático

El reloj circadiano en los mamíferos se localiza en el núcleo supraquiasmático (NSQ), un grupo de neuronas del hipotálamo medial. La destrucción de esta estructura lleva a la ausencia completa de ritmos circadianos. Por otra parte, si las células del NSQ se cultivan in vitro, mantienen su propio ritmo en ausencia de señales externas. De acuerdo esto, se puede establecer que el NSQ conforma el "reloj interno" que regula los ritmos circadianos.

La actividad del NSQ es modulada por factores externos, fundamentalmente la variación de luz. El NSQ recibe información sobre la luz externa a través de los ojos.

La retina contiene no sólo fotorreceptores clásicos que nos permiten distinguir formas y colores.

También posee células ganglionares con un pigmento llamado melanopsina, las que a través del tracto retinohipotalámico llevan información al NSQ. El NSQ toma esta información sobre el ciclo luz/oscuridad externo, la interpreta, y la envía a la epífisis o glándula pineal. Esta última secreta la hormona melatonina en respuesta al estímulo proveniente del NSQ, si éste no ha sido suprimido por la presencia de luz brillante. La secreción de melatonina pues, es baja durante el día y aumenta durante la noche.4 5

Hormonas afectadas por el ciclo circadiano

Se sabe perfectamente que además del ciclo menstrual, el ciclo estrual, diurno y nocturno, las hormonas reciben el ciclo circadiano dependiendo de la temperatura, el ciclo lunar, la presión atmosférica, la cantidad de luz recibida, la alimentación y el proceso natural de crecimiento y envejecimiento, dentro de estos tenemos:

ACTH: hormona adenocorticortrópica

Cortisol

TSH: hormona estimulante de la tiroides

FSH hormona folículo estimulante

LH: hormona luteinizante

Estradiol

Renina

Un peptido natriurético altamente útil en determinación de infartos, hipertensión y fallo renal.

Por lo que además se considera que el ciclo circadiano cambia según estaciones y condiciones diversas de vida que producen un cambio significativo tanto de día o de noche lo cual indica que las hormonas en verano o invierno en el ciclo circadiano son distintas y el concepto de valores normales de una hormona depende inclusive de la raza y población en donde se realicen los exámenes.

También se conoce que existe retraso en el ciclo biológico femenino, un retraso del estradiol de un día si hay un traslado de una región de alta presión a baja presión y de baja temperatura a alta temperatura.

Más allá del "reloj maestro"

Recientemente, se ha postulado que muchas células no nerviosas poseen también ritmos circadianos, y no dependerían de la regulación por el NSQ. Por ejemplo, las células hepáticas responden a los ciclos alimentarios más que a la luz. Este y otros tipos celulares que tienen sus propios ritmos se llaman osciladores periféricos. Estos tejidos incluyen: el esófago, pulmones, hígado, bazo, timo, células sanguíneas, células dérmicas, entre otras. Incluso el bulbo olfatorio y la próstata experimentarían oscilaciones rítmicas en cultivos in vitro, lo que sugiere que también serían osciladores periféricos en una forma débil.

Interrupción de ritmos circadianos

La alteración en la secuencia u orden de estos ritmos tiene un efecto negativo a corto plazo. Muchos viajeros han experimentado el jet lag, con sus síntomas de fatiga, desorientación e insomnio. Además del alcohol, algunos desórdenes psiquiátricos y neurológicos, como el trastorno bipolar y algunos desórdenes del sueño, se asocian a funcionamientos irregulares de los ritmos circadianos en general, no sólo del ciclo sueño-vigilia. Se ha sugerido que las alteraciones de ritmos circadianos en el trastorno bipolar son afectadas positivamente por el tratamiento clásico de este trastorno, el litio.6

La alteración de los ritmos circadianos a largo plazo tendría consecuencias adversas en múltiples sistemas, particularmente en el desarrollo de exacerbaciones de enfermedades cardiovasculares.

La periodicidad de algunos tratamientos, en coordinación con el reloj corporal, podría aumentar la eficacia y disminuir las reacciones adversas en forma significativa. Por ejemplo, se ha demostrado que el tratamiento coordinado con inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina (IECAs) reduce, en forma más marcada que el tratamiento no coordinado con el mismo fármaco, los parámetros de presión arterial nocturna.

Los ritmos circadianos regulan una notable variedad de funciones metabólicas y fisiológicas. La acumulación de pruebas epidemiológicas y genéticas indica que la alteración de los ritmos circadianos podría estar directamente vinculadas con el cáncer.

Ritmo infradiano

Es el ritmo cuya frecuencia es mayor a 28 horas, es decir, el evento ocurre menos de una vez al día. Dado que esta definición es amplia, los ritmos infradianos pueden agruparse según sean dependientes de claves geofísicas o no, y según el tiempo que tarda la clave externa en completar un ciclo. Así, existen ciclos infradianos que siguen las variaciones de la marea (ritmo circamareal), las fases lunares (ritmo circalunar), y ciclos que siguen las variaciones según el movimiento de traslación terrestre (ritmo circaanual o estacional).

Un ejemplo de ritmo infradiano en las mujeres es el ciclo ovárico o menstrual, que se completa en 28 días aproximadamente.

Ritmo ultradiano

El ritmo ultradiano, dentro de la cronobiología, denota actividades biológicas que ocurren en ciclos fisiológicos de 20 horas o menos. Suelen ser independientes de factores geofísicos, a excepción de los ritmos circamareales (periodo de 12 horas aproximadamente). Influyen en diversas conductas animales, tales como alimentación, movimiento y exploración, además de copulación, nivel atencional y aprendizaje. Su frecuencia en los mamíferos es proporcional a la tasa metabólica, e inversa a la edad del animal en cuestión.

El término ultradiano descriptivo es usado en investigaciones del sueño para describir estados individuales de sueño que ocurren dentro de los intervalos del ciclo circadiano del organismo, y especialmente para referirse al ciclo ultradiano de 90-120 minutos del sueño humano.

Algunos de los ciclos ultradianos del cuerpo son la liberación de hormonas, ritmo cardíaco, ventilación pulmonar, termorregulación, dilatación de las narinas y el apetito. El último involucra la liberación de neuropéptido Y (NPY) y liberación de hormona corticotropina (CRH), estimulando e inhibiendo los ritmos ultradianos de apetito.

Aplicaciones prácticas.

Existen unos ritmos que influyen en las secreciones hormonales y en el sistema inmunitario.

Nuestro reloj biológico programa el funcionamiento de nuestro organismo en las tareas de nuestra existencia: administra el sueño, la actividad física e intelectual, la alimentación y la sexualidad.

La clave para controlar nuestro reloj biológico, está en identificar nuestros biorritmos y organizar nuestro tiempo en función de sus variaciones. Podemos, por ejemplo, disminuir el cansancio, controlando nuestro exceso de actividad cotidiana.

¿Como funciona nuestro reloj interno?

Entre las 7 y las 8 de la mañana, nuestro organismo empieza a despertarse, pero no es hasta las 10, cuando se pone en vigilancia; es en ese momento cuando nuestra memoria a corto plazo se encuentra en su punto más alto. Hacia mediodía, el cuerpo se pone en marcha para preparar la digestión: es el momento de comer. Pero a partir de las 13h, el cuerpo entra en un estado de cansancio, por lo que es muy recomendable echar-se un pequeño descanso. Nuestros antepasados, descansaban durante este periodo, ya que era la hora más calurosa del día, y así conseguían mantenerse en plena forma durante el resto de la jornada.

Entre las 15 y las 17, nos encontramos en plena forma física; es un buen momento para practicar actividades deportivas. Entre las 18 y las 20, volvemos a entrar en un estado de máxima vigilancia y nuestra capacidad de asimilación se encuentra en uno de sus puntos más altos. Es el momento más recomendable para realizar ejercicios de memorización.

Con la llegada de la noche, es cuando más posibilidades existen de desarrollar crisis de ansiedad; ya que nuestro cuerpo se encuentra en un estado de alerta muy bajo.

Crononutrición

La crononutrición se basa en el respeto de los biorritmos, y en la alimentación en función de las secreciones de enzimas.

Por la mañana, se segregan unas enzimas que piden lípidos (pan, mantequilla, queso…).

A media mañana, es la hora de las proteínas, el almidón y el azúcar; por lo que es recomendable comer proteínas animales y féculas.

Al mediodía, aparece el bajón de insulina que se traduce en más ganas de azúcar.

Al final del día, el organismo adhiere a la lentitud y segrega menos sustancias digestivas; por lo que es recomendable una cena ligera (pescado y verduras).