Existe una ciencia que estudia los ritmos biológicos, se llama cronobiología. El término cronobiología proviene del griego kronos (tiempo), bios (vida) y logos (estudio). Es la ciencia que estudia los biorritmos en los animales que regulan la mayor parte de las variables de la conducta, psicológicas y bioquímicas.
Los ritmos biológicos están bien caracterizados a nivel molecular. Se deben a la expresión de varios “genes reloj” y a la regulación de sus productos proteicos. En los mamíferos, el reloj biológico se encuentra en los núcleos supraquiasmáticos del hipotálamo y está sincronizado con los estímulos de la luz y la oscuridad. Existen relojes en tejidos periféricos que pueden ser modulados por el reloj central y la alimentación.
Se estima que un 10-30% del genoma humano está bajo el control de relojes moleculares circadianos. Estos relojes circadianos, están compuestos por varias proteínas que generan oscilaciones circadianas auto-mantenidas.
Existen secuencias internas programadas en el organismo en todas y cada una de las fases que completan un día de 24 horas, al despertar a primera hora suena la alarma del reloj central y se activa el cortisol, la hormona del despertar, que viaja por la sangre para marcar la pauta horaria a tejidos y órganos. También se regula la liberación de melatonina, (la hormona del sueño) existe una liberación mínima de esta molécula para que todo su efecto empiece a ejecutarse una vez pasadas las 15-16 horas desde el momento en el que despertamos.
El reloj central también está conectado con los periféricos mediante fibras nerviosas específicas, que le permiten enviar órdenes precisas. Por la tarde, la temperatura corporal sube ligeramente y por la noche baja, esto es una señal del reloj al organismo para prepararse para descansar.
Si la fase de descanso no se hace según está programada por los relojes internos habrá una serie de consecuencias negativas. El ser humano está preparado para poder dormir por la noche y ahí, en ese periodo de tiempo se encuentra la fase REM del sueño, donde ejecutará las actividades fisiológicas reparadoras.
Cuando no pasamos por la fase REM del sueño se corre el riesgo de caer en varios desajustes: El sistema inmunológico se debilitará, las hormonas sexuales perderán densidad, el eje tiroideo entrará en decadencia y nuestra capacidad cognitiva será reducida considerablemente.
¿Cómo funcionan los ritmos circadianos?
Los ritmos circadianos regulan los cambios en las características físicas y mentales que ocurren en el transcurso de un día. La palabra circadiano significa "alrededor de un día". Proviene de las palabras latinas "circa" (alrededor) y "diem" (día).
El reloj biológico controla la mayoría de los ritmos circadianos. Este reloj se encuentra en una región del cerebro llamada hipotálamo. Las señales del hipotálamo viajan a diferentes regiones del cerebro que responden a la luz, incluída la glándula pineal. En respuesta a la luz, como la luz solar, la glándula pineal reduce la producción de melatonina, una hormona que provoca la sensación de letargo. Los niveles de melatonina en el cuerpo suele aumentar después de que oscurece, lo cual hace que se nos aparezca la sensación de sueño.
El cambio en la melatonina durante el ciclo sueño/vigilia refleja los ritmos circadianos. El hipotálamo también controla los cambios en la temperatura corporal y la presión arterial que ocurren durante el sueño.
Fisiología
Los principales reguladores de los ritmos circadianos son los núcleos supraquiasmáticos (NSQ), localizados en el hipotálamo anterior. La actividad eléctrica de cada neurona individual de los NSQ puede oscilar con un período de aproximadamente 24 h en respuesta a la actividad de un reloj molecular que comprende varios bucles de retroalimentación positivos y negativos, generados por la expresión rítmica de genes de reloj y sus proteínas correspondientes.
Las neuronas de los NSQ parecen organizarse en grupos, cuya actividad oscila de manera interna y sincronizada, ésta se activa cíclicamente y este tiempo dura alrededor de las 24 horas. Ya desde nuestra primera etapa de vida aparece la transmisión de los diferentes ritmos circadianos.
En el embrión, “el bebé” recibe los primeros estímulos debido a unas señales sincronizadoras enviadas por la madre a través de la placenta; sin embargo, tras el nacimiento, este patrón circadiano es sustituido por un ritmo ultradiano (duración mayor de un día). Esto ocurre como consecuencia de que cada grupo está desacoplado de los demás, lo que favorece la aparición del patrón ultradiano a partir de diferentes patrones circadianos desacoplados entre sí.
Con la edad, aumenta progresivamente el grado de acoplamiento entre estos grupos, produciendo finalmente un patrón circadiano maduro. Por último, al final de la vida, de nuevo se produce un progresivo desacoplamiento, volviendo a emerger el patrón ultradiano. La actividad física y la exposición al ciclo natural de luz-oscuridad favorecen el acoplamiento interno en el NSQ.
El NSQ utiliza: señales físicas (temperatura), neuronales (conexiones selectivas del SNA simpático y parasimpático) y humorales (glucocorticoides y melatonina), para transmitir su información temporal a otras estructuras cerebrales que participan, por ejemplo, en la regulación del ritmo de sueño y vigilia. Uno de los mediadores humorales del NSQ mejor caracterizado es la melatonina.
Esta hormona interviene en la regulación del sueño y en los ritmos circadianos y estacionales. Su síntesis está bajo una doble regulación, ya que responde a la estimulación noradrenérgica del NSQ, activada durante la noche subjetiva, pero a la vez, está sujeta a la acción inhibitoria directa de la luz. La producción de esta hormona muestra un ritmo circadiano marcado, con niveles plasmáticos bajos durante el día y con un pico durante la noche, independientemente de las características nocturnas y diurnas del organismo. Por lo tanto, la melatonina también se conoce como: “la hormona de la oscuridad”.
La melatonina participa en la regulación de los ritmos circadianos mediante la modulación de la actividad eléctrica de los NSQ y mediante el ajuste de la fase del reloj circadiano. Estos efectos cronobiológicos de la melatonina están mediados por sus interacciones con los receptores de membrana MT1/MT2. Así, mientras la activación de MT1 modula la actividad eléctrica de los NSQ, los receptores MT2 están implicados en el ajuste de fase de los ritmos.
Estos efectos dependen del momento circadiano, la duración de la exposición y la sensibilidad de los receptores a la melatonina. Así, cuando la melatonina exógena se administra durante la tarde al comienzo de la noche, induce un avance en la fase del reloj circadiano; por el contrario, se observan retrasos en los ritmos circadianos, cuando la melatonina se administra al final de la noche o en las primeras horas
La actividad de los NSQ genera ritmos circadianos y tiene la capacidad para responder a algunos de estos ritmos. Por ejemplo, los ritmos de sueño-vigilia se pueden considerar como parte activa de los NSQ, pero, a su vez, este ritmo es determinado por otros factores (la exposición a la luz, el tiempo de alimentación y el ejercicio físico).
Tanto en los NSQ como en los relojes periféricos, en cada célula existe un componente oscilante circadiano autónomo. A nivel celular, los osciladores circadianos son el resultado de la existencia de ciclos de retroalimentación positivos y negativos, en los cuales los productos de la expresión de determinados genes (genes reloj) inhiben su propia transcripción, generando una ritmicidad de alrededor de 24 horas.
Los principales componentes que interactúan y se han identificado en el reloj de los mamíferos son los genes Clock y Bmal1, como elementos positivos, y los genes Per (Per1, Per2 y Per3) y los criptocromos (Cry1 y Cry2), como elementos negativos. Cada individuo tiene un ritmo circadiano endógeno; de tal manera que, según el momento de actividad y descanso, de dormir y despertar, pueden existir diferentes variaciones (cronotipos).
Existe un cronotipo matutino, que se duerme y se despierta muy temprano y que está más alerta, con más capacidad de trabajo y ejercicio por la mañana, y un cronotipo vespertino, en el que todos estos procesos se retrasan, ya que se duermen y se despiertan muy tarde. El cronotipo influye en los hábitos y estos pueden inducir adaptaciones metabólicas. La mayoría de la población se encuentra en algún punto intermedio entre ambos cronotipos
Vivimos en un entorno cíclico de 24 horas y, por lo tanto, casi todos los seres vivos presentan ritmos de 24 horas en sus funciones, pero los ritmos biológicos son endógenos, por lo que en cada ser vivo existe una estructura capaz de organizar las funciones fisiológicas del organismo en función del ciclo día-noche y que tiene la capacidad de sincronización para adaptarse a las condiciones ambientales y adoptar el mismo periodo que el medio ambiente (relación estable de fase).
Tenemos que tener en cuenta que existen diferentes alteraciones en los sistemas de mantenimiento del tiempo circadiano y que a la larga nos causarán problemas, algunas de estas alteraciones circadianas son catalogadas de la siguiente manera: el síndrome de retraso de fase (SRF), relativamente frecuente en edad inicial, que puede ir o no acompañado de jet lag social. El síndrome de avance de fase, consiste en que la persona no puede mantenerse despierta en horarios vespertinos y nocturnos en donde la mayoría de la gente aún está activa, de manera que se duerme pronto, mientras que se despierta en la madrugada sin poder volver a conciliar el sueño. Por último nombraremos el trastorno del ritmo de sueño irregular; ritmo diferente a las 24 horas (o ritmo en curso libre, propio de invidentes, patología prequiasmática); trabajo por turnos, jet lag social, etc.
El conocimiento del funcionamiento de los ritmos biológicos es muy importante en la búsqueda de la salud y el bienestar. Hemos conocido de una manera general la forma en la que nos puede afectar el desequilibrio en este aspecto y en parte también nos orienta para poder encontrar las herramientas coadyuvantes que puedan compensar estas alteraciones. El metabolismo, el sistema inmunológico o el sistema endocrino entre otros muchos están muy relacionados con una correcta actividad de los ritmos biológicos.
