Ritmos Circadianos

Los ritmos biológicos

Llamamos ritmos biológicos al ciclo natural de cambios químicos y funciones de nuestro cuerpo. Es como un “reloj” interno que encuentra en el cerebro, justo encima de donde se cruzan los nervios oculares. Está compuesto por miles de células nerviosas que ayudan a sincronizar las funciones y actividades de nuestro cuerpo.

Los ritmos biológicos controlan gran parte nuestras funciones corporales normales, incluidos el rendimiento, el comportamiento, el sueño y las funciones endocrinas. Y todas estas funciones están reguladas principalmente por el reloj circadiano, un conjunto de nervios localizados en el hipotálamo.

El reloj circadiano se basa en señales ambientales para regular su función, principalmente señales de luz del ciclo día / noche. Los cambios abruptos en la rutina, como los cambios de turno o los viajes que resultan en un desfase horario, pueden alterar el ciclo de sueño y tener un efecto perjudicial sobre los ritmos circadianos normales. Además, los cambios de estación, que se acompañan de una disminución en el número de horas de luz natural, pueden afectar negativamente la función del reloj circadiano, principalmente la secreción de melatonina para inducir el sueño.

Tipos de ritmos biológicos

Ritmos circadianos

Son un patrón de ritmo fisiológico endógeno de 24 horas. El nombre circadiano proviene del latín circa ‘aproximadamente’ diano ‘día’, que significa aproximadamente un día. El ciclo circadiano regula los cambios en el rendimiento físico, los ritmos endocrinos, el comportamiento y el tiempo de sueño. Controlan el ciclo de sueño / vigilia, la temperatura corporal, la presión arterial, el tiempo de reacción, los niveles de alerta, los patrones de secreción hormonal y las funciones digestivas.

Ritmos diurnos

Son una extensión de los ritmos circadianos. Es idéntico al ciclo circadiano, lo único es que significa que el ritmo está sincronizado con el día y la noche, o lo que es lo mismo, el sujeto debe estar despierto y funcionando normalmente durante el día y durmiendo durante las horas nocturnas de forma bastante uniforme. Es posible tener un ciclo circadiano sin tener un ritmo diurno pero no viceversa.

Ritmos ultradiarios

Son un patrón de ritmo endógeno que ocurre en una escala de tiempo más corta que los ritmos circadianos. Como resultado del breve tiempo del ciclo, la frecuencia de ocurrencia es mucho mayor. Un ejemplo de un ritmo ultradiano son los patrones de alimentación. Para una persona normal, este ciclo se repite aproximadamente 3 veces al día.

Ritmos infradiarios

Son un patrón de ritmo endógeno que tiene un ciclo de duración más larga que los ritmos circadianos, es decir, más de 24 horas por ciclo. Debido al mayor marco de tiempo para cada ciclo, la frecuencia de ocurrencia en estos ciclos es menor que la de los ritmos circadianos. El ciclo menstrual femenino es un ejemplo de ritmo infradiano. Es un evento biológico cíclico que ocurre en un patrón bastante regular mensualmente.

Los factores externos pueden influir en sus ritmos biológicos. Por ejemplo, la exposición a la luz solar, las drogas y la cafeína pueden afectar los horarios de sueño.

Factores que afectan a los ritmos biológicos

La mayoría de los organismos presentan actividades biológicas repetitivas a lo largo del tiempo y con una periodicidad definida. Muchas de estas actividades biológicas están relacionadas con los cambios producidos por la rotación y traslación de la Tierra. Teniendo esto en cuenta, es lógico que para competir y adaptarse de manera efectiva con este entorno, nuestra conducta también siga unos ritmos.

Las primeras observaciones de ritmicidad fueron hechas por el biólogo Linneo en el s. XVIII, que le llevaron a construir un reloj en su jardín usando flores que abren los pétalos a horas diferentes.

Ritmos circadianos que se dan en las respuestas fisiológicas a lo largo de 24 horas seguidas.

Si los ritmos biológicos fueran respuestas a señales periódicas ambientales, deberían desaparecer cuando el organismo fuera sometido a condiciones ambientales constantes. Esto no es así, porque los ritmos biológicos son endógenos.

A pesar de la gran variabilidad de factores que pueden determinar el período de un ritmo biológico, hay una necesidad de sincronización entre sí para que el organismo muestre una conducta lo más organizada posible; y, por tanto, adaptada a su entorno. Los ritmos proporcionan la organización temporal de la conducta de un animal.

Ya en 1729, el geólogo (físico) J. Ortous de Marian observó que en las plantas de mimosa había una ritmicidad endógena que se mantenía independientemente de la presencia del ciclo luz-oscuridad (aunque él creía que de alguna manera era sensible a los movimientos solares).

Los ritmos biológicos se suelen sincronizar con determinados factores ambientales externos (por ejemplo, luz y temperatura), y también con estímulos que nos proporcionan indicios del tiempo. Todos estos factores que se pueden ligar con el ritmo les llama zeitgebers (donantes de tiempo), y adaptan el ritmo con el entorno. El zeitgber primario para los humanos es la luz.

Estos relojes biológicos son de extrema necesidad para la supervivencia, ya que, aparte de regular el valor de la variable, miden el tiempo.

En principio, cualquier ritmo biológico presentará las siguientes características:

  • Carácter endógeno
  • Carácter hereditario
  • Mecanismo básico de generación

La genética de los ritmos biológicos

La descripción del ajuste de los relojes tiene su base en la genética. Se han identificados dos genes básicos: per (period) y tim (Timeless). La concentración de las proteínas expresadas por estos genes está determinada por el periodo de luz y oscuridad.

Donde primero se iniciaron estos estudios fue en la mosca del vinagre, pero actualmente se han desarrollado mutantes de genes de mamíferos en funciones homólogas a las de esta especie.

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Bases neurales de los ritmos circadianos

Todo sistema circadiano debe tener al menos tres elementos:

1. Una señal para su sincronización con los cambios que se producen en su entorno

En mamíferos, que tienen como principal Zeitgeber la luz, la principal vía de entrada es la retinohipotalámico (vías visuales). Los llamados fotorreceptores circadianos envían la señal al núcleo supraquiasmático del hipotálamo y al intergeniculado talámico.

2. Un marcapasos o reloj biológico que genere la oscilación aprovechando algunas propiedades oscilatorias de la maquinaria celular

En los mamíferos, el principal marcapasos o reloj biológico se ha localizado en el núcleo supraquiasmático (NSQ) del hipotálamo. El mecanismo temporal es interno a cada célula. El NSQ recibe la señal de sincronización a través de la vía retinohipotalámica, y de la vía geniculohipotalámica.

La lesión del NSQ conlleva la desincronización de ritmos como, por ejemplo, el del sueño, pero el total de horas dormidas a lo largo del día no se afecta.

Pero, ¿cómo lo hace el NSQ para medir, pera dividir en unidades temporales?

En estudios realizados con células del NSQ en cultivo, se ha visto que presentan ritmos circadianos individuales e independientes. Pero en un animal intacto estos ritmos están sincronizados, como se puede hecho? Seguramente liberando sustancias que sincronicen su actividad celular.

3. Una estructura de salida o vía efectora por la que se hace evidente el ritmo

El NSQ envía información a diferentes núcleos del tálamo e hipotálamo, pero especialmente en el núcleo paraventricular, desde el cual la información se transmite a la glándula pineal.

Esta glándula elabora y libera melatonina en el sistema circulatorio. Esto se produce durante la noche en respuesta a inputs provenientes del NSQ (esto es así tanto en especies nocturnas como diurnas). La melatonina influye en un gran número de variables fisiológicas y conductuales a través del sistema porta hipotálamo-hipofisario. Sobre todo se implica a la melatonina en los ritmos estacionales.

Estudios recientes han mostrado que la melatonina, actuando sobre receptores del NSQ, puede afectar la sensibilidad de las neuronas de este núcleo en los zeitgebers y, por tanto, puede alterar los ritmos circadianos.

Funciones biológicas de la melatonina

La melatonina tiene varias funciones conocidas de las que se destaca su papel en el ritmo circadiano de sueño / vigilia de algunas especies y el de señal cronológico circulante que permite informar sobre la duración del día y, por tanto, de influir en un buen número de señales. La melatonina tiene efectos antitumorales, anticonvulsivos, sedantes, hipnóticos ligeros, y parece que también un efecto antioxidante.

Otras funciones de la melatonina son:

  • En mamíferos, sincronización de los ritmos biológicos con las condiciones ambientales.
  • Regulación de los cambios estacionales en animales (conducta reproductiva, peso corporal, etc.).
  • Efectos hipnóticos que parece funcionar mediante mecanismos termorreguladores, separado de los ritmos circadianos.
  • Protección contra los radicales libres, efecto antioxidante.
  • Participación en la fisiología retinal. En este caso, la melatonina parece estar segregada por la misma retina.

Cronopatología

La importancia de los ritmos biológicos hace recomendable que la conducta se adapte a estos ciclos para evitar los efectos perniciosos de la desincronización. En algunas situaciones, es inevitable el desfase de algunos ritmos (turnos de trabajo nocturnos, viajes transmeridianos), que producen síntomas como apatía, cansancio, insomnio, problemas digestivos, etc. Más que un problema horario por sí mismo, es un problema de diferentes ritmos de resincronización que muestran las diferentes variables fisiológicas. Así, por ejemplo, el ciclo sueño / vigilia se adapta con rapidez, mientras que la temperatura puede requerir días o semanas.

También está demostrada la susceptibilidad de los organismos a diferentes sustancias (fármacos: neurolépticos, alcohol, anfetaminas, etc.) según la hora de su administración, que puede variar de una sustancia a otra. Por ejemplo, si los neurolépticos se administran de día aumentan los síntomas extrapiramidales; en cambio, de noche no afectan tanto el sistema motor.

Los ritmos biológicos y el ciclo de sueño-vigilia
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