¿Qué son los ritmos circadianos?
Todos los organismos muestran algún tipo de variación rítmica fisiológica que suele estar asociada con un cambio ambiental. A estas variaciones la denominamos ritmos o ciclos circadianos.
Se han documentado diferentes ritmos con períodos que van desde fracciones de segundo hasta años. Pero en los seres humanos, los ciclos circadianos son oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de 24 horas aproximadamente.
Aunque hace más de dos siglos que se conocen los ritmos circadianos, hasta la década de 1960 no se acuña el término circadiano, por Franz Halberg, a partir de los términos circa (lat., 'alrededor') y diem (lat., 'día'). Halberg fue además el principal impulsor de la cronobiología o estudio formal de los ritmos biológicos temporales tanto diurnos y semanales como anuales.
Es en el cerebro, en el hipotálamo, dónde se encuentra alojado el reloj biológico que controla la mayoría de nuestros ritmos circadianos, así como otras funciones importantes como son los cambios de temperatura, la presión arterial que se suceden durante el sueño y la segregación de distintas hormonas fundamentales para nuestro organismo, como son la ACTH (Hormona adenocorticotrópica), cortisol, TSH (hormona estimulante de la tiroides), FSH (hormona foliculoestimulante), LH (hormona luteinizante), estradiol y renina. Además, se considera que el ciclo circadiano cambia según estaciones (ritmos circanuales) y que las concentraciones de hormonas en sangre varían, según otros factores, como la edad o el estado de salud.
Los ritmos circadianos son endógenos, si bien son modificables por señales exógenas (estos ritmos persisten aun sin estímulos externos) y establecen una relación de fase estable con estos ciclos externos alargando o acortando su periodo e igualándolo al del ciclo ambiental. Al cambio cíclico ambiental que es capaz de sincronizar un ritmo endógeno se le denomina sincronizador.
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 sincronizarse con 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 con 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 cumplan la regla.
Hablamos de ciclos circadianos, en plural, y es que en nuestro organismo existen diversos ritmos biológicos que regulan las funciones fisiológicas para que se repitan aproximadamente cada 24 horas. El más conocido y estudiado es el ritmo circadiano de sueño, donde la transición entre sueño y vigilia, se asocia fundamentalmente a estímulos de luz.
En el ritmo circadiano normal, cuando empieza a oscurecer, nuestro cuerpo comienza a aumentar la temperatura corporal periférica y segrega melatonina, producida por la glándula pineal. Es cuando comenzamos a sentir somnolencia y se produce el sueño durante la noche. A primera hora de la mañana, al exponernos a la luz, caen esos niveles de melatonina endógena, hay mayor nivel de alerta, nos despertamos y comienza la vigilia. A primera hora de la tarde, generalmente después de comer, existe otro pequeño pico de aumento de temperatura y melatonina que es el origen de la siesta.
Para mantener este ritmo, existen unos sincronizadores externos como son los horarios de comida, de trabajo, de rutina social, etc. Pero cualquier cambio en ellos, como trabajos a turnos, viajes largos en avión, cambios de rutina, puede producir una desincronización de nuestro sueño.
Hoy en día y cada vez con más frecuencia, nos encontramos enfermedades o trastornos derivados de la alteración del ritmo circadiano. Vivimos en una sociedad que tiende a regirse por patrones más irregulares, con exposición lumínica alta en horarios nocturnos por el uso de aparatos electrónicos con pantallas y horarios laborales cambiantes.
Mantener un horario de sueño estricto y unas normas básicas es fundamental, ya que por ejemplo entre otras funciones, mientras dormimos, nuestro cerebro se deshace de los productos de la actividad neuronal que se acumulan durante la vigilia, como la proteína beta-amiloide, que es la responsable del Alzheimer y de otros trastornos neurológicos.
También hay estudios de la asociación de trastornos del sueño con alteraciones inmunológicas, alteraciones metabólicas como la obesidad y la Diabetes Mellitus y alteraciones psicológicas como ansiedad y depresión.
Orígenes
Se cree que los relojes circadianos evolucionaron como una adaptación para anticipar los cambios diarios en los factores ambientales cíclicos externos y para alinear la fase de ritmo conductual, fisiológica y metabólica de un organismo con el momento más adecuado del día.
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 habría relegado al período nocturno.
El conocimiento de la periodicidad de los fenómenos naturales y ambientales de los ritmos circadianos 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. 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.
En 1729 el 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 se 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.
Efectos del ciclo luz-oscuridad
El ritmo está ligado al ciclo de luz-oscuridad. Los animales, incluyendo los humanos, se han visto condicionados durante la mayor parte de su evolución a los periodos de intensa oscuridad derivados del periodo noche-día.
El ciclo de sueño se atrasa o adelanta cada "día", dependiendo si el "día", su período endógeno, es menor o mayor que 24 horas. Los animales subterráneos totalmente ciegos, son capaces de mantener su reloj interno en la evidente ausencia de un estímulo externo. A pesar de la falta de estructura de ojos, sus fotorreceptores (los cuales detectan la luz) siguen funcionando; de la misma forma ellos salen periódicamente a la superficie.
Recientes estudios han influenciado el diseño de ambientes de las naves espaciales con sistemas de simulación del ciclo luz-oscuridad, y se han encontrado grandes beneficios para los astronautas.
Estudios de 2005 en los ritmos circadianos sugieren que la mayoría de las personas prefieren un día cercano a las 25 horas cuando se los aísla de los estímulos externos como la luz del día y la hora. Sin embargo, estos estudios han tenido limitaciones en proteger a los participantes de la luz artificial.
Otro estudio más estricto, realizado en 1999 por la Universidad de Harvard, estimó que el ritmo circadiano natural en los humanos es cercano a las 24 horas y 11 minutos, bastante más aproximado al día solar.
Trastorno del sueño del ritmo circadiano.
Casi todas nuestras variables fisiológicas varían a lo largo del día, siguiendo nuestros ritmos circadianos.
Muchos factores afectan nuestros ritmos circadianos, haciendo que casi todas las variable fisiológicas varíen a lo largo del día; lo que comemos, cuándo comemos, la temperatura ambiental, las interacciones sociales… pero sin lugar a dudas, el principal factor que regula nuestro reloj interno en relación al ciclo sueño-vigilia es la luz.
Nuestra relación durante millones de años con el ciclo natural de luz y oscuridad cambió drásticamente en pocas generaciones, y su efecto en nuestro reloj interno ha sido devastador.
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.
Algunos desórdenes psiquiátricos y neurológicos, como el Trastorno afectivo estacional, el Trastorno bipolar y algunos Trastorno del sueño del ritmo circadiano se asocian a funcionamientos irregulares de los ritmos circadianos en general, no solo del ciclo sueño-vigilia.
La alteración de los ritmos circadianos a largo plazo tendría consecuencias adversas en múltiples sistemas, particularmente en el desarrollo de enfermedades cardiovasculares.
La luz moderna y sus problemas
Si comparamos la luz natural, a la que el ser humano ha estado acostumbrado durante miles de años, y la luz moderna artificial, esta última sale perdiendo por mucho, y no solo en calidad sino también en variabilidad.
En un entorno natural nuestra exposición a la luz varía entre dos extremos:
Luminosidad nocturna: oscila entre 0.0001 lux (cielo nocturno nublado) y 0.5 lux (luna llena en noche despejada).
Luminosidad diurna: oscila entre 10.000 lux y más de 100.000 lux, dependiendo de la nubosidad y estación del año.
Como vemos, el ser humano ha evolucionado con diferencias enormes entre la luminosidad que experimentamos por el día y por la noche, lo cual sincronizaba perfectamente nuestro reloj interno. Pero ahora, por el contrario, nuestra vida moderna nos expone y sumerge en un baño continuo de luz artificial de intensidad media, que oscila entre los 50 lux de una habitación poco iluminada por la noche y los 300 - 800 lux de luz más intensa en una oficina.
La luz solar es cientos de veces más luminosa en el espectro azul que la luz artificial tradicional, y es con diferencia la más efectiva a la hora de sincronizar nuestro ritmo circadiano. Este tipo de luz entra en contacto con la retina y estimula una zona del cerebro denominada núcleo supraquiasmático, que entre otras cosas regula la producción de melatonina por la noche (la hormona del sueño) y el cortisol por la mañana, para ajustar nuestro reloj interno.
El fuego emite una luz más cercana al extremo amarillo/naranja del espectro, que no interfiere con la producción de melatonina. Quizá por eso la hoguera alrededor de la que se juntaban nuestros antepasados o las luces de las velas durante siglos no nos afectaban de la misma manera.
Una vez más en nuestra vida moderna, nuestro cuerpo espera aquello para lo que ha evolucionado y nosotros le damos otra... que puede salir mal.
Desajustes de los ritmos circadianos
La oscuridad de la noche (la ausencia de luz de espectro azul) estimulaba la producción de melatonina, no sólo induciéndonos el sueño, con todos sus beneficios, sino que su producción se relaciona con otros aspectos fundamentales como son la regulación de la presión arterial y la función inmune de nuestro organismo, la regeneración del epitelio intestinal, aparte de considerarse un potente antioxidante.
La luz artificial y la luz reflectante de los aparatos electrónicos que nos hemos acostumbrado a usar por la noche, emiten principalmente luz azul, y aunque de intensidad mucho menor al sol, es suficiente para inhibir parcialmente la producción de melatonina.
Cuando nuestros ritmos circadianos se desajustan, ya sea por cambios en los horarios de sueño, trabajo nocturno o viajes a través de zonas horarias diferentes, puede afectar negativamente a nuestro sistema inmunológico. Los desajustes en el ritmo circadiano se han asociado con una mayor susceptibilidad a infecciones, mayor riesgo de enfermedades autoinmunes y alteraciones en la respuesta inflamatoria.
Los desajustes de los ritmos circadianos pueden provocar a medio y largo plazo:
Una disminución de la eficacia del sistema inmune para combatir las infecciones o las enfermedades.
Una alteración de la respuesta inflamatoria, que puede favorecer el desarrollo de enfermedades autoinmunes (como la artritis reumatoide o la diabetes tipo 1), alérgicas (como el asma o la rinitis) o crónicas (como la obesidad o las enfermedades cardiovasculares).
Una alteración del sueño, que puede afectar al estado de ánimo, al rendimiento cognitivo, a la regulación del apetito, y por lo tanto a la calidad de vida en general.
Algunos signos de desajuste en los ritmos circadianos incluyen dificultades para conciliar el sueño, somnolencia durante el día, cambios de humor y falta de energía.
Para mantener un ritmo circadiano saludable y un sistema inmune óptimo, se recomienda seguir estas pautas:
Mantener un horario de sueño regular: Intenta acostarte y levantarte a la misma hora todos los días, incluso los fines de semana.
Dormir entre 7 y 9 horas al día, preferiblemente (si se puede) en un ambiente oscuro y silencioso.
Limita su uso antes de dormir o utiliza filtros de luz azul, de aparatos electrónicos.
Exponerse (si se puede) a la luz natural durante el día, especialmente por la mañana, para sincronizar el reloj biológico con el ambiente.
Permitir que la luz natural entre en tu hogar o lugar de trabajo.
Investigaciones han demostrado que los ritmos circadianos regulan la actividad de diferentes células del sistema inmunológico, como son los glóbulos blancos y los macrófagos. Estas células tienen su propio reloj interno, que coordina su actividad en momentos específicos del día.
Durante el día, cuando estamos despiertos y expuestos a la luz solar, nuestro sistema inmunológico se encuentra en un estado de alerta más elevado. Esto significa que está más preparado para identificar y combatir agentes patógenos invasores. Por otro lado, durante la noche, cuando estamos en reposo y la oscuridad predomina, nuestro sistema inmunológico reduce su actividad. Este cambio permite la recuperación y el mantenimiento de la función inmunológica a largo plazo.
El ritmo circadiano modula la actividad del sistema inmune de varias formas:
Regula la producción y liberación de hormonas como el cortisol, la melatonina o la adrenalina, que tienen efectos antiinflamatorios o proinflamatorios según el momento del día.
Controla la expresión de genes relacionados con la respuesta inmune, como los que codifican las citoquinas (moléculas que regulan la comunicación entre las células inmunitarias).
Condiciona el tráfico y la función de las células inmunitarias, como los neutrófilos (que combaten las infecciones bacterianas), los monocitos (que participan en la inflamación) o los linfocitos (que generan la memoria inmunológica).
Espero que esta información te sea útil.