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7 minutos de lectura
El tiempo entra por lo ojos, eso lo sabe cualquiera, Julio Cortázar

Todas las funciones fisiológicas, bioquímicas y conductuales en los seres vivos son periódicas. Es decir, tienen un ciclo que se repite cada cierto tiempo (desde segundos hasta un año).  Las funciones de los seres vivos son verdaderos ritmos biológicos.  Algunos casos, por ejemplo, serían la variación de la temperatura corporal en los mamíferos o la orientación de las flores hacia las fuentes de luz.

Dicho esto, valga especificar que los ritmos circadianos son aquellos cuya duración es de 24 horas.

Sistema cronobiológico

Los seres humanos, como otras especies de seres vivos, tienen un sistema cronobiológico que regula la periodicidad de los ritmos circadianos. El sistema cronobiológico está formado por tres componentes:

  1. Un sincronizador ambiental o zeitgeber (del alemán, “dador de tiempo”) que consiste en señales ambientales cíclicas que marcan, por ejemplo, el ciclo de luz y de oscuridad.
  2. El sincronizador ambiental «pone en hora» a una estructura anatómica a la que llegan los estímulos del sincronizador ambiental: el reloj biológico.
  3. Y el reloj biológico es empleado por las funciones corporales con ritmicidad circadiana.

Los tres componentes del sistema cronobiológico interactúan entre sí.

Más sobre el sistema cronobiológico

Otro tipo de interacción del sistema cronobiológico es la retroalimentación. Lo que ocurre durante la retroalimentación es que el ritmo circadiano que regula una función corporal afecta finamente al reloj biológico que regula aquella función corporal, sincronizándolo.

También existe otro tipo de interacción: el enmascaramiento. Durante el enmascaramiento ocurre algo muy distinto a lo que sucede en la retroalimentación. En el enmascaramiento los sincronizadores ambientales (zeitgeber) afectan los ritmos circadianos eludiendo el control del reloj biológico. Lo que, vale aclarar, no implica inexorablemente un cambio en la sincronización del reloj biológico.

Componentes de un sistema cronobiológico, incluyendo relaciones de retroalimentación y de enmascaramiento. Modificado de Golombek, 2006.

Componentes de un sistema cronobiológico, incluyendo relaciones de retroalimentación y de enmascaramiento. Modificado de Golombek, 2006.

 

¿Dónde se ubica nuestro reloj biológico?

Uno de los ritmos circadianos más notorios en el ser humano es el del ciclo del sueño y la vigilia. Se duerme de noche y se está activo de día. Este hecho permitió hipotetizar que la luz actuaba como estímulo o zeitgeber que regulaba o sincronizaba nuestro reloj biológico. Efectivamente es así.

Se comprobó la existencia de una vía directa entre la retina y el hipotálamo (región del cerebro que coordina muchas funciones vitales). Allí se encuentran dos pequeños núcleos cerebrales compuestos por unas 20 000 neuronas: los núcleos supraquiasmáticos (NSQ).
Estos núcleos cerebrales constituyen el reloj biológico central: reciben información directa desde la retina y envían señales al resto del cuerpo para controlar los ritmos circadianos del organismo.

 Esquema del cerebro humano. En fucsia se indica la ubicación del núcleo supraquiasmático (NSQ). Créditos: https://www.insulinrock.com

Esquema del cerebro humano. En fucsia se indica la ubicación del núcleo supraquiasmático (NSQ). Créditos: https://www.insulinrock.com

El rol de la melatonina

Los ritmos circadianos están presentes en muchas funciones importantes del cuerpo. Tales los casos de la liberación de hormonas, la temperatura corporal o la actividad metabólica. A pesar de ello, la mayoría de las personas sólo notan el efecto de estos ritmos en el ciclo que alterna el sueño y la vigilia.

El ciclo del sueño y la vigilia está regulado por la concentración de melatonina en la sangre. Esta hormona, entre otras funciones, produce somnolencia y relajación; prepara al cuerpo para descansar. Los NSQ controlan la producción de melatonina a través de la glándula hipófisis que detecta la cantidad de luz ambiental que reciben nuestros ojos. Cuando hay menos luz (como al atardecer y a partir de la caída de la noche), los NSQ inducen a la hipófisis a liberar melatonina. A mitad de la noche, la liberación de melatonina alcanza su máxima concentración en la sangre. Hacia el amanecer empieza a descender ya que la presencia de luz inhibe la secreción de melatonina.

El cambio en la concentración de melatonina durante el ciclo del sueño y la vigilia controla la mayoría de los ritmos circadianos en el cuerpo.

Si bien la luz influye sobre la secreción de melatonina, ciertas investigaciones han reportado que no se trata de toda la luz sino de una fracción específica de la longitud de onda de la luz: la porción violeta y azul del espectro visible (entre 380 y 495 nanómetros). La luz de esta longitud de onda es un potente supresor de la producción de melatonina.

Muchas de las luces a las que nos exponemos día y noche tienen esta longitud de onda, impactan en nuestro reloj biológico y pueden provocar la disrupción circadiana de muchas funciones metabólicas. Algunos estudios han demostrado que la luz de una habitación es capaz de reducir los niveles de melatonina hasta un 71,4 %. Además la luz de las pantallas como las de las computadoras, de los televisores y de los celulares también producen una importante inhibición de la producción de melatonina. La consecuencia es, por ejemplo, el atraso en la llegada del sueño, el insomnio, cansancio y alteraciones fisiológicas.

¿Qué funciones corporales presentan una variación circadiana?

Los ritmos circadianos tienen una estructura temporal y están estrechamente relacionados entre sí. De esta manera permiten que los seres vivos estén mejor preparados para cambiar de actividades mediante distintos comportamientos a lo largo de distintas horas del día.

Las variables metabólicas oscilan entre valores máximos y mínimos de manera ordenada durante cada día. Así es como, por ejemplo, las variables catabólicas que se relacionan con el desempeño psicomotor y las funciones cardiorrespiratorias logran alcanzar sus niveles máximos durante el día. En cambio, las variables anabólicas asociadas con procesos de reparación y crecimiento tal como la liberación de hormona del crecimiento, suelen estar más activas durante la noche.

El cortisol

Muchos de estos ritmos circadianos están controlados por la concentración sanguínea de una hormona adicional llamada cortisol. El cortisol es producido por las glándulas suprarrenales. A su vez las glándulas suprarrenales regulan la melatonina.

La concentración de cortisol en sangre presenta una variación circadiana opuesta a la de la melatonina. En otras palabras, a mayor presencia de melatonina menor cantidad de cortisol, y viceversa, lo que indica que la melatonina actúa como inhibidora de la producción de cortisol.

Durante la noche la secreción de cortisol es nula, aumentando su concentración a partir de las 4 a. m. incluso si la persona sigue durmiendo, alcanzando su pico alrededor de las 8 a. m.  Este aumento matutino de cortisol ayuda a despertar a la persona del sueño debido al incremento de la temperatura corporal y de la actividad metabólica. Hacia la noche, la concentración de cortisol desciende progresivamente.

Gráfico de la variación circadiana de la concentración sanguínea de melatonina y cortisol. Se puede observar como la concentración sanguínea de ambas hormonas es antagónica, es decir cuando la concentración de melatonina aumenta, disminuye la de cortisol y viceversa. Cabe aclarar que la concentración de cortisol es dependiente de la concentración de melatonina. Créditos: https://www.comunidadlift.com

Gráfico de la variación circadiana de la concentración sanguínea de melatonina y cortisol. Se puede observar como la concentración sanguínea de ambas hormonas es antagónica. Es decir, cuando la concentración de melatonina aumenta, disminuye la concentración de cortisol, y viceversa. Cabe aclarar que la concentración de cortisol es dependiente de la concentración de melatonina. Créditos: https://www.comunidadlift.com

El cortisol cumple muchas funciones importantes: favorece la formación de azúcar, la retención de sodio y de agua y la eliminación de potasio. A nivel del hígado el cortisol interviene sobre las numerosas enzimas metabólicas y en los procesos de inflamación y defensa inmunitaria. Todas estas funciones tienen una variación circadiana que dependen de la concentración de cortisol.

En concreto, muchas funciones corporales siguen una ritmicidad circadiana.

En síntesis

Este concierto cronobiológico tiene como consecuencia que estemos mejor preparados para diferentes funciones y comportamientos en distintas horas del día, constituyendo un mecanismo adaptativo sumamente importante en la evolución de los seres vivos.

En análisis de la complejidad de los ritmos biológicos invita a una profunda reflexión sobre la conexión del ser humano con el entorno. Abre nuevos interrogantes.  ¿Cómo podría el ser humano utilizar los nuevos descubrimientos en cronobiología para mejorar su salud y bienestar?, ¿qué avances científicos podrían surgir para mitigar los efectos negativos de la desincronización circadiana en una sociedad cada vez más inmersa en la luz artificial y la tecnología?

Explorar estas preguntas pueden conducir a un horizonte en el que el conocimiento de la biología se entrelace con el diseño de entornos más saludables y sostenibles, potenciando así el desarrollo humano y la calidad de vida en el futuro.

 

Fuentes
  • Campino C, Valenzuela F, Arteaga E, Torres-Farfán C, Trucco C, Velasco A, Guzmán S, Serón-Ferré M. 2008. La melatonina reduce la respuesta de cortisol al ACTH en humanos. Rev Méd Chile; 136: 1390-1397.
  • Golombek D. 2006. Cronobiología, la máquina del tiempo. Ponencia Reinberg A. 1996. Los ritmos biológicos: cómo beneficiarse de ellos. Ed. Paidos tribo, Barcelona. 216 pp.
  • Shirani A & St.Louis EK. 2009 – Illuminating rationale and uses for light Therapy. J Clin Sleep Med, 5(2): 155–163.
  • Ficha descriptiva “Ritmos Circadianos”. 2020. National Institute of General Medical Sciences.
  • https://www.comunidadlift.com/blog/lo-esencial-es-visible-a-los-ojos-ciclo-circadiano-disrupciones-y-efectos-en-la-salud/

 

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