ritmo biológico es una oscilación de un parámetro biológico dependiente de un reloj endógeno y de sincronizadores ambientales. La actividad de cualquier ser viviente es un fenómeno que se manifiesta siempre con una variación regular y no como un proceso continuo. La vida es un fenómeno rítmico. Así, al estudiar la relación entre el tiempo y alguna actividad vital de la índole que sea (por ejemplo, la excitabilidad de un músculo o de un nervio, el crecimiento, la reproducción, el comportamiento, la respiración, el sueño y la vigilia, etcétera), se descubre la existencia de ciclos o periodos que nos indican claramente cómo dichas actividades no se desarrollan de forma continua. Su estudio puede hacerse atendiendo a la descripción y análisis del fenómeno. Al investigar las causas de estos «relojes biológicos» se demuestra que gran parte de ellas tienen un origen externo, como pueden ser la fotoperiodicidad, los cambios climáticos estacionales, las mareas, etc. De acuerdo con la duración de estos ritmos extrínsecos se distinguen los ritmos nictemerales o circadianos, cuando el periodo es de aproximadamente 24 horas (circa significa "cerca", en latín), los semanales, mensuales y los anuales.
Los ritmos extrínsecos están impuestos desde fuera del ser vivo; los factores desencadenantes son: el ambiente (la luz, la humedad, la temperatura, la salinidad, etc.) y los fenómenos cósmicos (alternancia día-noche, fases lunares, variaciones de estaciones, etc.). Los factores externos actúan sobre el organismo a través de su sistema nervioso, y éste normalmente acciona el sistema endocrino. Por otra parte, existen también fenómenos rítmicos cuya causa es interna y no está determinada por factores ambientales, aunque éstos pueden modificarlos. Estos ritmos intrínsecos, como el latido cardiaco, los movimientos respiratorios, etc., tienen una cadencia más elevada y, por su origen, deben formar un grupo aparte de los mencionados anteriormente, pues son independientes de los fenómenos cósmicos. El conocimiento de los ritmos biológicos tiene un interés muy amplio, no sólo para la comprensión de las cuestiones teóricas que encierran, sino también por las aplicaciones prácticas que surgen de tales conocimientos.
Ritmos circadianos[editar]
Son los procesos que se repiten cada 24 horas aproximadamente (su periodo está comprendido entre 20 y 28 horas). Se les conoce también como nictemerales. Son ritmos ligados a la rotación de la Tierra, y a las consecuencias que lleva consigo sobre la variación de la luz, temperatura, etc. Son fundamentalmente metabólicos; producen una alternancia en la actividad funcional del ser vivo como un todo, o en alguna función particular, principalmente del sistema endocrino u hormonal.
Por lo que respecta a la actividad global, debe destacarse la distinción entre animales diurnos y nocturnos, según que el ritmo sueño-vigilia coincida con el de la Naturaleza o no. Tanto en animales vertebrados como en invertebrados se demuestra esta alternancia entre el desgaste y la recuperación necesaria para el normal desarrollo del proceso vital. El ritmo sueño-vigilia tiene una gran importancia en el hombre al igual que en los restantes animales, pues, aparte de lo indicado, rige y condiciona a otros. Así se comprueba cómo el reposo y la actividad determinan variaciones en la temperatura corporal, la presión sanguínea, el ritmo respiratorio, el cardiaco, etc., con un mínimo durante el sueño. De igual forma, durante el periodo de reposo hay una variación nictemeral en la excreción de orina y otros productos (electrólitos como el Na, K, CI; urea y creatinina, etc.). Los esteroides urinarios muestran también una variación regular en la excreción, lo cual sugiere una actividad endocrina rítmica de las suprarrenales que, a su vez, explicaría la oscilación en la excreción de los electrólitos.
Otras muchas funciones y características fisiológicas presentan en los vertebrados un ritmo circadiano. Son patentes en los invertebrados ritmos nictemerales en algunas funciones metabólicas, pero son muy ostensibles los cambios del color por efecto de la luz sobre la expansión o contracción de los pigmentos dentro de los cromatóforos. Estos ritmos han sido apreciados claramente en isópodos como Ligia y en distintos crustáceos (Uca, Idota). Igualmente han podido apreciarse en los vertebrados inferiores, como en Lamprea, Salamandra, o en algún reptil (Anolis).
Ritmos lunares[editar]
Denominados también selenianos o multinictemerales, son aquellos que por su duración se han relacionado con los movimientos de la Luna. Existen varios fenómenos cíclicos naturales que se presentan en alguna fase específica de la Luna, otros se efectúan en un ciclo lunar completo o solamente en su mitad. Sobre la relación entre la rotación de la Luna y distintos fenómenos biológicos, existe, por otra parte, cierta confusión, pues mientras los datos científicos son numerosos, son poco conocidos del gran público, el cual, por el contrario, recibe con abundancia información de tipo legendario y tradicional.
Ritmos mareales[editar]
Se han observado variaciones fisiológicas relacionadas con las mareas en distintos invertebrados que habitan zonas afectadas por ellas. Los ciclos sexuales en muchos vertebrados no guardan relación con las estaciones y adoptan ritmos de tipo multinictemeral, que en los primates se aproximan mucho al mes de duración (mujer: 28 días; chimpancé: 36 días; macaco: 27 días). Estos ciclos son expresión de la actividad rítmica de las hormonas hipofisarias (gonadotrofinas), que regulan la secreción de las hormonas sexuales.
El poliqueto (Palola) de los arrecifes coralinos del Pacífico constituye un ejemplo clásico de ritmo seleniano, pues la especie Palola viridis (Indias Occidentales), conocida vulgarmente como el gusano Palolo, se reproduce exclusivamente durante el tercer cuarto de la Luna de octubre/noviembre, lo cual fijaba una fecha clave en el calendario de los nativos.
Ritmos anuales[editar]
En la mayoría de los animales la reproducción se presenta una vez al año, generalmente en la época más favorable, la primavera, para asegurar la supervivencia de las crías.
Debe admitirse que existen factores hereditarios específicos encargados de controlar los ritmos sexuales de periodo anual en los animales invertebrados. Sin embargo, las condiciones ambientales juegan un papel estimulante o desencadenante. En los vertebrados, los ciclos sexuales son estudiados, fundamentalmente en aves y mamíferos, por Farner y su escuela en Seatle (EE. UU.), que demuestran experimentalmente la importancia del eje hipotálamo-hipofisario como mecanismo de conexión entre las variaciones ambientales (fotoperiodo) y los citados ciclos.
Las migraciones estacionales son también fenómenos que se consideran ritmos anuales y aparecen en invertebrados, como acontece con ciertos insectos (Danais), y mucho más frecuentemente en los vertebrados, como sucede en los peces (anguila, salmón, atún, sardina, arenque, bacalao, etc.) y en las aves (cigüeña, palmípedas, palomas, becadas, etc.) y mucho más reducidas en los mamíferos (reno, caribú, lemming, etc.). Estás migraciones se deben unas veces a influencias del medio, que obligan a buscar condiciones ambientales más favorables; otras veces, su objeto es fundamentalmente reproductor (anguila, salmón, p. ej.). En muchos casos, es difícil diferenciar el objetivo génico o ambiental o trófico de una emigración, pero lo que aquí interesa reseñar es la periodicidad anual del fenómeno.
Los cambios estacionales determinan en otros animales un tipo de adaptaciones durante la estación desfavorable, de manera que muchos de ellos presentan cambios profundos en su régimen de vida, que se repiten anualmente. Así, tenemos el fenómeno de la hibernación de ciertos mamíferos de nuestras latitudes (marmota, lirón, murciélago, erizo, etc.) o el letargo invernal de los anfibios y reptiles, o el letargo estival en distintos mamíferos desérticos, como formas de resistir la estación adversa; el enquistamiento de los dipnoos en el periodo de sequía tiene la misma finalidad.
ritmos circadianos (del latín circa, que significa 'alrededor de' y dies, que significa 'día') son oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo.
Todos los animales, las plantas y 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 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.
Ilustraciones de la expresión del ritmo circadiano y los ritmos biológicos en los seres humanos
Características[editar]
Los ritmos biológicos se han clasificado de acuerdo con su frecuencia y su periodo. Los ciclos 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 28 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[editar]
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.
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 Franz Halberg,2 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[editar]
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[cita requerida].
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.3
Ritmos circadianos animales[editar]
Los ritmos circadianos son importantes no sólo 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[editar]
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 con 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[editar]
Existe una serie de procesos biológicos que están subordinados al ciclo circadiano. Entre ellos podemos citar la enzima hexokinasa, la regeneración del epitelio intestinal y la producción de una serie de hormonas como son:
- ACTH: hormona adenocorticotrópica
- Cortisol6
- TSH: hormona estimulante de la tiroides
- FSH hormona foliculoestimulante
- LH: hormona luteinizante
- Estradiol
- Renina
- Un péptido natriurético altamente útil en determinación de infartos, hipertensión y fallo renal.
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.
También se sabe que existen retrasos 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"[editar]
Recientemente, se ha postulado que muchas células no nerviosas poseen también ritmos circadianos, y comparten con el NSQ la maquinaria molecular circadiana (genes reloj7 ). Por ejemplo, las células hepáticasresponden a los ciclos alimentarios más que a la luz. Este y otros tipos celulares que tienen sus propios ritmos se llaman osciladores periféricos (siempre subordinados al núcleo supraquiasmatico). Estos tejidos incluyen: el esófago, pulmones, hígado, bazo, timo, células sanguíneas, células dérmicas, glándula suprarrenal8 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. Los osciladores periféricos (relojes periféricos) son sincronizados principalmente por la luz (vía NSQ), pero la hora de alimentación o los glucocorticoides (7) como el cortisol también son señales sincronizadoras menos potentes que la luz, pero igual de efectivas.
Interrupción de ritmos circadianos[editar]
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.9
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.
Control celular del ciclo circadiano[editar]
Se ha señalado que las modificaciones postraduccionales en las histonas (el llamado código de las histonas) sería responsable en parte de la regulación celular de los ciclos circadianos.
Los ritmos circadianos constituyen el reloj biológico humano que regula las funciones fisiológicas del organismo para que sigan un ciclo regular que se repite cada 24 horas, y que coincide con los estados de sueño y vigilia. El sueño y la vigilia están asociados a los estímulos de luz, que el cerebro asocia con una mayor actividad fisiológica mientras que, en la oscuridad, se inhiben estas funciones, llegando al mínimo entre las 3.00 y las 6.00 horas.
Durante el descanso nocturno, el organismo humano entra en letargo, la temperatura corporal baja hasta los 35º, disminuye la presión sanguínea y se reduce la secreción de hormonas. La capacidad de alerta y de movimiento también se encuentran reducidas, por lo que es más difícil concentrarse o reaccionar ante un imprevisto y, por lo tanto, disminuye el rendimiento laboral y se multiplican las posibilidades de sufrir un accidente.
Si este periodo no se emplea para descansar, esto afectará negativamente a la salud física y psíquica del individuo, porque se disocian los ritmos biológicos y los elementos naturales que sirven para sincronizarlos, especialmente la luz, y se establecen sincronizadores artificiales. El organismo sufre por partida doble: por un lado ha de realizar un esfuerzo para permanecer activo en la fase de letargo natural (nocturna) y, por otro, debe esforzarse para dormir en la fase de activación (diurna).
A consecuencia de la alteración de este ritmo biológico, las personas que se ven obligadas a trabajar en turno de noche duermen entre cinco y siete horas menos por semana pero, aunque pudiesen descansar en un lugar oscuro y aislado de ruidos, la calidad del sueño diurno es inferior a la del nocturno y se reduce el tiempo total de sueño, aumentando los despertares, por lo que resulta difícil que lleguen al número de horas de sueño recomendadas para un adulto (entre siete y ocho diarias) y, en caso de conseguirlo, el descanso no es totalmente reparador.
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