CONTROL NEUROENDOCRINO DE LOS RITMOS BIOLÓGICOS.
CRONOBIOLOGÍA
Terminología:
- Período: duración de un ciclo.
- Fase: estado de una variable en un momento dado de su período.
- Acrofase: instante en el que la variable alcanza su valor máximo.
- Mesor: valor medio de todos los valores de la variable a lo largo del ciclo.
- Amplitud: diferencia entre el mesor y la acrofase.
Curso libre: condición experimental en la que se suprimen los sincronizadores.
- Tau: período del ritmo circadiano en curso libre.
- Alfa: fase de actividad.
- Rho: fase de reposo.
La actividad de un gran número de funciones corporales (latido cardíaco,
respiración, temperatura corporal) y conductas (sueño-vigilia, actividad motora,
alimentación, conducta reproductora, hibernación o migraciones estacionales)
de los seres vivos es mayoritariamente cíclica -> Importante función adaptativa
para adecuar el comportamiento a las condiciones externas (cambios de luz,
temperatura, presencia de compañeros, depredadores o presas…)
Tipos de ritmos:
- Reactivos: respuestas reflejas o pasivas a cambios en agentes externos.
- Endógenos: regulados por estructuras neurales denominados
osciladores, en asociación con señales ambientales denominadas
sincronizadores o “Zeitgebers”.
Los fenómenos cronobiológicos aparecen también en células aisladas (cambios
cíclicos en potenciales de membrana, apertura y cierre de canales iónicos…).
La Cronobiología comenzó con el naturalista suizo Jean Jacques Ortous de
Mairan en 1972, a partir de la observación de que la mimosa mantenía la
periodicidad de sus movimientos foliares en ausencia de luz, evidenciando su
carácter endógeno.
La realización de determinadas tareas, relacionadas con la memoria, atención o
coordinación motora presentan un máximo de actividad o acrofase hacia la mitad
del día y su punto mínimo en la primera mitad de la noche.
En cambio, para otras variables biológicas como la producción y actividad de
numerosas células inmunitarias la acrofase corresponde a la fase nocturna.
RITMOS BIOLÓGICOS: CARACTERÍSTICAS Y TIPOS
Poseen un origen genético.
Período sólo modificable dentro de márgenes estrechos.
Los principales ritmos (actividad/reposo, sueño/vigilia y endocrinos) se
establecen principalmente entre los 3 y 6 meses de edad.
En la vejez hay menor amplitud de los ritmos biológicos y más desacoplamiento
entre ellos.
,CIRCADIANOS
Período: entre 20 y 28 horas, aproximadamente 24h.
- Sueño-vigilia.
- Temperatura corporal central: aumenta a lo largo del día, alcanzando
su máximo a las 4 de la tarde para caer progresivamente hasta
aproximadamente 12 horas después. Pico secundario por la tarde y antes
del sueño nocturno.
Relación entre sueño y temperatura corporal: mientras las personas están
dormidas, la temperatura periférica (de las extremidades) es alta, mientras que
el despertar coincide con un aumento de la temperatura central.
Actograma: gráfico que muestra el ritmo circadiano de sueño-vigilia.
INFRADIANOS
Período superior a un día.
Ciclo menstrual de la mujer (28-30 días): depende de interacciones hormonales
y no tanto de osciladores neurales.
Ritmos circanuales (período de aproximadamente un año): letargos invernales,
conductas reproductoras (celo) y migraciones estacionales de muchas especies.
ULTRADIANOS
Período inferior a un día
Ciclo básico de reposo-actividad (90-100 minutos): controlaría un gran número
de actividades fisiológicas y conductuales, como la alternancia entre sueño REM
y NoREM.
Ritmos circamareales o circalunares (período de aproximadamente 12 horas):
afectan al comportamiento de las especies costeras.
SINCRONIZADORES O “ZEITGEBERS”
Son los estímulos o factores ambientales que “encarrilan” los ritmos circadianos,
ajustando su período, acrofase u otras características.
Los ritmos se adaptan a estos sincronizadores, pero persisten en ausencia de
ellos (curso libre), con algunas alteraciones.
La luz es el sincronizador más importante en mamíferos y aves.
Efecto de la luz solar sobre los ritmos biológicos: fotoperiodismo.
Ritmos encarrilados por el ciclo de luz-oscuridad: nictemerales.
El ritmo de temperatura corporal en curso libre (privación de referencias
lumínicas) permanece en unas 24-25 horas, mientras que el de sueño-vigilia se
,amplía y se estabiliza cerca de las 30 horas (aunque para algunas personas
pueden ser 40 y para otras, 16-18) -> Relojes internos independientes.
Personas ciegas: si tienen melanopsina retiniana se ajustan con facilidad, pero
si no: pobre calidad de sueño.
Disponibilidad periódica de comida: actúa como un sincronizador de la actividad
motora en peces, incluso por encima de la luz.
Sincronizador importante en animales domésticos: presencia del hombre (ej. Los
gatos salvajes son nocturnos, pero los domésticos son diurnos porque se
sincronizan con la presencia humana, ya que determina la aparición de comida
y actividad).
Conducta reproductora humana: influencia de la luz y la temperatura ambiental.
Distribución anual cíclica unimodal o bimodal en latitudes más altas, donde los
cambios en la duración del día y la noche son muy pronunciados a lo largo del
año.
En todas las sociedades industrializadas, la pérdida del control del fotoperíodo
(luz eléctrica) precede a la de la temperatura (aire acondicionado).
CARACTERÍSTICAS DE LOS OSCILADORES O RELOJES BIOLÓGICOS
Un oscilador o reloj biológico es una estructura interna de un organismo,
responsable de una oscilación biológica cuyo período es cercano y, por tanto, se
sincroniza con el de algún ciclo ambiental externo.
Funciones:
- Generar ritmos circadianos.
- Acoplar las funciones corporales y el comportamiento a los
sincronizadores.
- Anticipar los cambios en estas funciones y comportamientos a las
demandas ambientales.
Osciladores (células y sistemas que generan ritmos por sí mismos) ≠
Marcapasos (osciladores con capacidad para inducir ciclos en otras células o
sistemas).
Genes que controlan ritmos biológicos en los seres vivos mediante la producción
de proteínas que se autoinhiben: per, tim, cyc y Bmall entre otros.
Ejemplo de ciclo en una especie diurna:
El complejo Clock:Bmall se acumula durante la noche, lo que estimula la
transcripción de los genes Per y Cry al principio del día. Los complejos de
proteínas que el gen Cry ha dado lugar ejercen un feedback negativo sobre el
complejo Clock:Bmall, reduciendo sus niveles y, por tanto, la transcripción de
Per y Cry.
Al no transcribirse más los genes Per y Cry, sus niveles van descendiendo, lo
que reduce el feedback negativo sobre Clock:Bmall, que se vuelve a acumular
hasta el comienzo del día siguiente.
, Resumen: Per y Cry suben porque Clock:Bmall está arriba, y al subir lo bajan.
Entonces bajan ellos, por lo que Clock:Bmall sube.
EL NÚCLEO SUPRAQUIASMÁTICO HIPOTALÁMICO (NSQ)
Es el principal oscilador de los mamíferos. Genera los ritmos circadianos y los
armoniza a ciclos exógenos como la luminosidad (las células ganglionares del
ojo envían información sobre el ciclo de luz-oscuridad a esta estructura,
interviniendo así en la activación de los genes pertinentes).
Pero algunos ritmos se mantienen aun extirpándolo, por lo que existe otro
oscilador responsable de la alimentación y sincronizado con la disponibilidad de
comida. Ambos osciladores (luz y alimento) pueden estar acoplados o ser uno el
principal y el otro el secundario.
Se subdivide en:
- Región central: con importante aferencia retiniana de tipo
glutamatérgico.
- Región cortical: con mayor aferencia procedente de estructuras
moduladoras.
Principal neurotransmisor sobre el NSQ: Glutamato (Receptores: AMPA, NMDA
y kainato).
El NSQ recibe señales de luminosidad ambiental a través de la vía retino-
hipotalámica. Los conos y bastones no son decisivos para la regulación de los
ritmos circadianos, pero sí las ipRGCs, que contienen melanopsina.
- Destrucción del NSQ: suprime la sincronización por la luz, y el animal se
mantiene como si estuviera en oscuridad continua.
- Lesión del NSQ: elimina el ritmo circadiano de ingestión de agua y
alimentos, el de sueño-vigilia, el de la actividad motora de las ratas y el
ritmo de secreción de ACTH o corticosterona, pero no afecta al de
temperatura.
Los ritmos circadianos se mantienen en animales ciegos con el NSQ intacto,
aunque las oscilaciones se independizan progresivamente de la alternancia luz-
oscuridad. En el ser humano, los tumores del NSQ provocan trastornos del ciclo
sueño-vigilia.
GLÁNDULA PINEAL Y RITMOS ANUALES
Es un órgano endocrino activo, cuya principal actividad es la secreción de
melatonina (se produce a partir de serotonina).
En animales de actividad diurna y en condiciones normales de estimulación
luminosa: el NSQ está activo, suprimiendo la actividad de las neuronas
preganglionares simpáticas, lo que disminuye la liberación de noradrenalina en
la glándula pineal y provoca su inactividad. La oscuridad activa la glándula
pineal debido a la mayor secreción de noradrenalina por la supresión del efecto
inhibidor del NSQ.
