nueva página del texto (beta)
Español (pdf)
Artículo en XML
Referencias del artículo
Traducción automática
Enviar artículo por email
Citado por SciELO 
Similares en
SciELO 
Permalink
INTRODUCCIÓN
El sistema circadiano se encuentra organizado por 3 componentes fundamentales: 1) conexiones aferentes, 2) marcapaso y 3) conexiones eferentes (Figura 1). En los mamíferos, la principal aferencia conecta las células ganglionares tipo W de la retina con la zona ventrolateral del núcleo supraquiasmático (NSQ), a través del tracto retino-hipotalámico (TRH). De esta manera la alternancia del día y la noche se convierte en una señal temporal hacia las neuronas del NSQ1. La ritmicidad temporal del NSQ se transmite al resto de los órganos mediante conexiones eferentes, principalmente a través del sistema nervioso autónomo2 y señales hormonales, regulando así nuestra fisiología (Figura 2).
Figura 1 La organización de las funciones fisiológicas y conductuales de acuerdo con las variaciones diarias del ambiente nos permite adaptarnos y prepararnos para una fase de reposo y otra de actividad.
Figura 2 Sistema circadiano cuyos componentes fundamentales incluyen una vía de entrada (1), un reloj o NSQ (2) y las vías de salida (3) del reloj que transmiten a todos los osciladores. La expresión de los ritmos biológicos depende del acoplamiento entre el reloj/marcapaso y los osciladores periféricos.
En el NSQ consideramos 2 zonas: ventrolateral y dorsomedial. A la zona ventrolateral llegan axones de las vías que portan la información luminosa; las neuronas de esta área tienen al péptido intestinal vasoactivo (VIP) como principal neurotransmisor. La zona dorsomedial está integrada por una gran población de neuronas productoras de vasopresina (AVP), así como algunas pequeñas poblaciones de neuronas productoras de somatostatina, encefalinas, péptido atrial natriurético y angiotensina. La zona dorsomedial se caracteriza por contener una maquinaria molecular basada en asas de autorregulación positiva y negativa, donde al iniciar el periodo de luz o el día, se activa la transcripción de genes Per y Cry por heterodímeros de proteínas CLOCK:BMAL1. Al inicio del periodo de oscuridad o comienzo de la noche, las proteínas PER y CRY se asocian y forman heterodímeros (PER:CRY) que interfieren con la función del heterodímero CLOCK:BMAL1. Se considera que el heterodímero CLOCK:BMAL1 es un elemento positivo, ya que activa la transcripción de otros genes al unirse a una región específica del DNA donde se localiza su promotor (E-box): per1, per2, per3, cry1, cry2, rev-erb y genes controlados por el reloj3. Estos genes se expresan con un periodo cercano a 24 horas, motivo por el cual se conocen como genes reloj. Inicialmente, los genes reloj fueron descritos en la Drosophila melanogaster, y una vez que la familia de genes se clonó en los mamíferos, también quedó claro que estos genes se expresan ampliamente en cerebro y en muchos órganos periféricos.
Las neuronas del NSQ exhiben una actividad endógena, es decir su funcionamiento continúa marcando temporalidad a través de su maquinaria molecular, aún en aislamiento de señales del ambiente externo o en oscuridad constante; las neuronas muestran un patrón rítmico de descargas de potenciales de acción4, de consumo de glucosa5 y actividad de algunos neurotransmisores6.
SINCRONIZACIÓN
En el ambiente existen señales que indican el transcurso del tiempo en forma periódica y a estas señales se les denomina sincronizadores (zeitgeber, ‘dador de Tiempo’ (7). Una señal ambiental se considera sincronizador cuando se presenta de manera regular, es predecible e impone fase y periodo al ritmo endógeno.
Conviene recordar que se denomina oscilación a una fluctuación en el tiempo de un medio o sistema. Algunos parámetros que nos permiten entender una oscilación o ritmo son: periodo, mesor, frecuencia, amplitud, acrofase, fase.
Periodo. Es la duración de un ciclo completo, es decir, tiempo que tarda en repetirse una oscilación.
Mesor. Es el valor medio de la variable en estudio calculado a lo largo de un completo.
Frecuencia. Número de ciclos que ocurren por unidad de tiempo.
Amplitud. Diferencia entre el mesor y el valor máximo o acrofase.
Acrofase. Valor máximo de una variable.
Fase. Cualquier momento dentro de la oscilación.
La sincronización se concibe como un fenómeno por el cual los ritmos endógenos se ajustan a los ritmos ambientales. El mecanismo de sincronización fue propuesto por Pittendrigh en 19597 y señalaba que la sincronización es la coordinación entre 2 osciladores que presentan oscilaciones similares en donde se implica un control del periodo y de la fase del sincronizador sobre el oscilador.
Desde el momento en que un sincronizador afecta al oscilador, éste empieza a ajustarse al periodo del sincronizador, pero dicho ajuste se presenta de manera gradual hasta ajustarse a la fase y periodo del sincronizador (Figura 3). A estos cambios graduales se les ha denominado ciclos transitorios.
Figura 3 En la figura de la izquierda se muestran 3 oscilaciones con un periodo distinto (To), los cuales posteriormente se exponen a un sincronizador con un periodo de 24 horas (Tz). Al sincronizarse comienzan a oscilar con un periodo de 24 horas y cada uno con una relación de fase distinta hacia el sincronizador (figura de la derecha). (Tomada de Pittendrigh, 1981).
SICRONIZACIÓN FÓTICA
La luz es el sincronizador más potente del NSQ. La información fótica del entorno se detecta mediante un subconjunto de células ganglionares de la retina por medio de un fotopigmento específico, la melanopsina. Estas células fotosensibles envían la información al NSQ directamente a través del TRH8. Las respuestas de desplazamiento de fase del NSQ a la luz dependen de la hora del día en que se aplica la luz, como lo demuestran las propiedades de restablecimiento de pulsos de luz discretos en animales alojados en oscuridad constante. Los cambios de fase inducidos por la luz en el NSQ se producen principalmente durante la noche (es decir, el período activo y de reposo en las especies nocturnas y diurnas, respectivamente), independientemente del momento de actividad, según se investiga en una amplia gama de especies de mamíferos nocturnos9 y diurnos10. Durante el día, hay un período durante el que la luz no tiene efecto de reinicio, definiendo una zona muerta entre las ventanas circadianas de sensibilidad a la luz11.
IMPORTANCIA DE LOS RITMOS BIOLÓGICOS EN LA SALUD Y ENFERMEDAD: JET LAG COMO MODELO EXPERIMENTAL
Desincronización circadiana
Todos los órganos del cuerpo presentan variaciones en su funcionamiento, es decir oscilan generando su propio ritmo, debido a ello también se les conoce como osciladores12. Aunque, cada órgano es independiente en su funcionamiento; es decir, el ciclo en la temperatura corporal es independiente del ciclo en la secreción de melatonina y de cortisol, tienden a ocurrir con una secuencia y con un intervalo fijo entre ellas, manteniendo una relación de fase estable entre las diversas oscilaciones. Todos los órganos que forman parte de un sistema tienen que trabajar en sincronía para mantener la homeostasis. En ausencia de señales externas de tiempo, los ritmos circadianos, incluyendo el sueño y el tiempo de atención, irán modificándose transitoriamente después de cada día, es decir se expresarán en libre corrimiento13. Aunque los ritmos circadianos son generados de forma endógena, están fuertemente influenciados por el ciclo de luz-oscuridad del medio ambiente. Cuando la señal temporal externa se altera, ocurre la pérdida de coherencia entre el medio externo y el reloj biológico; esto se define como desincronización externa, y entre el reloj biológico con los órganos periféricos resulta en un fenómeno de desincronización interna14. Curiosamente, ambas situaciones pueden ser producidas de manera simultánea por un viaje a través de varios husos horarios meridionales generado por un adelanto o retraso en la fase de la señal sincronizadora (ciclo L/D) (Figura 4). Esta situación conduce a una alteración de los ritmos circadianos, es decir, éstos se desacoplan del horario externo, provocando trastornos clínicos conocidos como síndrome de jet lag. Se han asociado a este síndrome alteraciones gastrointestinales, afecciones cardiovasculares, perturbaciones del ciclo sueño-vigilia15.
Figura 4 El síndrome de jet lag o descompensación horaria se debe a un rápido cambio en la señal de sincronización: luz. El ajuste es rápido en avances de fase (hacia el oeste). El ajuste es lento en retrasos de fase (hacia el este).
Otro ejemplo de desincronización interna es el trabajo nocturno, ya que ocasiona una reducción en las horas de sueño y una alteración en la sincronización de los ritmos circadianos, llevando al trabajador a una situación de cansancio y estrés crónico. En relación con los ritmos circadianos, el turno de trabajo requiere que un individuo esté alerta cuando su sistema circadiano señala el reposo, lo que a la larga ocasiona secuelas en la salud, como alteraciones gastrointestinales, cardiovasculares y metabólicas como la obesidad y diabetes; también se han documentado algunos accidentes de trabajo por la alteración del ciclo sueño-vigila, por ejemplo: sobre el accidente en la planta nuclear de Chernobyl, Ucrania, que se registró a las 01:23:40 horas del 26 de abril 1986 (punto temporal de más baja eficiencia circadiana y de temperatura corporal), se cree que la pobre reacción de los trabajadores pudo haberse evitado si la prueba se hubiera realizado durante el turno matutino16.
El trabajo nocturno así como los horarios de trabajo rotatorios son una realidad social en las grandes ciudades, en respuesta a las necesidades económicas familiares y necesidades de producción de grandes empresas. Sin embrago, el avance en los conocimientos sobre los ritmos biológicos y el sueño han permitido detectar las consecuencias para la salud del trabajo nocturno. El grado y tipo de efecto depende del tipo de horario, si es fijo o rotatorio; en ambos casos la adaptación biológica al horario nocturno es solo una parte, pero no siempre la más importante que requiere el individuo. La falta de sincronización presenta grandes inconvenientes desde el punto de vista fisiológico. En trabajadores nocturnos se reportan problemas cardiovasculares caracterizados por una atenuación del ritmo diurno de presión arterial. En enfermeras que cubren con regularidad turnos rotatorios, se reporta la pérdida o alteraciones del ciclo menstrual. Además, reportes recientes indican que trabajadores nocturnos sufren una pérdida en la expresión de los ritmos metabólicos y hormonales; por ejemplo, desaparece el pico de la hormona cortisol, característico de la mañana, y con éste, el pico temprano de glucosa en la sangre, además de que se atenúa el ritmo de producción de melatonina y los ritmos de secreción de insulina.
La consecuencia es que los ritmos fisiológicos no coinciden con los momentos de alimentación y en los trabajadores nocturnos aparecen frecuentemente problemas digestivos que abarcan diferentes niveles de gravedad, desde diarreas hasta úlceras gástricas17.
SÍNDROME DE JET LAG EN SERES HUMANOS
En la última clasificación de las alteraciones del dormir la ICSD-318 se proponen los siguientes criterios para hacer el diagnóstico de esta alteración, y deben estar presente los 3:
Hay una queja de insomnio o de somnolencia excesiva diurna, acompañada por una reducción del tiempo total de sueño, que se asocia con el viaje a través de varios meridianos en viajes por avión, en al menos 2 zonas meridianas.
Hay una alteración en el funcionamiento cognitivo diurno, una sensación de malestar general o síntomas diversos (principalmente gastrointestinales y urinarios), dentro de los 2 o 3 días del viaje.
Las alteraciones del dormir no se explican por otras alteraciones del dormir, problemas médicos, neurológicos, psiquiátricos o por el uso de medicamentos o sustancias adictivas.
Habitualmente es una alteración temporal y transitoria, que resulta de la falta de sincronización entre las señales externas que sincronizan el reloj circadiano, y cuyas principales manifestaciones se observan en el ciclo de sueño y vigilia. La gravedad del mismo dependerá de factores como el número de meridianos atravesados, la capacidad para dormir durante el viaje, la dirección del viaje. Viajar hacia el Este es más impactante fisiológicamente que hacia el Oeste (ICSD-3)18. Al viajar al Este, el reloj circadiano necesita avanzar su fase. En general, por su naturaleza endógena es más difícil que el reloj circadiano en el humano y la rata se ajuste a un avance de fase que a un retraso de fase, ya que el periodo intrínseco del reloj circadiano en ellos es, en promedio, de más de 24 horas.
Modelos experimentales de jet lag
Debido a los síntomas relacionados con el jet lag se han creado modelos experimentales para estudiar el efecto de los cambios de horario sobre el sistema circadiano y su repercusión en la salud.
Cambios conductuales después de un jet lag
Los estudios a nivel experimental muestran que después de un avance de fase de 6 horas en ratas, se requieren de 7 a 14 días19),(20 para ajustar la conducta de actividad al nuevo horario. Los estudios anteriores difieren en el número de ciclos transitorios, los cuales pueden deberse a que en el primer estudio sólo se hizo una inspección visual; sin embargo, un trabajo más detallado estudió mediante análisis de cosinor el cambio de actividad locomotora después de un avance de fase de 6 horas, donde se requieren 10 días para resincronizarse al nuevo horario21. En experimentos donde los animales se mantienen en oscuridad constante (DD), después de 6 horas de avance de fase para excluir los efectos continuos del ciclo de luz-oscuridad, muestran poca evidencia de restablecer su relación de fase normal, incluso después de 6 días en oscuridad constante22. Por otro lado, en animales con periodo endógeno corto, como el ratón, después de un avance de fase de 6 horas se requieren 7 días para la resincronización en la actividad locomotora23.
Efectos del cambio de horario sobre el núcleo supraquiasmático
A diferencia de la conducta después de un avance de fase de 6 horas, se observa que el NSQ muestra, desde el primer día, un cambio asociado al nuevo estímulo luminoso en la expresión de la proteína PER119, con disminución en la amplitud20. Sin embargo, cuando se analizan las 2 zonas del NSQ se observa que en la zona dorsal son necesarios de 9-13 días para sincronizar la expresión de PER124.
Estos hallazgos coinciden con estudios donde los pulsos de luz en la fase de oscuridad inducen incrementos en la expresión de Per1 en la zona ventrolateral25),(26.
Los modelos experimentales de jet lag dejan claro que inicialmente la zona ventrolateral responde por el estímulo luminoso, ya que al quitar este estímulo no se observa una resincronización rápida de Per123. Lo anterior demuestra que después del jet lag hay un ajuste transitorio del reloj al nuevo horario con desincronización entre las zonas ventral y dorsal del NSQ, comprometiendo la transmisión de la ritmicidad al resto del organismo.
Alteraciones centrales y periféricas después un cambio de horario
También se ha estudiado el efecto de los cambios de horario sobre osciladores centrales donde existe una respuesta diferencial entre estructuras que responden rápidamente a los cambios de horario, como son: el núcleo paraventricular del hipotálamo y glándula pineal y estructuras que cambian lentamente como el núcleo arqueado27, lo que demuestra que a nivel central existe una desincronización interna después de un avance de fase como en el jet lag.
En osciladores periféricos como el hígado, pulmón, músculo20, timo, bazo y esófago28, donde la respuesta después de un avance de fase es gradual, y necesita hasta 6 días para el ajuste. Con base en los resultados anteriores, podemos decir que el ajuste lento y transitorio de los osciladores periféricos es reflejo de un fenómeno de desincronización interna del sistema circadiano.
ESTRATEGIAS DE RESINCRONIZACIÓN
En seres humanos las estrategias de resincronización para disminuir los síntomas durante el jet lag incluyen: el ejercicio29, exposición a la luz brillante30, y principalmente la administración de melatonina31),(32.
A partir de 2009, a nivel experimental los modelos de jet lag han buscado alternativas para acelerar la resincronización, por ejemplo: el uso de corticoides33, una rueda de actividad forzada34, melatonina21, alimento35, análogos de neuropéptidos como VIP36 y vasopresina37; en estos estudios se analiza la resincronización de variables conductuales específicamente conducta locomotora de los animales. En un experimento donde se usó el alimento, VIP o vasopresina, la resincronización de la actividad locomotora se aceleró y disminuyó el periodo de resincronización a tan solo 3 días, lo que sugiere que el alimento es eficaz para la resincronización del sistema circadiano. En cuanto al uso de alimento, estas adaptaciones conductuales sugieren que los estados internos de energía inducen en el organismo modificaciones que permiten disminuir los días necesarios para la resincronización. Se sabe que hay mecanismos de modulación hipotalámicos de la saciedad que han hecho evidente la estrecha relación entre los estados metabólicos (niveles de energía) y la excitabilidad de la corteza cerebral. El hambre o un bajo metabolismo inducirán al organismo a un estado de vigilia o excitación cortical38. Por otra parte, un alto metabolismo o estados de saciedad inducen en el organismo estados de sueño o inactivación cortical39. Esto explica el aumento de actividad locomotora en estados de ayuno cuando el alimento se restringe solamente por 2 horas al día21.
Los modelos donde se utilizan análogos de VIP y vasopresina proponen que la rápida resincronización se debe a que inicialmente se presenta un desacoplamiento de las zonas ventral y dorsal, sin embargo, este mismo desacoplamiento se presenta en modelos donde no se recibe ningún tratamiento, por lo que consideramos que más allá de un desacoplamiento entre las zonas del NSQ, la resincronización se debe a una atenuación de una parte de este oscilador central.
COMENTARIOS FINALES
Como podemos observar el estudio de la cronobiología implica el estudio de los ritmos circadianos como fenómenos fisiológicos. Esta ciencia trata de entender los mecanismos de sincronización en situaciones que comprometen la fisiología y salud de los organismos, buscando estrategias para reestablecer la ritmicidad temporal en situaciones de desincronización. Actualmente es común que los seres humanos viajen a través de varios husos horarios en un tiempo corto o trabajen por turnos o en horario nocturno, lo que supone situaciones de conflicto entre los factores sincronizadores de NSQ. El estudio del sistema circadiano a través de los modelos experimentales de jet lag se ha convertido en una estrategia que permite integrar la información no solo a nivel fisiológico sino también a nivel molecular, marcando la importancia de mantener un adecuado orden temporal.
