¿Qué son los ritmos circadianos?

Gabriela González-Mariscal Muriel

Laboratorio Tlaxcala

El Premio Nobel de Medicina 2017 ─otorgado a Michael Young (Universidad de Rockefeller, Nueva York), Michael Rosbash y Jeffrey Hall (Universidad de Brandeis, Boston) ─ reconoce no solamente la excelencia de la calidad del trabajo de dichos científicos, sino la relevancia del área en la que su investigación se inscribe. Los ritmos circadianos son fenómenos periódicos que ocurren con una frecuencia cercana a un día (del latín: circa y diem). Incluyen, por ejemplo: la síntesis de proteínas específicas, la secreción de la hormona cortisol, las variaciones en la temperatura corporal, el ciclo sueño-vigilia y el despliegue de algunos comportamientos.

La periodicidad circadiana de estos procesos es endógena, es decir, se genera por “algo” inherente al organismo y no constituye una respuesta a alguna señal proveniente del entorno. Por ende, la periodicidad circadiana ocurre aun en ausencia de variaciones en el medio ambiente. Así, la locomoción en el hámster ocurre predominantemente durante la fase de oscuridad, aun si a los animales se les mantiene bajo condiciones de luz constante, es decir, la locomoción continúa ocurriendo durante la llamada “noche subjetiva” (hora a la que el sujeto esperaría que estuviera oscuro). Se sabe también que las personas que son ciegas de nacimiento presentan variaciones circadianas en varios procesos fisiológicos de manera similar a lo que ocurre en los humanos videntes. Asimismo, los peces pelágicos (que viven a profundidades a donde no llega la luz solar) presentan ritmos de actividad acordes con una periodicidad circadiana.

Por otra parte, muchos fenómenos circadianos sí se sincronizan, por ejemplo, al ciclo luz, oscuridad o a la ingestión de alimento. Esto quiere decir que los animales ajustan sus actividades o procesos a la disponibilidad del “sincronizador” y esto no contradice la naturaleza endógena de los ritmos circadianos. Indica, más bien, un proceso de adaptación al ambiente, por ejemplo: los roedores –que son nocturnos– cambian su actividad a un patrón diurno cuando el alimento se les ofrece sólo durante la fase de luz.

¿Cómo se logra la coordinación de la fisiología y el comportamiento de los animales con la dimensión temporal? ¿Existe un “reloj maestro” que determine cuándo ha transcurrido un tiempo cercano a 24 horas? Estas preguntas se plantearon desde la década de 1970, realizándose experimentos en los que se lesionó –en roedores– el núcleo supraquiasmático (NSQ), estructura que recibe las aferencias de la vía retino-hipotalámica. Es decir, las células ganglionares de la retina (que contienen el fotopigmento melanopsina) transmiten información acerca del ciclo luz oscuridad al NSQ. Al lesionar esta estructura se alteraron una variedad de ritmos circadianos, como la locomoción. Sin embargo, saber que el NSQ constituye, en aves y mamíferos, el “reloj maestro” no nos dice cómo funciona esta estructura ni cómo comunica sus señales al resto del organismo.

El NSQ es un núcleo complejo, constituido por poblaciones neuronales que sintetizan diversos péptidos (e.g., neuropéptido y péptido intestinal vasoactivo, vasopresina, péptido relacionado con calcitonina) y que poseen receptores a hormonas (e.g., esteroides) y neurotransmisores (e.g., GABA). Esta complejidad en su organización plantea la pregunta de cómo se coordina el NSQ en sí mismo para producir una señal “única”, que transmita un mensaje claro al resto del organismo. Aquí es donde se inscribe el descubrimiento de los llamados “genes reloj” por los tres galardonados con el Premio Nobel de Medicina 2017.

Sus hallazgos consistieron en la identificación de los genes, las proteínas que codifican, y la manera como regulan la actividad del reloj biológico con una periodicidad de 24 horas. Esto ha permitido comenzar a comprender cómo las células del NSQ regulan su propia actividad y se sincronizan con señales del medio ambiente. Además, ha permitido establecer que, a pesar de que estos “genes reloj” fueron identificados en la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), existen genes equivalentes (i.e., que ejercen la misma función) en todas las especies estudiadas hasta ahora. Ello indica que se han conservado a lo largo de la evolución y resalta la importancia de la función de los ritmos circadianos a lo largo de la escala biológica.

¿Existen desórdenes o patologías en los humanos que estén relacionados a los ritmos circadianos? Se han descrito esencialmente tres tipos: a) jetlag, que es el desarreglo endócrino, del sueño y de funciones cognitivas provocado por el cambio de husos horarios en unas cuantas horas, consecuencia del transporte aéreo; b) desorden afectivo estacional (DAE), observado durante los meses de invierno en las latitudes más cercanas a los polos del planeta, y que consiste en un estado depresivo crónico asociado a la falta de luz; c) trabajo nocturno, durante el cual los seres humanos (que somos diurnos) se ven forzados a realizar actividades físicas o intelectuales, y a comer durante la noche y a dormir durante el día. ¿Cómo puede el conocimiento sobre los componentes y la operación del sistema circadiano contribuir a aliviar dichas alteraciones?

A diferencia de muchas otras patologías, los tratamientos utilizados para tratar los desórdenes de los tres tipos descritos arriba, no involucran ninguna droga específica. Para mejorar las consecuencias del jet-lag se ha intentado la ingestión de melatonina (hormona secretada durante la noche por la glándula pineal) pero los resultados no han sido realmente satisfactorios. Además, muchas de las consecuencias podrían deberse a la falta de sueño, per se, más que a un desajuste del “reloj biológico”. El DAE ha sido exitosamente tratado con fototerapia, que consiste en exponer a los pacientes a luz de alta intensidad por varias horas durante el “día subjetivo”. El trabajo nocturno parece ser la alteración más grave pues incide seriamente sobre la salud general de los individuos. Las personas sometidas a este tipo de horarios por mucho tiempo están en riesgo de sufrir diabetes, obesidad y problemas cardiovasculares. Para tratarla se ha recomendado que la comida fuerte no sea durante la noche y que las personas no realicen trabajo nocturno por largos periodos.

Las recomendaciones anteriores parecen realmente débiles con relación al gran número de personas afectadas y a los pobres resultados obtenidos. Esto subraya la necesidad de continuar apoyando la investigación básica y de promover su conexión con los problemas de “la vida real”.

Referencias

  • Butler MP et al., 2017. Circadian regulation of endocrine functions. Hormones, Brain and Behavior. DW Pfaff, M Joëlls, eds. 3a ed., pp 345-369. Elsevier
  • Korf, HW, Gall von C., 2013. Circadian physiology. Neuroscience in the 21st century. DW Pfaff, ed., 1a ed., pp 1813-1846. Springer.

Fuente: Avance y Perspectiva

¿Ya conoces nuestro canal de YouTube? ¡Suscríbete!