Esta entrega de Cronobiología puede dividirse en 2 partes.
En la primera hablaremos de ritmos y su implicancia en la salud y la enfermedad, es decir de la cronobiología personal.
En la segunda hablaremos de algunos aspectos evolutivos, de la filogenia y la ontogenia, es decir de la cronobiología universal.
Cronobiología
La cronobiología se ocupa del estudio de los fenómenos biológicos que se expresan con un patrón rítmico. Por medio de ella podemos acercarnos al estudio sistemático de las características temporales de la materia viva en todos sus niveles.
Si bien como especialidad médica es bastante nueva, la presencia de ritmos en el universo es muy antigua. Ya desde la organización de nuestro sistema solar, la tierra esta sometida a interacciones que involucran fuerzas de atracción planetaria. Las interacciones Tierra/Sol con la Luna dan como resultado los ciclos asociados al día y la noche, las estaciones del año, las fases de la Luna y la oscilación de las mareas.
Ya Hipócrates y Galeno postulaban interacciones entre estos ciclos geofísicos y la vida orgánica.
Conocemos que escuelas religiosas muy antiguas basaban su sistema de creencias en estas oscilaciones de los fenómenos naturales. Religiones de este siglo, y religiones mucho más nuevas como la "New Age", siguen dando una importancia significativa a los ciclos solares y lunares. Tantas observaciones y teorías derivadas de relacionar los vaivenes del "espíritu humano" con la ciclicidad cósmica solo puede explicarse en la indudable influencia de toda la ritmicidad (tanto en el micro como en él macrocosmos) en la producción de los ciclos biológicos que dan origen a cualquier tipo de vida.
Hoy sabemos que la organización de sustancias inorgánicas en modelos particulares y bajo determinadas condiciones ambientales, siempre con ciclado o variaciones en función del tiempo, propiciaron el proceso evolutivo de la materia orgánica. Lo más interesante en este sentido es que se produce evolutivamente el mayor de los cambios. La evolución de distintas formas inanimadas eran cambios cuantitativos de mayor o menor cuantía. La materia viva representa, en cambio, un salto cualitativo en términos de organización respecto de la materia inorgánica. Así, la última reacciona pasivamente a los cambios del medio ambiente mientras que la primera se adapta activamente Se mueve hacia estímulos positivos y reacciona aversivamente ante estímulos negativos u hostiles.
El neurofisiólogo Anohin plantea que los organismos vivos además de reaccionar, son capaces, mediante acondicionamientos reflejos, de anticipar algunas alteraciones. Aclaremos el particular: estamos diciendo que en determinadas condiciones los cambios adaptativos dejan de ser reflejos para introyectarse como cambios "a producirse" en situaciones prefijadas o previstas. Anohin aclara que estos fenómenos adaptativos y anticipatorios no se dan nunca en situaciones únicas, catastróficas, impredecibles (como una lluvia de meteoritos) ni tampoco ante eventos recurrentes pero aperiódicos (como las tempestades). Postula que solamente aquellos eventos de recurrencia regular, como el día o la noche, pudieron ser incorporados por los organismos primitivos en la forma de una marca de tiempo relevante para la supervivencia. De este modo, los organismos más evolucionados podrían anticipar un cambio ambiental inevitable. Tiene sentido marcar internamente el tiempo externo, porque así no solo estaría mejor preparado para enfrentar el cambio ambiental sino también se estaría preparado para eventualmente prescindir de señales externas para iniciar el proceso de ajuste interno a las condiciones que van a cambiar enseguida. Esto es el mecanismo de anticipación. Esto explica la aparición y luego la complejización de sincronizadores internos o relojes biológicos. Un reloj biológico sería, entonces, un sistema de temporización autosustentado y continuamente oscilante.
Según Konrad esta es la razón por la cual los ritmos se endogenizan, convirtiéndose en genéticos. La ritmicidad es, entonces, una propiedad fundamental de la vida.
Todos los seres vivos presentan ritmos. Ya hay ritmos simples en los procariontes y eucariontes primitivos suficientemente demostrados en bacterias. Las plantas exhiben épocas de floración que alternan con fases vegetativas. Los animales inferiores ya alternan actividad y reposo. Los animales multicelulares tienen ciclos más complejos, que por cuestiones de adaptación para lograr la supervivencia son generalmente coincidentes con el ritmo externo.
Así, el estudio de la ritmicidad biológica no es solamente la evaluación de los ritmos aisladamente sino que abarca, también, la interacción de frecuencias, con o sin correlatos geofísicos, así como procesos temporales de desarrollo, crecimiento y maduración. Es decir aspectos ontogenéticos y filogenéticos de la organización biológica.( a los cuales nos referiremos en la segunda parte de esta entrega)
Los ritmos celulares intrínsecos se pueden releer, a la luz de los conocimientos de la física cuántica, como saltos binarios de energía almacenada en los túbulos endoplásmicos. Para pensadores como el Dr Hameroff en EEUU o como el Dr E. Mata y el Ing. J. Romanella en nuestro país, es en estas organelas intracelulares donde estaría el origen de la conciencia. Este punto puede ampliarse en la bibliografía complementaria sugerida.
Ritmos
Para comprender mejor los ritmos que describiremos a continuación es necesario que definamos algunos términos, que son mejor entendidos conociendo que surgen de la definición del péndulo:
RITMO: es un proceso que varia periódicamente en el tiempo, o dicho de otro modo la manifestación de un fenómeno que se repite en el mismo periodo.
PERIODO: es el intervalo de tiempo en que un ciclo se completa.
AMPLITUD: es el rango de valores entre los cuales varia un ritmo.
FASE: es un determinado punto dentro del periodo.
ACROFASE: es el punto máximo.
NADIR: es el punto mínimo.
Los ritmos endógenos pueden ser:
- CIRCADIANOS (de aproximadamente 24 hs) como ser los de temperatura corporal, sueño-vigilia, volumen urinario, ciclos hormonales.
- ULTRADIANOS (menores a 24 hrs) como ser los de las secreciones hormonales, el REM),
- INFRADIANOS ( mayores de 24 horas) como ser el ciclo menstrual, que es circatrintano,
- CIRCANUALES (como ser la reproducción estacional de algunas aves y mamíferos)
Zeitgebers y relojes internos
Estos ritmos demuestran que existe un reloj biológico que le permite al organismo actuar sincronizado con el ambiente y reaccionar a sus cambios o incluso anticiparlos. Este reloj interno actúa sincrónicamente con osciladores externos llamados zeitgebers (palabra en alemán cuya traducción aproximada sería "dadores de tiempo"). El tiempo ambiental con el ciclo luz-oscuridad es el principal zeitgeber. Otros zeitgebers son la disponibilidad de comida, la presión atmosférica, los campos electromagnéticos, la temperatura extrema. Todas las especies responden a varios zeitgebers pero el ciclo de luz oscuridad es el más importante.
La existencia de un reloj interno, interdependiente de los zeitgebers lo demuestra el hecho de que si se eliminan experimentalmente los ciclos ambientales, aun persisten los ritmos endógenos en un free running de 24 +/- 4 hs.
Circuito Retino-Supraquiasmático-Pineal
Este circuito es el responsable de organizar los ritmos biológicos humanos.
El principal sincronizador endógeno, pero no el único, es el núcleo supraquiasmático del hipotálamo al cual le llega la información de la luz ambiental mediante el circuito retino hipotálamo pineal.
El circuito comienza con la recepción de la luz en fotorreceptores retinianos específicos y especializados (presentes en anfibios, reptiles, aves y mamíferos.) Ya Cortazar afirmo que "el tiempo entra por los ojos y que eso lo sabe cualquiera". El proceso abarca la activación de las células ganglionares W (que son células que no participan de la formación de imágenes, son sensibles a la intensidad lumínica y forman parte del tracto óptico) que proyectan al núcleo supraquiasmático hipotalámico (NSQ) por la vía retinohipotalámica (vía dopaminérgica descubierta por Cajal) y la vía tractogeniculotalámica.
En presencia de estimulo lumínico, el 80% de las neuronas del NSQ aumentan su excitabilidad, en respuesta a la activación de receptores glutamatérgicos AMPA, NMDA y secundariamente GABA. La luz induce producción de c-fos y jun-b que llevan a la producción de un complejo proteico llamado AP-1. en NSQ. No se conocen de modo seguro la naturaleza de los genes regulables por AP-1
El NSQ se divide en dos regiones según el contenido de péptidos: región dorsomedial y rostral (caracterizado por la alta densidad de vasopresina) y la región ventrolateral (caracterizada por la presencia de VIP). En todo el NSQ son sintetizados además GABA, glutámico, bombesina, somatostatina, gastrina serotonina y NPY.
Las eferencias del NSQ llegan a otros núcleos hipotalámicos (paraventricular, ventro y dorsomedial e hipotálamo posterior), hacia el rafe, el tálamo y el área preóptica. Cierra así un circuito de conexión entre los ciclos ambientales, el sistema endócrino y el sistema autónomo que dependen de estos núcleos. La proyección eferente más importante llega a la glándula pineal a través del núcleo cervical superior.
La pineal o epífisis es parte del diencéfalo. La glándula pineal (genial e intuitivamente llamada tercer ojo por Descartes) tiene en peces y anfibios fotorreceptores definidos, con evidencias de que pinealocitos endógenos son resultado de la evolución filogenética de estas células fotorreceptoras.
La pineal es, entonces, el principal mediador de la respuesta fisiológica del ritmo circanual y un poderoso modulador del ritmo circadiano. Es ella quien se encarga de la principal interfase entre el ciclo luz oscuridad y los sistemas psicológico, neurológico y endócrino, Es decir, actuaría de traductor químico de estímulos físicos en señales psiconeuroendócrinas para permitirnos vivir en consonancia con el ecosistema.
El 85% de las células pineales son pinealocitos y el 15 % restantes son células gliales. Su flujo sanguíneo sólo es superado por otras regiones del cerebro y por el riñon.
Sabemos que segrega, entre otros muchos productos indólicos, melatonina que es la señal humoral que determina la extensión de la noche. La melatonina podría ser la base tanto del reloj circadiano como del circanual ya que participa, también de la adaptación a los cambios estacionales. En este hecho se basan los tratamientos con luminoterapia para la depresión estacional que presenta disminución del umbral de disparo de melatonina).
La melatonina proviene de una metilación y una acetilación de la serotonina. Las enzimas responsables de este metabolismo tienen capacidad de respuesta inmediata a la luz ambiental con estimulo en oscuridad y poca actividad a la luz. Este fenómeno lleva a que los ciclos luz-oscuridad generen un ritmo paralelo en la producción de melatonina, lo que proporciona al organismo una señal indicativa de la duración del fotoperíodo.
El pico máximo de secreción de la misma se produce entre las 2 y las 6 de la mañana, independiente de la fase del sueño. Está influida por la edad (la secreción es 3-5 veces mayor en niños y 2-3 veces menor en ancianos que en adultos) la estación del año (en verano adelanta una hora) el ciclo menstrual (menor secreción preovulatoria) y distintos trabajos o estilos de vida que varían la exposición al sol y drogas. El stress y el ejercicio aumentan su secreción.
Ejerce su acción mediante receptores específicos (ML1 en NSQ y retina; ML2 en hipotálamo y corteza cerebral Y ML3 en la pineal). Hay síntesis extrapineal de melatonina en la retina, las glándulas lagrimales y el intestino pero de acción solamente local e incierta.
Las acciones de la melatonina son diversas. Actúa como:
- regulador del sueño,
- activador de la vigilia,
- promotor del desarrollo de algunos grupos celulares,
- inhibidor de la ovulación en condiciones adversas al desarrollo de nuevas crías.
Esta última función la comparte con el GIF (gonadotrophin inhibitor factor), otra sustancia indólica pineal que es uno de los mayores y potentes inhibidores gonadales conocidos.
Existe una relación dinámica entre la información lumínica ambiental, la pineal y el eje límbico-hipotálamo-hipófiso-gonadal. Así, estudios experimentales demuestran que:
- el fotoperíodo altera los niveles plásticos de gonatrofinas,
- la administración de extractos pineales inhibe el eje sexual
- la síntesis de indoles pineales varía durante el ciclo estrual
- la pinealectomía impide la acción inhibitoria de la privación de luz sobre el eje.
Como resultado de todos estos mecanismos, en la oscuridad o cuando se modifica el fotoperíodo, las hembras no ovulan. En los animales estas hormonas pineales forman parte de la anulación de la procreación en la hibernación o en situaciones climáticas hostiles para la supervivencia. En el género humano podemos citar la menor fertilidad de las mujeres no videntes y la no procreación de las esquimales en la noche larga.
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