Cronobiología, cómo funciona nuestro reloj biológico

Los ritmos circadianos, son los que controlan todos nuestros procesos biológicos, entre ellos el sueño, la ciencia que los estudia se llama cronobiología.

La vida ha evolucionado para prosperar dentro de las características ambientales específicas de la Tierra. Dentro de las cuales se encuentran el ciclo de la luz solar y la oscuridad de la noche, por ejemplo. Entonces, todos los organismos vivos están fuertemente influenciados por este ciclo. Y, los humanos no somos una excepción.

El ejemplo más obvio de la influencia de la oscuridad en nuestra vida es el sueño. Pero hay muchos otros comportamientos y funciones biológicas que siguen un ritmo similar, como la ingesta de alimentos, el metabolismo y la presión arterial, por ejemplo.

De hecho, la mayoría, si no todas, las funciones corporales tienen algún grado de ritmo día-noche. Estos ciclos de 24 horas en biología y comportamiento se llaman ritmos circadianos (del latín «circa» = sobre, y «muere» = día).

En este artículo, aprenderemos sobre el sistema fisiológico que genera y sincroniza los ritmos circadianos con nuestro ciclo ambiental de luz-oscuridad: el sistema de sincronización circadiana.

¿Qué es el sistema de tiempo circadiano?

Es el mecanismo intrínseco de cronometraje de nuestro cuerpo. Es lo que solemos llamar el reloj biológico: que controla los ritmos de los procesos biológicos dependientes del tiempo. La ciencia que estudia estos procesos se llama cronobiología.

Así como tenemos comportamientos diurnos (vigilia, actividad, alimentación) y nocturnos (sueño, descanso, ayuno), también las células y sistemas de nuestro cuerpo tienen un «día biológico» y una «noche biológica».

Este sistema, es el marcapasos biológico que regula los ritmos endocrinos y metabólicos, y que coordina toda la actividad celular.

Durante el día, para promover la vigilia y apoyar la actividad física y la alimentación, este sistema cambia el metabolismo a un estado de producción y almacenamiento de energía. Lo hace favoreciendo las señales hormonales, por ejemplo:

• Aumento de la señalización de insulina,
• Disminución de la leptina
• Activación de las vías metabólicas que promueven el uso de nutrientes (glucosa, ácidos grasos)
• Producción de energía celular (en forma de ATP) y
• Reponiendo las reservas de energía (glucógeno, triglicéridos).

Por el contrario, durante la noche biológica, este sistema promueve el sueño y cambia el metabolismo a un estado de movilización de la energía almacenada. Todo esto lo hace favoreciendo las señales hormonales, por ejemplo:

• Reduciendo la señalización de la insulina,
• Aumentando la leptina
• Activando las vías metabólicas que descomponen las reservas de energía almacenadas y
• Manteniendo los niveles de glucosa en la sangre.

La señalización de la hora del día por este sistema de sincronización circadiana permite a todas las células y todos los sistemas (nervioso, cardiovascular, digestivo, etc.) predecir cambios cíclicos en:

• El medio ambiente,
• Anticipar patrones ambientales, conductuales o biológicos inminentes
• Adaptarse preventivamente a ellos.

Así, por ejemplo, cuando se pone el sol, nuestros tejidos «saben» que pronto nos iremos a dormir y ayunaremos, por lo que la energía tendrá que ser sacada del almacenamiento. Del mismo modo, cuando sale el sol, nuestros tejidos «saben» que pronto estaremos despiertos y alimentándonos, por lo que se puede almacenar algo de energía para pasar la noche.

¿Cómo funciona el reloj biológico?

Cada célula de nuestro cuerpo tiene algún tipo de reloj autónomo que cronometra sus actividades. En la mayoría de las células, es un conjunto de genes llamados genes reloj. Estos genes controlan la actividad rítmica de otros genes para cronometrar funciones específicas del tejido. Además de generar oscilaciones diarias en el metabolismo y la función celular.

Pero estos relojes necesitan trabajar coherentemente para mantener el equilibrio en nuestro cuerpo. Esta coherencia es creada por un reloj maestro en nuestro cerebro que organiza todos los procesos circadianos. Este reloj central se encuentra en una región del hipotálamo llamada núcleo supraquiasmático.

Uno de los principales mecanismos de sincronización del reloj de todo el cuerpo es a través de la señalización hormonal dependiente de la hora del día. Las hormonas pueden transportar mensajes a larga distancia a través de la sangre y, por lo tanto, son un sistema de comunicación clave en la biología circadiana. Hay dos hormonas que tienen un papel clave en esta señalización: la melatonina y el cortisol.

La melatonina señala la oscuridad

La melatonina es una molécula de señalización importante del sistema de sincronización circadiana. Esta hormona es producida por la glándula pineal en un ritmo circadiano y sigue los siguientes patrones:

• Se eleva poco después de la puesta del sol (el inicio de la melatonina con luz tenue),
• Alcanza su punto máximo en medio de la noche (entre 2 y 4 a.m.), y
• Disminuye gradualmente a partir de entonces, cayendo a niveles muy bajos durante las horas del día.

La producción de melatonina está activa solo por la noche. Durante el día, la entrada de luz de la retina inhibe la señalización del SCN a la glándula pineal y detiene la síntesis de melatonina. A través de este mecanismo, la producción de melatonina es inhibida por la luz y mejorada por la oscuridad.

A través de su acción en el cerebro y los tejidos periféricos, la melatonina promueve el sueño y cambia nuestros procesos fisiológicos a la noche biológica en anticipación del período de ayuno.

Uno de los objetivos de la melatonina es el propio SCN, donde actúa como una señal de retroalimentación que ajusta el ritmo del reloj central y mantiene todo el sistema funcionando sincronizado.

Por lo tanto, la melatonina es una molécula cronobiótica, una molécula con la capacidad de ajustar (anticipar o retrasar) la fase del reloj biológico. Los efectos cronobióticos de la melatonina son vitales para el ritmo adecuado de los procesos fisiológicos y conductuales que son esenciales para nuestra adaptación ambiental.

Despertar de las señales de cortisol

El cortisol es conocido principalmente por su acción como la hormona del estrés, pero también es una molécula de señalización importante en el sistema de sincronización circadiana. El cortisol es producido por las mitocondrias en la glándula suprarrenal con un ritmo circadiano que es controlado por el SNC.

Dentro de la primera hora después del despertar, hay un fuerte aumento en la producción de cortisol, y pasa por las siguientes fases:

• Después de este pico matutino, la producción de cortisol disminuye continuamente a lo largo del día.
• La producción de cortisol es muy baja durante la primera mitad del sueño y
• Luego aumenta constantemente durante la segunda mitad.

El aumento en los niveles de cortisol durante el amanecer permite al cuerpo:

• anticipar que pronto nos despertaremos después de ayunar durante la noche; y
• prepararse para la actividad física y la alimentación. Las células responden preparándose para procesar nutrientes, responder a las demandas de energía y reponer las reservas de energía.

El pico matutino de cortisol aumenta la excitación, inicia nuestro día biológico y activa nuestros comportamientos diurnos.

Interrupciones del tiempo circadiano

Nuestro cuerpo está optimizado para seguir el patrón ambiental de 24 horas, pero la tecnología y los estilos de vida modernos han interrumpido el patrón.

La luz azul brillante emitida por fuentes de luz artificial, incluidas pantallas y bombillas de bajo consumo, celulares y tabletas, pueden inhibir la producción de melatonina. Incluso las intensidades de luz bajas, como la luz normal de la habitación puede bajar los niveles de melatonina.

Estos cambios artificiales en nuestro reloj biológico no están exentos de consecuencias. Aunque el SCN se reestablece con más rapidez, los órganos periféricos son más lentos. Lo que puede conducir a una desincronía con el entorno si se repiten los cambios en el ciclo luz-oscuridad.

La alteración del reloj biológico puede tener un impacto negativo en todo tipo de procesos biológicos:

• Puede contribuir a trastornos del sueño,
• Disfunciones metabólicas
• Trastornos cardiovasculares,
• Problemas del estado de ánimo y otras interrupciones que afectan el bienestar.

Los trabajadores por turnos son un ejemplo comúnmente utilizado de lo grave que puede ser la desalineación de nuestro reloj biológico: muestran una desalineación de los ritmos de melatonina y cortisol, y tienen un mayor riesgo de desarrollar enfermedades:

• Cardio metabólicas
• Cáncer y
• Trastornos cardiovasculares entre otras enfermedades

Reflexiones finales sobre la cronobiología y como funciona nuestro reloj biológico

A medida que crece la comprensión de la cronobiología, también lo hace la conciencia de cuán importantes es nuestro reloj biológico para la salud. Las principales causas de la interrupción circadiana son los cambios en nuestros ciclos principales:

• Los ciclos de luz-oscuridad,
• sueño-vigilia y
• alimentación-ayuno.

Por lo tanto, trata de crear hábitos simples que puedan apoyar reloj biológico:

• Optimiza tu sueño,
• Mantente alejado de las pantallas antes de dormir
• Usa gafas que bloqueen la luz azul por la noche, al ver la televisión o usar computadoras,
• Come a horas regulares y más temprano en el día y
• Sal por la mañana y obtén un poco de luz solar brillante