Cómo funcionan los ritmos biológicos endógenos

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

El artículo está dedicado al trabajo de los ritmos circadianos, ritmos biológicos endógenos con un período de aproximadamente 24 horas, característico de la mayoría de los organismos, incluidos los humanos. Esta es una descripción general de las últimas investigaciones científicas, no una colección de consejos útiles, aunque el artículo habla sobre un posible cambio de estilo de vida. Esta revisión no es exhaustiva; continuaremos actualizándola a medida que surjan nuevos estudios de investigación.

Lo esencial:

→ Los ritmos circadianos consistentes y saludables pueden ayudar a mejorar la salud en general, así como a prevenir eficazmente las enfermedades crónicas.

→ Recuerde dormir: la dieta, el ejercicio y otros factores afectan el funcionamiento de los ritmos circadianos.

→ Estudiar las peculiaridades del trabajo de los ritmos circadianos, determinar su "cronotipo", luego aplicar los conocimientos adquiridos a las recomendaciones metodológicas indicadas en la investigación científica.

Antes de incorporar cualquiera de los consejos de este artículo en su rutina diaria, consulte con su profesional de la salud.

Antes de leer el artículo: un breve glosario

1. Circadiano: ciclo naturalmente recurrente con un período de aproximadamente 24 horas, independientemente de la duración de las horas de luz; del latín circa ("o") y diem ("día").
2. Sensor de ritmo: una señal ambiental, como un cambio de luz o temperatura; del alemán zeit ("tiempo") y geber ("dador").
3. Endógeno: un proceso patológico en el cuerpo causado por factores internos y no causado por influencias externas (causa raíz).
4. Ajuste del ritmo circadiano: ocurre cuando las tareas rítmicas, fisiológicas o de comportamiento coinciden con los cambios en el entorno; interacción de los ritmos circadianos con el medio ambiente.
5. Diariamente: todos los días; del latín dies (día) y diurnus (diario).
6. Reloj maestro: un par de poblaciones de células que se encuentran en el hipotálamo, también conocido como núcleo supraquiasmático (SCN); Estas células contienen genes que controlan los ritmos circadianos.
7. Gen mutante: cambio permanente en la secuencia del ADN; utilizado por cronobiólogos para reconocer el mecanismo de los genes del reloj mediante la identificación de un gen mutante en animales con síndrome circadiano arrítmico.

Imagínese una planta que intenta realizar la fotosíntesis por la noche: un breve drama en la oscuridad. “Las plantas se ocupan de la vida y la muerte”, dice sombríamente Sally Yu, profesora asistente de bioquímica y biología celular en la Universidad de Texas en el Centro de Ciencias de la Salud de Houston (UTHealth). "Si no siguen los ritmos circadianos, morirán". Pero para una persona, el pronóstico no será tan sombrío. "Incluso si eliminas el gen del reloj (un gen importante que regula el trabajo de los ritmos circadianos), no morirás de inmediato", dice Yu. "Pero sufrirás". ¿Problemas probables? Problemas psicológicos persistentes y, entre otras cosas, un mayor riesgo de enfermedades crónicas. La vida es dura cuando todo no está sincronizado.

El colega de Yu, Jake Chen, profesor asistente en el mismo departamento, dice de manera diferente: “A menudo decimos que todo debe hacerse a tiempo. Pero esto es una exageración. Pero la frase "todo tiene su tiempo" no lo es. Y esto está directamente relacionado con el cuerpo humano. En cada célula, tejido u órgano, los procesos fisiológicos ocurren en un momento específico. El reloj biológico es una especie de temporizador, un mecanismo mediante el cual podemos asegurarnos de que todo funciona correctamente. Esta es una función fundamental ".

Chen y Yu estudian los ritmos circadianos, los ritmos biológicos del cuerpo con un período de aproximadamente 24 horas, que son seguidos todos los días por todos los seres vivos de nuestro planeta. Los ritmos circadianos o ritmos circadianos están directamente relacionados con los millones de años de desarrollo de la vida en nuestro planeta. Es un producto de la interacción del reloj biológico interno del cuerpo y el medio ambiente; no solo la luz solar, sino muchos otros factores determinan el comportamiento, regulan los niveles hormonales, el sueño, la temperatura corporal y el metabolismo.

El llamado "reloj maestro" o núcleo supraquiasmático (SCN), el reloj maestro que controla los ritmos circadianos, es un par de poblaciones de células llenas de genes (incluidos Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 y Cry2), ubicado en el hipotálamo. A nivel molecular, los rastros de los genes del reloj se encuentran en los riñones, el hígado, el páncreas y otros órganos. SCN actúa como director general instruyendo al cuerpo para que cumpla con el cronograma y procese las señales ambientales. Instituto Médico Howard Hughes.)

Como veremos más adelante, la atención a los ritmos circadianos mejora el funcionamiento diario (fisiológico y psicológico) del organismo y, en última instancia, repercute en el estado de salud, tanto a largo como a corto plazo. El cuidado de los ritmos circadianos los mantiene funcionando mientras mantiene lo que Sally Yu llama un "reloj confiable".

“No puedo decir con certeza cuán importantes son los ritmos circadianos en la prevención de enfermedades crónicas, qué impacto tienen en la salud a largo plazo, si son beneficiosos y, en última instancia, afectan la esperanza de vida”.

Información sobre expertos:

Científico: Zheng "Jake" Chen

Educación: Doctorado, Universidad de Columbia, Nueva York

Posición: Profesor asistente en el Departamento de Bioquímica y Biología Celular del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston.

Último artículo publicado: La molécula pequeña Nobiletin se dirige al oscilador molecular para mejorar los ritmos circadianos y proteger contra el síndrome metabólico.

Área de investigación: Sondas de moléculas pequeñas para cronobiología y medicina.

Científico: Seung Hee "Sally" Yoo

Educación: Doctorado, Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea

Posición: Profesor asociado, Departamento de Bioquímica y Biología Celular, Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston

Último artículo publicado: Period2 3'-UTR y microRNA-24 regulan los ritmos circadianos reprimiendo la acumulación de proteínas PERIOD2. También desarrollo y potencial terapéutico de moduladores de moléculas pequeñas de sistemas circadianos.

Área de investigación: Mecanismos celulares fundamentales en los ritmos circadianos y desciframiento de roles fisiológicos y patológicos del reloj.

HISTORIA: PRINCIPALES ETAPAS DEL DESARROLLO BIOLÓGICO DE LOS RITMOS CIRCÁDICOS

Lo primero que debe saber sobre el estudio de los ritmos circadianos (los cronobiólogos hacen esto) es que, con raras excepciones, todos los organismos siguen sus ritmos circadianos. Desde narcisos hasta gorriones, desde cebras hasta humanos, prácticamente todos los organismos vivos del planeta siguen el ciclo solar. En 1729, el científico francés Jean-Jacques de Meran registró la primera observación de movimientos foliares diurnos endógenos o incrustados de la planta Mimosa pudica. Incluso en completa oscuridad, la planta siguió su ritmo diario. El científico concluyó que la planta depende no solo de señales externas o de un sensor de ritmo, sino también de su propio reloj biológico interno.

La cronobiología floreció doscientos años después, a mediados del siglo XX. Afectado por la contribución de varios científicos, en particular Colin Pittendry, "el padre del reloj biológico". Pittendry estudió las moscas de la fruta o Drosophila y arrojó luz sobre cómo los ritmos circadianos interactúan o se sincronizan con el ciclo del día y la noche. Jurgen Aschoff, un amigo de Pittendry, también estudió la interacción con el ciclo del día y la noche, pero los científicos llegaron a conclusiones diferentes sobre cómo ocurre la interacción (paramétrica y no paramétrica, puedes leer más sobre esto aquí y aquí). John Woodland Hastings y sus colegas hicieron descubrimientos fundamentales sobre el papel de la luz en los ritmos circadianos mediante el estudio de dinoflagelados bioluminiscentes (algas, una especie de plancton). El botánico Erwin Bunnig también contribuyó a la investigación básica sobre modelos de interacción, describiendo la relación entre organismos y ciclos de corte.

La siguiente etapa de descubrimientos en cronobiología conectó los mecanismos moleculares y genéticos específicos del trabajo de los ritmos circadianos. Esto se deriva del trabajo de Ron Konopka y Seymour Benzer, quienes a principios de la década de 1970 buscaron identificar genes específicos que controlan los ritmos circadianos de las moscas de la fruta. A Konopka y Benzer se les atribuye el descubrimiento de un gen mutado, al que llamaron un período que interrumpe el reloj circadiano de las moscas de la fruta. Así fue como se descubrió por primera vez el determinante genético de los ritmos conductuales. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young han complementado con éxito el trabajo de Konopka y Benzer mostrando el trabajo del gen del período a nivel molecular. Hall, Rosbash and Young recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2017. Aislaron el gen del período y luego mostraron cómo funciona el sistema de reloj diario a nivel molecular.

Mientras realizaban una investigación sobre moscas de la fruta y ratones en 1994, Joseph Takahashi y su equipo descubrieron genes de reloj en mamíferos y los llamaron relojes, describiéndolos como "una característica conservada evolutivamente del mecanismo del reloj circadiano". El descubrimiento del gen del reloj, junto con el trabajo de Hall, Rosbash, Young y el científico Michael Greenberg, fue un momento decisivo en la cronobiología. En unos pocos años, se descubrieron genes que aseguran el funcionamiento de los ritmos circadianos en organismos inferiores.

La ciencia avanza constantemente y muchos estudios en moscas de la fruta y ratones han demostrado la asombrosa persistencia de los genes del reloj dentro de las especies, lo que significa que existen genes similares que controlan los ritmos circadianos en organismos más complejos, incluidos los humanos.

"El amanecer y el atardecer siguen siendo los principales factores que afectan los ritmos circadianos, pero otros factores se controlan continuamente en la investigación científica".

ÚLTIMA INVESTIGACIÓN: DETERMINACIÓN DEL PAPEL DE LOS RITMOS DEL CIRCADIO EN LA SALUD Y LAS ENFERMEDADES HUMANAS

Es importante señalar que la biología de los ritmos circadianos es increíblemente compleja: hay muchas revistas científicas dedicadas a esta área de investigación. Como resultado, nuestra comprensión del papel del reloj biológico en la salud humana es el resultado de estudios epidemiológicos y de estudios en animales. Los estudios en organismos inferiores ayudan a revelar el trabajo de los mecanismos moleculares y genéticos en acción, después de lo cual se puede ver cómo, por ejemplo, la alteración del sueño conduce a un mayor riesgo de diabetes tipo 2, obesidad y una serie de enfermedades cardiovasculares.

De hecho, una de las áreas de investigación más prometedoras es el sueño. En la actualidad, los científicos asocian la falta de sueño y la consiguiente alteración de los ritmos circadianos con el desarrollo de la obesidad y la depresión, así como con la mayoría de las enfermedades crónicas. Las investigaciones han demostrado que la falta de sueño puede provocar efectos secundarios inesperados, como la imposibilidad de reconocer rostros.

Comprender cómo funcionan los ritmos circadianos también ha ido mucho más allá de la interacción con el ciclo del día y la noche. "Hay señales sociales, señales de comida y señales de ejercicio; son muy diversas", dice Y. El amanecer y el atardecer todavía tienen una gran influencia en los ritmos circadianos, pero se están investigando otros factores. Una gran cantidad de trabajo ha demostrado que la dieta es una señal externa clave que interactúa con el reloj interno, incluido el trabajo del Dr. Satchidananda Panda para limitar el horario de la dieta (cómo el tiempo de comer afecta la salud).

En general, ahora está claro que los ritmos circadianos juegan un papel sistémico para organizar el trabajo de todos los aspectos fisiológicos del cuerpo humano, incluido el trabajo de los órganos vitales, el metabolismo, la inmunidad, los procesos de pensamiento, etc. El trabajo del Dr. Yu expande el área de investigación: colabora con un estudio especializado en dolor crónico para estudiar los ritmos del dolor en pacientes. Además, se está trabajando para estudiar el papel del ciclo de corte en las alteraciones en el trabajo de los ritmos circadianos (el efecto de cambiar las zonas horarias sobre el crecimiento de las células cancerosas). Investigaciones como esta nos brindan información nueva e importante que se puede utilizar para realizar cambios en el estilo de vida: saber a qué hora comer y acostarse en general es importante para la salud; y con la enfermedad, los conocimientos adquiridos se pueden aplicar a la búsqueda de fármacos que regulen el trabajo de los ritmos circadianos. Los científicos aún tienen mucha investigación por hacer en casi todas las áreas relacionadas con la salud y la enfermedad.

PENSAMIENTO BÁSICO: ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE CONOCER LOS RITMOS CIRCADE?

La conciencia de cómo funcionan los ritmos circadianos puede tener efectos sobre la salud tanto a corto como a largo plazo. “Los cambios en el estilo de vida son el mejor regalo que puede darse a sí mismo”, dice Chen. "Si gestiona su estilo de vida, la tecnología y la medicina pueden convertirse en factores secundarios a lo largo de su vida". A corto plazo, los estudios en animales y humanos muestran que los estilos de vida que apoyan ritmos circadianos saludables pueden respaldar el estado de alerta, la coordinación motora, la salud cardiovascular, la función inmunológica, la salud intestinal, el pensamiento y el sueño. Existe evidencia que respalda una reducción a largo plazo del riesgo de enfermedad crónica.

"Los efectos de los cambios en el estilo de vida pueden no ser evidentes durante varios días, pero con el tiempo, los beneficios serán enormes".

Entonces, ¿qué tipo de estilo de vida necesitas llevar para sincronizarte con tus ritmos circadianos? Lo primero que debe hacer es prestar atención a sus biorritmos. Los ritmos circadianos, aunque se construyen sobre la misma base, varían de persona a persona debido a diferencias de edad, genéticas y ambientales. A las alondras les gusta más la mañana. Los búhos prefieren la noche. Debe prestar atención a las tendencias naturales de su cuerpo (“cronotipo”) para poder aplicar con éxito los conocimientos de las últimas investigaciones científicas Además, no olvide que no existe un enfoque único para todos.

La segunda es ceñirse a un horario de rutina constante todos los días, los siete días de la semana. El Dr. Yu habla del "desfase horario" (desfase horario social): cuando las personas rompen su horario con hábitos atípicos, como comer e irse a la cama más tarde, despertarse más tarde y hacer ejercicio en diferentes días de la semana en diferentes momentos. Todas estas acciones pueden tener las mismas consecuencias negativas que el cambio de husos horarios. Cuanto más y más consistentemente sigas el régimen, mejor te ayudará tu cuerpo con esto.

En tercer lugar, aplicando los conocimientos adquiridos a partir de la investigación científica, a continuación se detallan los datos sobre nutrición, sueño y ejercicio. Muchos de los cambios en el estilo de vida que las investigaciones han demostrado implican cambios en los hábitos alimenticios, por ejemplo, comer una mala idea antes de acostarse. Está plagado de consecuencias negativas para la salud. Consuma comidas pequeñas temprano y tarde en el día, lo cual es bastante fácil de probar. Lo mismo se aplica al sueño: debe seguir el régimen y dormir al menos 7-8 horas. En el peor de los casos, se sentirá descansado y, en el mejor de los casos, mejorará sus perspectivas de una vida saludable.

Lo principal: el sueño, la comida y el deporte son la base de un estilo de vida saludable.

SUEÑO

Lo más importante que puede hacer es mantener un horario constante para dormir y despertarse y dormir lo suficiente; de 7 a 9 horas de sueño se considera normal para un adulto. Los resultados de la investigación sobre la privación del sueño y los trastornos del sueño indican que la privación del sueño y los trastornos del sueño afectan negativamente el estado de ánimo y la concentración y están asociados con enfermedades crónicas. Además, algunos científicos especulan que el desajuste circadiano causado por el desfase horario social puede estar muy extendido en la sociedad occidental y contribuir a los problemas de salud.

Entonces, ¿a qué hora debería irse a la cama? Por lo general, el cuerpo comienza a producir melatonina a las 9:00 p. M. Esta es una señal: debes terminar todo e ir a descansar. La secreción de melatonina finaliza alrededor de las 7:30 de la mañana, y durante el día, la melatonina prácticamente no está presente en el organismo. Ajustar las preferencias personales en función de sus tendencias naturales es clave para evitar alteraciones del sueño (como despertarse durante el sueño) y mantener una salud óptima.

Y finalmente, luz. El ciclo del día y la noche no es el único factor que afecta al cuerpo humano, ya que nos enfrentamos constantemente a la iluminación artificial y, sin embargo, juega un papel primordial. Obtener suficiente luz natural temprano en el día y evitar la iluminación artificial (como la luz azul de la pantalla de un teléfono inteligente) por la noche ayuda a mantener saludables los ritmos circadianos.

Puntos clave: Duerma lo suficiente y asegúrese de que su hora de sueño y de vigilia permanezca igual los siete días de la semana. Si tiene falta de sueño, comience inmediatamente a restaurar su régimen, de lo contrario corre el riesgo de poner en peligro su salud a largo plazo.

NUTRICIÓN

En términos generales, las investigaciones muestran que es mejor comer alimentos ricos en calorías por la mañana. Trate de cenar bien antes de acostarse y con menos calorías. Si puede hacer todo alrededor de las 6:00 p. M. O 7:00 p. M. Y darle a su cuerpo de 12 a 14 horas para descansar, verá beneficios para la salud a corto y largo plazo.

En parte, el hecho es que el reloj interno de su hígado no funciona durante la noche. El hígado deja de producir enzimas para convertir calorías en energía; en cambio, produce enzimas para almacenar energía. Si comes mucho antes de acostarte, tu hígado se ve obligado a trabajar horas extras y terminas conservando más energía de la que gastas.

Otra decisión importante que puede tomar (además de comer sano) es programar su comida diaria. Si bien los datos aún son limitados, los estudios en animales y el trabajo del Dr. Panda sugieren que "comer por tiempo limitado" es un cambio de estilo de vida fácil y potencialmente beneficioso. La solución óptima depende de su objetivo. Pero si el objetivo es mejorar su salud en general, entonces es mejor comenzar a las 8-9 horas. Pero, en términos de cumplimiento a largo plazo, puede ser aconsejable comenzar a las 10-12 horas.

Punto clave: comer más durante el día, no antes de acostarse. Para mejorar su salud, comience a comer a las 10-12 horas.

DEPORTE

Si bien algunos estudios muestran que el rendimiento anaeróbico alcanza su punto máximo por la tarde, no hay consenso entre los expertos sobre el vínculo entre los ritmos circadianos y el ejercicio, con la excepción de la presencia de un reloj molecular en el músculo esquelético.

Y, al igual que los efectos de la iluminación y la hora de las comidas, la sincronización del ejercicio también juega un papel importante en el mantenimiento de ritmos circadianos saludables.

Lo principal: haz ejercicio con regularidad y deja la actividad anaeróbica por la tarde.

CONCLUSIÓN

La investigación sobre cómo funcionan los ritmos circadianos es bastante sencilla.“Su reloj interno está diseñado para quemar energía durante el día y restaurar energía durante la noche”, dice Y. Cuanto mejor sea el tiempo, menor será el desgaste del reloj circadiano. Aunque el reloj interno es estable, la interrupción constante del régimen puede provocar problemas de salud a largo plazo.

“Cuando somos jóvenes, el cuerpo puede soportar muchas cosas”, dice Yu. “Pero eso no significa que todo esté bien. Es como el consumo de combustible: gastas demasiada energía en actividades arrítmicas, lo que provocará problemas con el funcionamiento de los ritmos circadianos en el futuro.

No acortará su vida en cinco años comiendo tarde, pero hay horas dedicadas en su cuerpo para proteger su salud y minimizar la alteración de su fisiología. Sea amable y considerado consigo mismo y verá el resultado.