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¿Qué es el sistema de cronometraje circadiano? Introducción a la cronobiología – Dr. Axe

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La vida ha evolucionado para prosperar en las características ambientales específicas de la Tierra, de las cuales el ciclo de la luz solar y la noche es particularmente omnipresente. Entonces, naturalmente, todos los organismos vivos están fuertemente influenciados por este ciclo . Los humanos no son una excepción.

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

De hecho, la mayoría de las funciones corporales, si no todas, tienen cierto grado de ritmo día-noche. Estos ciclos de 24 horas en biología y comportamiento se denominan ritmos circadianos (del latín “circa” = aproximadamente y “muere” = día).

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

¿Qué es el sistema de cronometraje circadiano?

El sistema de tiempo circadiano es el mecanismo de cronometraje intrínseco de nuestro cuerpo. Es lo que solemos llamar reloj biológico: el reloj 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), las células y los sistemas de nuestro cuerpo también tienen un “día biológico” y una “noche biológica . ”

El sistema de tiempo circadiano es el marcapasos biológico que regula endocrino y ritmos metabólicos para establecer un patrón coherente de actividad celular. El reloj biológico coordina vías y funciones interdependientes, separa en el tiempo vías y funciones incompatibles y sincroniza nuestra biología y comportamiento con el medio ambiente.

Durante el día biológico, para promover la vigilia y apoyar la actividad física y la alimentación, el sistema de tiempo circadiano cambia el metabolismo a un estado de producción y almacenamiento de energía. Lo hace favoreciendo las señales hormonales (p. Ej., Aumento de la señalización de la insulina, disminución de la leptina) y las vías metabólicas que promueven el uso de nutrientes (glucosa, ácidos grasos) para producir energía celular (en forma de ATP) y reponer las reservas de energía (glucógeno , triglicéridos).

Por el contrario, durante la noche biológica, el sistema de tiempo circadiano promueve el sueño y cambia el metabolismo a un estado de movilización de la energía almacenada al favorecer las señales hormonales (p. Ej., Reducción de la señalización de la insulina, aumento de la leptina) y las vías metabólicas que descomponen la energía almacenada. reservas y mantener los niveles de glucosa en sangre.

La señalización de la hora del día mediante el sistema de tiempo circadiano permite que todas las células y todos los sistemas (nervioso, cardiovascular, digestivo, etc.) predigan cambios cíclicos en el medio ambiente y anticipen patrones ambientales, de comportamiento o biológicos inminentes. , y adaptarse preventivamente a ellos.

Entonces, por ejemplo, cuando se pone el sol, nuestros tejidos “saben” que pronto nos dormiremos y estaremos en ayunas, por lo que la energía deberá ser sacado 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 de reloj . Los genes reloj controlan la actividad rítmica de otros genes para cronometrar funciones específicas de tejido y generar oscilaciones diarias en el metabolismo y la función celular.

Pero estos relojes específicos de tejido deben funcionar de manera coherente 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 está ubicado en una región del hipotálamo llamada núcleo supraquiasmático (SCN) .

Los genes del reloj en el SCN establecen el período natural de nuestro reloj biológico. Aunque es sorprendentemente cerca del período ambiental de 24 horas (en promedio, alrededor de 24,2 horas), sigue siendo lo suficientemente diferente como para permitir la desincronización del entorno. Por lo tanto, debe reiniciarse todos los días. Esto se hace mediante la luz, el “dador de tiempo” que arrastra nuestro reloj maestro al entorno.

El SCN recibe información de las neuronas de la retina que contienen una proteína sensible a la luz llamada melanopsina . Estas neuronas, llamadas células ganglionares retinianas intrínsecamente fotosensibles (ipRGC), detectan los niveles de luz ambiental y restablecen el reloj SCN para sincronizarlo con el ciclo de luz-oscuridad.

El SCN puede entonces arrastrar todos los relojes celulares al ciclo de luz. 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 indica oscuridad

La hormona melatonina es una de las principales moléculas de señalización del sistema de tiempo circadiano. La melatonina es producida por la glándula pineal en un ritmo circadiano : Aumenta poco después de la puesta del sol (la aparición de la melatonina en la luz tenue), alcanza su punto máximo en el medio de la noche (entre las 2 y las 4 a. M.), Y luego disminuye gradualmente, descendiendo a niveles muy bajos durante las horas del día.

Producción de melatonina por la glándula pineal es activado por el SCN, a través de una vía de señalización neuronal que está activo 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 luz inhibe la producción de melatonina y la oscuridad aumenta.

La melatonina pineal se libera en el flujo sanguíneo y llega a todos los tejidos de nuestro cuerpo, donde modula la actividad de los genes del reloj y actúa como un dador de tiempo que indica 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 al período de ayuno.

Uno de los los objetivos de 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 en sincronizar.

Por 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 la adecuada ritmicidad diaria de Procesos fisiológicos y de comportamiento que son esenciales para nuestra adaptación ambiental.

Cortisol Signals Awakening

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

Dentro de primera hora después del despertar, hay un fuerte aumento en la producción de cortisol – la respuesta de despertar del cortisol (CARRO). Después de este pico de la mañana, 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: 1) anticipar que pronto nos despertaremos después de ayunar durante la noche; y 2) prepararse para la actividad física y la alimentación. Las células responden preparándose para procesar los nutrientes, responder a las demandas de energía y reponer las reservas de energía.

El pico matutino en la secreción de cortisol puede considerarse como una especie de respuesta al estrés al despertar que pone en marcha nuestro día. El pico de cortisol aumenta la excitación, inicia nuestro día biológico y activa nuestros comportamientos diurnos.

Interrupciones del tiempo circadiano

La ritmicidad circadiana está regulada con mucha elegancia b y los niveles y tipo de luz. Por ejemplo, la producción de melatonina es más marcada inhibida por la luz azul brillante , en el que se enriquece la luz de la mañana. Y en consecuencia, la respuesta de despertar del cortisol es influenciada por despertar tiempo y es mayor cuando hay exposición a la luz azul específicamente en la mañana.

Nuestro cuerpo está optimizado para seguir el patrón ambiental de 24 horas, pero con tecnología y modernidad los estilos de vida han alterado el patrón. La luz azul brillante también es un tipo de luz que es emitida en grandes cantidades por fuentes de luz artificial, incluidas pantallas y bombillas de bajo consumo. Exposición nocturna a estas fuentes de luz, incluso a intensidades de luz relativamente bajas , como la luz de la habitación normal , puede inhibir rápidamente la producción de melatonina.

Estos cambios artificiales en el sistema de tiempo circadiano no están exentos de consecuencias. Aunque el SCN puede restablecerse con bastante rapidez en respuesta a la frecuencia circadiana disrupción, los órganos periféricos son más lentos, lo que puede conducir a una desincronía con el medio ambiente si se repiten los cambios en el ciclo de luz-oscuridad.

La alteración circadiana puede tener un impacto negativo en todo tipo de procesos biológicos: puede contribuir a trastornos del sueño, metabólicas y disfunciones cardiovasculares , trastornos del estado de ánimo y otras alteraciones que afectan el bienestar.

Los trabajadores por turnos son un ejemplo comúnmente utilizado de lo grave que puede ser la desalineación circadiana: muestran una desalineación de melatonina y cortisol ritmos, y tienen un mayor riesgo de desarrollar enfermedades cardiometabólicas , cáncer y trastornos gastrointestinales , entre otras enfermedades .

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Pensamientos finales

A medida que crece la comprensión de la cronobiología, también conciencia de cuán importantes son los ritmos circadianos para la salud. Las principales causas de la alteración circadiana son los cambios en nuestros ciclos principales: los ciclos de luz-oscuridad, sueño-vigilia y alimentación-ayuno.

Por lo tanto, tanto como su vida lo permita, intente crear hábitos simples que puedan apoyar sus ritmos circadianos: optimizar su sueño , manténgase alejado de pantallas antes de dormir o utilice bloqueo de luz azul anteojos por la noche, al mirar televisión o usando computadoras, coma en horas regulares y antes en el día, y salir por la mañana y obtener un poco de luz solar brillante .

Sara Adaes, Ph.D. , es un neurocientífico y bioquímico que trabaja como científico investigador en Neurohacker Collective . Sara se licenció en Bioquímica en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Porto, en Portugal. Su primera experiencia investigadora fue en el campo de la neurofarmacología. Luego estudió neurobiología del dolor en la Facultad de Medicina de la Universidad de Oporto, donde obtuvo su doctorado. en neurociencia. Mientras tanto, se interesó en la comunicación científica y en hacer que el conocimiento científico fuera accesible a la sociedad laica. Sara quiere utilizar su formación científica y sus habilidades para contribuir a aumentar la comprensión pública de la ciencia.