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Ritmo circadiano
Ilustraciones de la expresión del ritmo circadiano y los ritmos biológicos en los humanos. En la biología, los ritmos circadianos (del latín circa, que significa 'alrededor de’ y dies, que significa 'día’) son oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo. Todos los animales, las plantas y todos y cada uno de los organismos muestran algún género de alteración rítmica fisiológica (tasa metabólica, producción de calor, floración, etcétera) que acostumbra a estar asociada con un cambio ambiental rítmico. En todos y cada uno de los organismos eucariotas como muchos procariotas se han documentado diferentes ritmos con periodos que van desde fracciones de segundo hasta años. Aunque son modificables por señales exógenas, estos ritmos persisten en condiciones de laboratorio, incluso sin estímulos externos. Los ritmos biológicos se han clasificado conforme con su frecuencia y su periodo. Los ciclos circadianos han sido los más estudiados y su valor de periodo les deja acompasar a los ritmos ambientales que tengan un valor de periodo entre veinte y veintiocho horas, como son los ciclos de luz y de temperatura. Los ritmos circadianos son endógenos y establecen una relación de fase estable con estos ciclos externos extendiendo o bien acortando su valor de periodo y también igualándolo al del ciclo ambiental. Tienen las próximas características: Al cambio cíclico ambiental que es capaz de acompasar un ritmo endógeno se le llama sincronizador o bien Zeitgeber (el término equivalente en alemán). Los ritmos circadianos son regulados por relojes circadianos, estructuras cuya dificultad cambia conforme el organismo que corresponda. El conocimiento de la periodicidad de los fenómenos naturales y ambientales de los ritmos circadianos datan de temporadas muy primitivas de la historia de la humanidad, y el tiempo y la alteración periódica de los fenómenos biológicos en la salud y en la enfermedad ocupaban un sitio fundamental en las doctrinas de los médicos de la antigüedad. Estos conceptos fueron recogidos y ampliados con observaciones propias de los naturalistas helenos. De esta manera, por servirnos de un ejemplo, Aristóteles, y después Galeno, escriben sobre la periodicidad del sueño, centrándola en el corazón el primero y en el cerebro el segundo. Hechos como la floración de las plantas, la reproducción estacional de los animales, la migración de las aves, la hibernación de ciertos mamíferos y reptiles, fenómenos todos rutinarios para el hombre, fueron en un inicio considerados como simples consecuencias de la acción de factores externos y astronómicos. Conforme con esta opinión, que continuó a lo largo de siglos, el medioambiente imponía su rutina a los seres vivos. No fue sino más bien hasta hace doscientos cincuenta años cuando el astrónomo francés Jean de Mairan, utilizando una planta heliotrópica, efectuó el primer experimento que cambiaría las teorías que aseveraban que los ritmos circadianos eran puras contestaciones pasivas al entorno y insinuando su ubicación endógena. En mil ochocientos treinta y dos, Agustín de Candolle agrega una segunda patentiza de la naturaleza endógena de los ritmos biológicos, cuando prueba que bajo condiciones incesantes el periodo de los ciclos de los movimientos de las plantas duraba unas veinticuatro horas. A finales del siglo XIX, Aschoff, Wever y Siffre desarrollaron las primeras investigaciones en sujetos humanos y aparecieron las primeras descripciones sobre los ritmos diarios de temperatura en trabajadores a turnos o bien en soldados a lo largo de las guardas nocturnas. Sin embargo, aunque desde hace más de 2 siglos se conocen los ritmos circadianos, no es hasta la década de los años mil novecientos sesenta que se acuña el término circadiano, por Franz Halberg, desde los términos circa (lat., 'alrededor’) y diem (lat., 'día’). Fue además de esto el primordial impulsor de la cronobiología o bien estudio formal de los ritmos biológicos temporales tanto diurnos y semanales como anuales. Los ritmos circadianos se habrían producido en las células más primitivas con el propósito de resguardar la replicación del ADN de la alta radiación ultravioleta a lo largo del día. A resultas de esto, la replicación de ADN se postergó al periodo nocturno. El hongo Neurospora sostiene este mecanismo circadiano de replicación de su material genético. El reloj circadiano más simple del que se tiene conocimiento es el de las cyanobacterias. Se ha probado que el reloj circadiano del Synechococcus elongatus puede ser reconstruido in vitro con el ensamblaje de solo 3 proteínas, marchando con un ritmo de veintidos horas a lo largo de múltiples días, solo con la adición de ATP Si bien el funcionamiento del ciclo circadiano de estos procariotas no depende de mecanismos de retroalimentación de transcripción/traducción de ADN, para los seres eucariotas sí sería esta última la forma de regular sus ritmos circadianos. En verdad, si bien los ciclos de eucariontes y procariontes comparten la arquitectura básica (señal de entrada/oscilador interno/señal de salida), no comparten ninguna otra semejanza, con lo que se postulan diferentes orígenes para los dos. Los ritmos circadianos son esenciales no solo para determinar los patrones de sueño y nutrición de los animales, sino más bien asimismo para la actividad de todos y cada uno de los ejes hormonales, la regeneración celular y la actividad cerebral, entre otras muchas funciones. El reloj circadiano en los mamíferos se encuentra en el núcleo supraquiasmático (NSQ), un conjunto de neuronas del hipotálamo medial. La destrucción de esta estructura lleva a la ausencia completa de ritmos circadianos. Por otro lado, si las células del NSQ se cultivan in vitro, sostienen su ritmo en ausencia de señales externas. Conforme con esto, se puede establecer que el NSQ conforma el “reloj interno” que regula los ritmos circadianos. La actividad del NSQ es modulada por factores externos, esencialmente la alteración de luz. El NSQ recibe información sobre la luz externa por medio de los ojos. La retina contiene no solo fotorreceptores tradicionales que nos dejan distinguir formas y colores. Asimismo tiene células ganglionares con un pigmento llamado melanopsina, las que a través del tracto retinohipotalámico llevan información al NSQ. El NSQ toma esta información sobre el ciclo luz/oscuridad externo, la interpreta, y la manda a la epífisis o bien glándula pineal. Esta última segrega la hormona melatonina como contestación al estímulo proveniente del NSQ, si este no ha sido suprimido por la presencia de luz refulgente. La secreción de melatonina puesto que, es baja a lo largo del día y aumenta a lo largo de la noche. Existe una serie de procesos biológicos que están subordinados al ciclo circadiano. Entre ellos podemos refererir la enzima hexokinasa, la regeneración del epitelio intestinal y la producción de una serie de hormonas como son: Además, se estima que el ciclo circadiano cambia conforme estaciones (ritmos circanuales) y que las concentraciones de hormonas en sangre cambian, conforme otros factores, como la edad o bien el estado de salud. También se sabe que existen retrasos en el ciclo biológico femenino; un retraso del estradiol de un día si hay un traslado de una zona de alta presión a baja presión y de baja temperatura a elevada temperatura. Recientemente, se ha postulado que muchas células no inquietas tienen asimismo ritmos circadianos, y comparten con el NSQ la maquinaria molecular circadiana (genes reloj). Por servirnos de un ejemplo, las células hepáticas responden a los ciclos alimenticios más que a la luz. Este y otros tipos celulares que tienen sus ritmos se llaman osciladores periféricos (siempre y en todo momento subordinados al núcleo supraquiasmatico). Estos tejidos incluyen: el esófago, pulmones, hígado, bazo, timo, células sanguíneas, células dérmicas, glándula suprarrenal entre otras muchas. Aun el bulbo olfatorio y la próstata experimentarían oscilaciones rítmicas en cultivos in vitro, lo que sugiere que asimismo serían osciladores periféricos en una forma enclenque. Los osciladores periféricos (relojes periféricos) son acompasados eminentemente por la luz (vía NSQ), mas la hora de nutrición o bien los glucocorticoides (siete) como el cortisol asimismo son señales sincronizadoras menos potentes que la luz, mas igualmente eficaces. La perturbación en la secuencia o bien orden de estos ritmos tiene un efecto negativo en un corto plazo. Muchos viajantes han experimentado el jet lag, con sus síntomas de fatiga, desorientación y también insomnio. Aparte del alcohol, ciertos desórdenes siquiátricos y neurológicos, como el trastorno bipolar y ciertos desórdenes del sueño, se asocian a funcionamientos irregulares de los ritmos circadianos normalmente, no solo del ciclo sueño-vigilia. Se ha sugerido que las perturbaciones de ritmos circadianos en el trastorno bipolar son perjudicadas de forma positiva por el tratamiento tradicional de este trastorno, el litio. La perturbación de los ritmos circadianos en un largo plazo tendría consecuencias desfavorables en múltiples sistemas, particularmente en el desarrollo de exacerbaciones de enfermedades cardiovasculares. La periodicidad de ciertos tratamientos, en coordinación con el reloj anatómico, podría acrecentar la eficiencia y reducir las reacciones desfavorables en forma significativa. Por poner un ejemplo, se ha probado que el tratamiento ordenado con inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina (IECAs) reduce, en forma más marcada que el tratamiento no ordenado con exactamente el mismo medicamento, los factores de presión arterial nocturna.El núcleo supraquiasmático
Hormonas perjudicadas por el ciclo circadiano
Más allí del “reloj maestro”
