Muchos hemos usado el termino reloj biológico de manera coloquial alguna vez en la vida. Por ejemplo, para referirnos a esa sensación de frustración en domingo a las 6:30 A.M. cuando ya no podemos dormir, cuando nos toca hacer el cambio de horario en el verano y los niños ya deberían estar durmiendo, pero siguen brincando como locos en la cama, cuando los intestinos rugen como leones enjaulados en un momento inapropiado porque ya pasó la hora de comer, o cuando nos duele la cabeza y nos sentimos cansados después de hacer un viaje que involucro cruzar algunos meridianos. Ese reloj biológico que parece hacer lo que dicta su voluntad en vez de entender las circunstancias de nuestras vidas.
Vivimos en un planeta en el que estamos sometidos a periodos de luz y de obscuridad cíclicos, esto es porque la tierra gira alrededor del sol que nos proporciona luz, calor y energía, también porque tiene su propio movimiento rotatorio. La vida de todos los seres que habitamos este planeta se ha adaptado a estos cambios cíclicos. No solo se ha adaptado, sino que el funcionamiento correcto de los organismos depende de que ocurran estos cambios ambientales cíclicos.
Este mecanismo de adaptación es tan ancestral, que se han encontrado organismos de una sola célula que pueden responder cíclicamente a cambios ambientales, lo que sugiere que, en una época en la que las células aún eran entes individuales, ellas ya se estaban adaptando a los ciclos.
No es de sorprender que las personas que viven el polo norte, donde son muy largos los periodos de obscuridad durante varios meses, presentan problemas metabólicos y depresión, o incluso también se presentan casos en los que la gente se siente más triste durante el invierno, porque somos seres estacionales[1].
Estos cambios en el medio ambiente, principalmente los ciclos de luz y obscuridad, que en nuestro planeta tienen una duración de 24 horas aproximadamente (dependiendo del lugar y de la temporada), hacen que los organismos adapten sus funciones fisiológicas oscilando alrededor de estos patrones temporales. A estas oscilaciones biológicas en intervalos de tiempo regulares, generalmente de un día, se les conoce como ritmos circadianos (del latín circa, que es “cerca de” o “alrededor de”, y diesque significa “día”). Podemos identificar organismos que son diurnos, es decir que su periodo de mayor actividad es durante el día y otros que son nocturnos y son más activos durante la noche.
En el 2017, tres investigadores estadounidenses (Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young), recibieron el Premio Nobel en Fisiología y Medicina por sus estudios relacionados con “los mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano”. Ellos desarrollaron el trabajo en la mosca de la fruta (cuyo nombre científico es Drosophila melanogaster). Realizaron el trabajo en las moscas porque es un organismo sencillo para estudiar. Sin embargo, los hallazgos que hicieron en la mosca son aplicables para otros organismos, también para los humanos. Ellos “descubrieron un gen que tiene la capacidad de regular el ritmo biológico, este gen codifica para una proteína que se acumula durante el periodo de luz, y que se degrada durante el periodo de obscuridad”[2].
Las células regulan la mayoría de sus funciones por la expresión de genes. Cuando se lee el código de un gen específico, la maquinaria celular traduce el mensaje para producir una proteína, tan diversas son las proteínas como los genes (el genoma humano tiene aproximadamente 30 mil genes distintos)[3], además cada proteína dependiendo de su composición molecular y de su conformación tridimensional final tiene funciones distintas, por lo que la variedad se incrementa aún más.
El mecanismo molecular del reloj biológico se compone de un grupo de genes que tienen la capacidad de autorregularse, es decir que la presencia de algunos apaga la expresión de otros, de tal forma que todo el mecanismo funciona coordinadamente. Se parece a la maquinaria de un reloj suizo que funciona tan perfectamente que nunca se atrasa ni se adelanta un solo segundo, aunque como siempre hay excepciones.
El órgano regulador de estos ciclos en los mamíferos es el núcleo supraquasmático y por lo tanto es llamado “el reloj maestro”, éste se conforma de un grupo de células en el cerebro, mas específicamente en el hipotálamo, que pueden responder generando este mecanismo molecular. Nuestros ojos son los sensores de luz/obscuridad, éstos son los órganos que tienen células especializadas para percibir estímulos luminosos y pueden traducir este mensaje y comunicarlo a las células del núcleo supraquiasmático.
Otros órganos que responden a las señales enviadas por el reloj maestro actúan como osciladores periféricos y son igual de importantes, un ejemplo es el hígado que es el órgano regulador del metabolismo por excelencia. En conjunto el reloj maestro y los osciladores periféricos llevan a cabo el control de los períodos de actividad, del sueño, la temperatura corporal, el gasto y la presión arterial, el consumo de oxígeno, la función de los riñones y el control de los fluidos y la producción de hormonas[4].
En la segunda parte revisaremos cuál es la relación entre los ciclos circadianos, el ayuno y la alimentanción.
Referencias
[1] Wirz-Justice, A. Seasonality in affective disorders. Gen. Comp. Endocrinol. 258, 244–249 (2018).
[2] El Premio Nobel de Fisiología de 2017 al funcionamiento del reloj biológico interno. Available at: https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/actualidad/premio-nobel-fisiologia-2017-funcionamiento-del-reloj-biologico-interno_11943/1. (Accessed: 7th September 2018)
[3] Preguntas más frecuentes. National Human Genome Research Institute (NHGRI)Available at: https://www.genome.gov/11510905/preguntas-maacutes-frecuentes/. (Accessed: 7th September 2018)
[4] Reddy, S. & Sharma, S. Physiology, Circadian Rhythm. in StatPearls(StatPearls Publishing, 2018).
