Los ritmos circadianos y el envejecimiento (I)

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Entre todos los fenómenos rítmicos observables en los seres vivos, destaca un grupo particular, caracterizado, entre otras cosas, por poseer un periodo cercano a 24 horas (duración del día solar), con un rango entre 20 y 28 horas, me refiero a los ritmos circadianos (circa = alrededor).

Una de las características fundamentales de los ritmos circadianos es su naturaleza endógena, es decir, que dependen de la existencia de relojes marcapaso internos capaces de generar una actividad rítmica autónoma. En este punto se debe precisar que el término ritmo circadiano es utilizado a veces de manera incorrecta para designar fenómenos cíclicos con periodos muy alejados de las 24 h. Otras veces,  el error se produce porque se emplea el término circadiano para ritmos biológicos que, aún teniendo periodos de alrededor de 24 horas, no reúnen los requisitos anteriormente comentados de naturaleza endógena y susceptibilidad de sincronización por factores externos.

El periodo de un ritmo circadiano resulta de la interacción entre la actividad del “marcapasos” endógeno y la acción de factores de sincronización externos. Es interesante destacar el hecho que tales ritmos persisten en situaciones de ausencia de señales procedentes del medio externo. Es así como cuando situamos animales en condiciones de aislamiento del medio externo, la ausencia de factores de sincronización externos hace que se manifieste el ritmo biológico con el periodo propio del oscilador endógeno. En estas condiciones decimos que el ritmo está en curso libre (free running) y se designa su periodo con la letra griega tau (τ).

En presencia de un sincronizador (por ejemplo ciclos luz/oscuridad), el ritmo adquiere el periodo propio del sincronizador externo, habitualmente designado con la letra “T”. Como regla general, se acepta que en los animales diurnos (entre ellos los seres humanos) el periodo de los relojes endógenos es mayor de 24 horas, mientras que en los nocturnos es menor de 24 horas. En ambos casos, en presencia de las influencias medioambientales los ritmos tienen un periodo T = 24 horas.

A modo de ejemplo podríamos señalar que cuando una persona está aislada del medio externo, su periodo no es de 24 horas sino ligeramente mayor (alrededor de 24,5), correspondiente al periodo del marcapasos o reloj endógeno que lo determina. Sin embargo, en condiciones normales, el periodo del ritmo sueño/vigilia es de 24 horas, exactamente la duración del día solar. Esto significa que los ritmos circadianos pueden ser sincronizados a periodos diferentes del propio marcapaso endógeno, mediante señales procedentes del entorno. Entre estas señales medioambientales la luz es, sin duda, el factor de sincronización más importante, aunque no el único.

Respecto de los ritmos circadianos, existe suficiente información que señala que éstos se ven alterados por el envejecimiento. En este sentido, podemos intuir el papel de las alteraciones del sistema circadiano en el envejecimiento con un razonamiento puramente “cronobiológico”. El envejecimiento puede entenderse como una pérdida progresiva de la estructura temporal del organismo, caracterizada fundamentalmente por la disminución en la capacidad de adaptación de los ritmos biológicos a las demandas cambiantes que impone el medio externo.

Para aclararlo más, podemos afirmar que un organismo vivo es un sistema oscilatorio cuyo funcionamiento es tanto mejor cuanto mayor grado de resonancia (sincronización) presente con las oscilaciones del medio externo. El mantenimiento de las condiciones del medio interno, dentro de un rango controlado de variabilidad, depende de la existencia de sistemas de control que llevan a cabo los ajustes adecuados ante cada perturbación que modifique la variable a controlar. En este sentido, el sistema circadiano puede entenderse como un elemento que “potencia” o “facilita” la actividad de los sistemas de control homeostásico reactivo al aproximar, en cada momento, los valores de cada variable fisiológica a las demandas en ese momento preciso.

De esta manera, las desviaciones que puedan producirse en esa variable, y tengan que ser corregidas por el sistema de control homeostásico, sean las mínimas. Veamos un ejemplo que nos ayudará a entenderlo. El organismo controla la concentración sanguínea de potasio regulando fundamentalmente su excreción renal. Si el nivel de excreción renal de potasio fuese constante, después de las comidas, como consecuencia de la ingesta de potasio, se produciría un aumento de sus niveles plasmáticos, lo que pondría en marcha los sistemas de homeostasis reactiva, dando lugar, con un pequeño retardo, a un aumento de la excreción renal del ión, para restaurar los valores normales.

Sin embargo, si existiera un ritmo circadiano en la excreción renal de potasio, en el que la excreción máxima coincidiera con las horas habituales de la comida, las desviaciones a corregir por los sistemas de control homeostáticos serían mucho menores, estarían menos estresados. Esto último es lo que ocurre en la realidad. Sobre esta idea podríamos considerar pues que las alteraciones del sistema circadiano, reduciendo la capacidad de adaptación al medio, constituyen un elemento importante en el proceso del envejecimiento. Con una reducción de la capacidad para anticiparse a las demandas originadas por los cambios medioambientales, se está más expuesto a la influencia de los mismos.

Numerosos estudios han demostrado la importancia que tiene para los seres vivos el correcto funcionamiento de la sincronización entre los ritmos internos y los externos. Es así como en un 1972 Pittendrigh y Minis demostraron que, cuando moscas Drosophila nacidas bajo un fotoperiodo LO: 12/12 (12 horas de luz y 12 de oscuridad) eran trasladadas el primer día de su vida adulta a ambientes con fotoperiodos diferentes del de 24 horas (LO: 10,5/10,5 o LO: 13,5/13,5), su longevidad disminuía significativamente.

En la misma línea, la ablación del Núcleo Supraquiasmático (NSQ) en ardillas, reduce significativamente su supervivencia cuando son reintegradas a su hábitat natural. Similarmente,  los hámsteres portadores de la mutación tau (el periodo de su marcapasos endógeno es menor de 24 horas), colocados en un fotoperiodo normal 12/12h LO, presentan trastornos circadianos caracterizados por un avance en el inicio de la actividad nocturna y una disrupción de su ritmo de actividad locomotora; todo ello junto a una marcada reducción de su longevidad.

Sin embargo, si se les trasplantan los NSQ fetales de animales normales, recobran los patrones juveniles de ritmicidad y su expectativa de vida se ve aumentada en un 20%. Es sin embargo, un experimento llevado a cabo en primates no humanos (lemures) el que nos lleva a una reflexión interesante sobre el papel que el sistema circadiano tiene en nuestra expectativa de vida. Estos prosimios, en cautividad, fueron expuestos a ritmos estacionales diferentes a los naturales.

Experimentalmente podemos simular las estaciones del año imitando los cambios fotoperiódicos que acontecen en la naturaleza: días “largos” y noches “cortas” durante la primavera-verano, días “cortos” y noches “largas” durante otoño-invierno. Podemos hacer que un ciclo estacional transcurra en un periodo de 12 meses (como ocurre naturalmente), o hacer que los mismos cambios acontezcan en un periodo de sólo 8 meses, es decir, exponer a los animales a años de 12 u 8 meses respectivamente. La vida media así como la supervivencia máxima de los animales expuestos a años “cortos” se redujo significativamente con respecto a los controles; sin embargo, y esto es lo mas llamativo, si en vez de medir el tiempo de vida media o la expectativa máxima de vida en término de meses lo hacemos en término de ciclos estacionales, en ambos casos los resultados son semejantes: vida media 5 ciclos estacionales y máxima expectativa de vida 9-10 ciclos estacionales.

Estos resultados parecen indicar que vivimos más que un número de años, un determinado número de ciclos estacionales, y que la aceleración de la alternancia de estos ciclos estacionales, acelera igualmente el proceso de envejecimiento.

 

Seminario: Cerebro y Envejecimiento

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Relatores con amplia experiencia en investigación y docencia.

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