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¿Por qué la gente de la mañana tiene relojes biológicos más cortos?

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En primer lugar, todos tenemos un reloj circadiano que se ejecuta de forma endógena mediante la expresión genética diferencial y controla nuestro cambio en la vigilia, la temperatura, los niveles hormonales, etc. Los relojes circadianos no son exactamente de 24 hy varían entre las personas: algunas personas tienen relojes más cortos y otros tienen más largos. Aparentemente, las personas que tienen ritmos circadianos más cortos son matutinos, y los que tienen uno más largo son noctámbulos.

¿Cómo es esto posible? En el siguiente artículo "https://www.futurity.org/biological-clocks-sleep-disorders-protein-mutations-2289312-2/" se dice que un reloj biológico de 20 horas hará que una persona se duerma antes porque se cansarán antes y se despertarán también antes. Pero para mí, eso solo sería posible el primer período o dos si ambos ciclos comienzan en el mismo momento. Posteriormente, los ciclos se desfasarán y eso ya no será así.


Los ritmos circadianos son arrastrados por la luz a través del núcleo supraquiasmático, una parte del cerebro que recibe señales de células ganglionares retinianas especiales que son directamente sensibles a la luz (principalmente azul).

Sin embargo, la luz no es estrictamente necesaria: el reloj circadiano interno es el resultado de la expresión génica cambiante que procede sin estímulos externos. La luz solo se usa para arrastrar (o "reiniciar") el reloj todos los días.

Cuando las personas hablan de la duración del ritmo circadiano de un individuo, se refieren a lo que sucede en ausencia de un ciclo de luz (es decir, sin arrastre).

https://en.wikipedia.org/wiki/Circadian_rhythm https://en.wikipedia.org/wiki/Suprachiasmatic_nucleus https://en.wikipedia.org/wiki/Circadian_rhythm_sleep_disorder


Los ritmos circadianos de los seres humanos se restablecen mediante ciclos de exposición a la luz, pero para que se restablezca un ciclo, primero debe existir.

Sin luz hay ciclos creados por la producción de proteínas y la inhibición de genes.

En el ciclo 24 relevante hay un complejo de genes que produce un conjunto de proteínas que reaccionan y se descomponen en un producto que interrumpe la expresión del gen (producción de proteínas) mientras esté presente. que detiene la producción inicial de proteínas creando así un ciclo basado en la reacción de las proteínas y la velocidad de descomposición. Entonces, el gen está activo y se produce la proteína, durante aproximadamente una cantidad de tiempo la proteína reacciona y se descompone en una proteína que apaga la expresión del gen (inhibidor). la proteína hasta que el inhibidor la detuvo, por lo que la reacción y la descomposición continúan durante el tiempo A nuevamente hasta que se agota todo el inhibidor y el gen comienza a producir las proteínas nuevamente. Entonces obtienes un ciclo de expresión e inhibidor que se reinicia una vez cada vez Ax2.

Pero como puede adivinar los genes y las proteínas, un pequeño cambio en la proteína puede cambiar el tiempo que tarda en reaccionar y descomponerse. Así es como se obtienen algunas personas con ciclos un poco más largos y otras con ciclos un poco más cortos.

https://pubs.niaaa.nih.gov/publications/arh25-2/85-93.htm


Reloj biológico

Cuando el sol sube en un día cálido y soleado se puede ver el en forma de trompeta flores del gloria de la mañana abrir. Cuando cierran a última hora de la tarde primavera las flores se abren y antes de que llegue la luz del día a la mañana siguiente se vuelven a cerrar.

Biológico ritmos, como la apertura y el cierre de las flores ocurren en toda la naturaleza. Pero no todos son diario ritmos. Algunos, como el latido de nuestro corazón, ocurrir cada segundo. Otros ritmos son basado en meses, estaciones o años.

Científicos usa el término Reloj biológico para describir el tiempo que controla los ritmos biológicos. Pero, ¿qué es este reloj y dónde puedes encontrarlo? En los animales probablemente esté controlado por el cerebro, pero en las plantas y otros seres vivos que no tienen cerebro debe ser otra cosa.

Lo biológico ritmos de costa los organismos son conectado a la subida y bajada del agua. Cuando el marea entra ellos abren su conchas y conseguir comida, cuando el agua regresa las conchas cerca de proteger los animales del aire seco.

Bay of Funday - Marea alta y baja - Samuel Wantman

los migración de animales es también un evento que ocurre cuando se envía una señal. Cuando los días se acortan, las aves abandonan las partes del norte del mundo y vuelan hacia el sur, donde hace calor y tienen suficiente comida. En el verano vuelan de regreso para tener bebés.

Humanos también tienen relojes biológicos que controlan sus ritmos diarios. Temperatura corporal, presión arterial , dormir y despertarse tienen un ritmo de 24 horas. Muchas enfermedades tienen un ritmo anual. Resfriados y gripe a menudo ocurren en invierno. El sarampión ocurre principalmente durante la primavera y el verano.

Cuando las personas viajan en avión de un continente a otro, a menudo cruzan muchos zonas horarias. Su interno los relojes don & rsquot parecen funcionar correctamente. A esto lo llamamos desfase horario. Te hace sentir cansado y tu cuerpo y tus rsquos tardan muchos días Reloj biológico para acostumbrarse al nuevo lugar.

Gente que trabaja turnos de noche también tienen problemas con su relojes biológicos. En general, pueden no ser tan alerta o activos como personas que trabajan durante el día. También tienen más accidentes durante el trabajo. A veces tienen más problemas de salud y para dormir que otras personas.

Al usar el medicamento adecuado, puede rechazar problemas que son conectado con diferentes horas del día. Ataques al corazón y trazos a menudo ocurren en las horas de la mañana y mdash entre el momento en que te levantas y el mediodía. Asma a menudo ocurre entre la medianoche y las horas de la mañana. Entonces, cuando la gente con débil corazones toman su medicina justo después de despertarse, podría evitar un infarto.

Relojes biologicos controlar muchos ritmos de la vida. Estamos aprendiendo cada vez más sobre estos ritmos. Los médicos están buscando nuevas formas de hacer que viajar sea más cómodo y médico. tratamiento más eficaz.


El mecanismo de cambio molecular explica cómo las mutaciones acortan los relojes biológicos

Un nuevo estudio de las interacciones moleculares fundamentales para el funcionamiento de los relojes biológicos explica cómo ciertas mutaciones pueden acortar el tiempo del reloj, haciendo que algunas personas se vuelvan extremas como "alondras matutinas" porque sus relojes internos operan en un ciclo de 20 horas en lugar de estar sincronizados con el de 24 horas. ciclo de día y noche.

El estudio, publicado el 11 de febrero en eLife, muestra que el mismo mecanismo de cambio molecular afectado por estas mutaciones está funcionando en animales que van desde las moscas de la fruta hasta las personas.

"Muchas personas con trastornos de la fase del sueño tienen cambios en las proteínas del reloj", dijo Carrie Partch, profesora asociada de química y bioquímica en UC Santa Cruz y autora correspondiente del artículo. "Por lo general, las mutaciones que hacen que el reloj corra más corto tienen un efecto de alondra matutina, y aquellas que hacen que el reloj corra más tienen un efecto noctámbulo pronunciado".

En el nuevo estudio, los investigadores se centraron en las mutaciones en una enzima llamada caseína quinasa 1 (CK1), que regula una proteína del reloj central llamada PERIODO (o PER). Las mutaciones que alteran el reloj en CK1 se conocen desde hace años, pero no estaba claro cómo cambiaron la sincronización del reloj.

La CK1 y otras enzimas quinasas llevan a cabo una reacción llamada fosforilación, agregando un fosfato a otra proteína. Resulta que CK1 puede fosforilar cualquiera de los dos sitios de la proteína PER. La modificación de un sitio estabiliza el PER, mientras que la otra modificación desencadena su degradación. Partch y sus colegas demostraron cómo las mutaciones en CK1 o PER pueden alterar el equilibrio, favoreciendo la degradación sobre la estabilización.

Las proteínas PER son parte de un circuito de retroalimentación complejo en el que los cambios en su abundancia establecen el tiempo de los ritmos circadianos, por lo que las mutaciones que aumentan la tasa de degradación de PER alteran el reloj.

"Lo que descubrimos es este pulcro interruptor molecular que controla la abundancia de las proteínas PER. Cuando funciona correctamente, genera una hermosa oscilación de 24 horas", dijo Partch.

El laboratorio de Partch realizó análisis estructurales y bioquímicos de las proteínas CK1 y PER que sugirieron cómo funciona el interruptor. Para confirmar que las interacciones observadas en el tubo de ensayo coincidían con el comportamiento de las proteínas en las células vivas, trabajaron con investigadores de la Escuela de Medicina Duke-NUS en Singapur. Otros colaboradores de UC San Diego realizaron simulaciones de la dinámica molecular del cambio mostrando cómo la proteína CK1 cambia entre dos conformaciones, y cómo las mutaciones provocan que favorezca una conformación sobre otra.

El cambio involucra una sección de la proteína CK1 llamada ciclo de activación. Una conformación de este bucle favorece la unión de CK1 a la región "degron" de PER, donde la fosforilación conduce a la degradación de la proteína. Las mutaciones de cambio de reloj en CK1 hacen que favorezca esta conformación de unión a degron.

La otra conformación favorece la unión a un sitio de la proteína PER conocida como región FASP, porque las mutaciones en esta región conducen a un trastorno del sueño hereditario llamado Síndrome de la fase avanzada del sueño familiar. La estabilización de PER puede verse interrumpida por las mutaciones FASP, que interfieren con la unión de CK1 a esta región, o por las mutaciones en CK1 que favorecen la conformación alternativa del bucle de activación.

Los nuevos hallazgos también sugieren por qué la unión de CK1 a la región FASP estabiliza PER. Con la fosforilación de la región FASP, esa región actúa para unirse e inhibir a CK1, evitando que adopte la otra conformación y fosforilando la región degron.

"Se une y bloquea la quinasa, por lo que es como un botón de pausa que evita que la proteína PERIODO se degrade demasiado pronto", dijo Partch. "Esta región estabilizadora genera un retraso en el reloj para alinearlo con el día de 24 horas de la Tierra".

Partch señaló que es importante comprender cómo estas proteínas del reloj regulan nuestros ritmos circadianos, porque esos ritmos afectan no solo el ciclo del sueño sino casi todos los aspectos de nuestra fisiología. La comprensión de estos mecanismos moleculares puede permitir a los científicos desarrollar terapias para intervenir en el reloj y aliviar las interrupciones, ya sean causadas por enfermedades hereditarias o por el trabajo por turnos o el desfase horario.

"Puede haber formas de mitigar algunos de esos efectos", dijo.

CK1 también es interesante porque parece ser el componente más antiguo de los relojes biológicos. El ciclo de retroalimentación completo que involucra a CK1, PERIOD y otras proteínas del reloj central se encuentra en todos los animales, desde los insectos hasta los humanos. Sin embargo, la CK1 también se encuentra en todos los demás organismos con células eucariotas (no bacterianas), incluidas las algas verdes unicelulares en las que se ha implicado en los ritmos circadianos.

"Nuestros resultados proporcionan una base mecanicista para comprender el papel esencialmente universal de CK1 como regulador de los relojes circadianos eucariotas", dijo Partch.


Contenido

La cronobiología estudia las variaciones del momento y la duración de la actividad biológica en los organismos vivos que se producen en muchos procesos biológicos esenciales. Ocurren (a) en animales (comiendo, durmiendo, apareándose, hibernando, migración, regeneración celular, etc.), (b) en plantas (movimientos de hojas, reacciones fotosintéticas, etc.) y en organismos microbianos como hongos y protozoos. . Incluso se han encontrado en bacterias, especialmente entre las cianobacterias (también conocidas como algas verde azuladas, consulte los ritmos circadianos bacterianos). El ritmo mejor estudiado en cronobiología es el ritmo circadiano, un ciclo de aproximadamente 24 horas mostrado por procesos fisiológicos en todos estos organismos. El término circadiano viene del latín hacia, que significa "alrededor" y muere, "día", que significa "aproximadamente un día". Está regulado por relojes circadianos.

El ritmo circadiano se puede dividir en ciclos de rutina durante el día de 24 horas: [2]

    , que describe los organismos activos durante el día, que describe los organismos activos durante la noche, que describe a los animales principalmente activos durante las horas del amanecer y el anochecer (por ejemplo: venado de cola blanca, algunos murciélagos)

Si bien los ritmos circadianos se definen como regulados por procesos endógenos, otros ciclos biológicos pueden estar regulados por señales exógenas. En algunos casos, los sistemas multitróficos pueden exhibir ritmos impulsados ​​por el reloj circadiano de uno de los miembros (que también puede verse influenciado o reiniciado por factores externos). Los ciclos de las plantas endógenas pueden regular la actividad de la bacteria controlando la disponibilidad de fotosintato producido por las plantas.

También se estudian muchos otros ciclos importantes, que incluyen:

    , que son ciclos de más de un día. Los ejemplos incluyen los ciclos anuales o anuales que gobiernan los ciclos de migración o reproducción en muchas plantas y animales, o el ciclo menstrual humano. , que son ciclos de menos de 24 horas, como el ciclo REM de 90 minutos, el ciclo nasal de 4 horas o el ciclo de producción de la hormona del crecimiento de 3 horas. , comúnmente observado en la vida marina, que sigue la transición de aproximadamente 12,4 horas de la marea alta a la baja y viceversa. , que siguen al mes lunar (29,5 días). Son relevantes, p. Ej. para la vida marina, ya que el nivel de las mareas se modula a lo largo del ciclo lunar. - algunos genes se expresan más durante determinadas horas del día que durante otras horas.

Dentro de cada ciclo, el período de tiempo durante el cual el proceso es más activo se llama acrofase. [3] Cuando el proceso es menos activo, el ciclo está en su batifase o canal fase. El momento particular de mayor actividad es el cima o máximo el punto más bajo es el nadir.

Un ciclo circadiano se observó por primera vez en el siglo XVIII en el movimiento de las hojas de las plantas por el científico francés Jean-Jacques d'Ortous de Mairan. [4] En 1751, el botánico y naturalista sueco Carl Linnaeus (Carl von Linné) diseñó un reloj de flores utilizando ciertas especies de plantas con flores. Al disponer las especies seleccionadas en un patrón circular, diseñó un reloj que indicaba la hora del día mediante las flores que estaban abiertas a cada hora determinada. Por ejemplo, entre los miembros de la familia de las margaritas, usó la planta de la barba de halcón que abrió sus flores a las 6:30 am y el hawkbit que no abrió sus flores hasta las 7 am. [5]

El simposio de 1960 en el Laboratorio Cold Spring Harbor sentó las bases para el campo de la cronobiología. [6]

También fue en 1960 cuando Patricia DeCoursey inventó la curva de respuesta de fase, una de las principales herramientas utilizadas en el campo desde entonces.

Franz Halberg de la Universidad de Minnesota, quien acuñó la palabra circadiano, es ampliamente considerado el "padre de la cronobiología estadounidense". Sin embargo, fue Colin Pittendrigh y no Halberg quien fue elegido para dirigir la Sociedad de Investigación en Ritmos Biológicos en los 1970s. Halberg quería más énfasis en los problemas humanos y médicos, mientras que Pittendrigh tenía su experiencia más en evolución y ecología. Con Pittendrigh como líder, los miembros de la Sociedad realizaron investigaciones básicas sobre todo tipo de organismos, tanto vegetales como animales. Más recientemente, ha sido difícil conseguir financiación para dicha investigación en otros organismos que no sean ratones, ratas, seres humanos [7] [8] y moscas de la fruta.

Más recientemente, Alfred J. Lewy (OHSU), Josephine Arendt (Universidad de Surrey, Reino Unido) y otros investigadores han explorado la terapia de luz y la administración de melatonina como un medio para restablecer los ritmos circadianos animales y humanos. Además, la presencia de luz de bajo nivel en la noche acelera el reentrenamiento circadiano de hámsteres de todas las edades en un 50%, lo que se cree que está relacionado con la simulación de la luz de la luna. [9]

En la segunda mitad del siglo XX, europeos como Jürgen Aschoff y Colin Pittendrigh han realizado contribuciones y formalizaciones sustanciales, que persiguieron puntos de vista diferentes pero complementarios sobre el fenómeno de arrastre del sistema circadiano por la luz (paramétrico, continuo, tónico, gradual versus no paramétrico, discreto, fásico, instantáneo, respectivamente [10]).

Los seres humanos pueden tener una propensión a ser personas matutinas o nocturnas. Estas preferencias de comportamiento se denominan cronotipos para los que existen varios cuestionarios de evaluación y correlaciones de marcadores biológicos. [11]

También hay un reloj biológico que puede incorporar alimentos, que no se limita al núcleo supraquiasmático. Se ha cuestionado la ubicación de este reloj. Sin embargo, al trabajar con ratones, Fuller et al. Llegó a la conclusión de que el reloj de arrastre de alimentos parece estar ubicado en el hipotálamo dorsomedial. Durante la alimentación restringida, asume el control de funciones como el tiempo de actividad, lo que aumenta las posibilidades de que el animal localice con éxito los recursos alimenticios. [12]

Patrones diurnos en Internet

En 2018, un estudio publicado en PLoS ONE mostró cómo 73 indicadores psicométricos medidos en el contenido de Twitter siguen un patrón diurno. [13] Un estudio de seguimiento que apareció en Chronobiology International en 2021 mostró que estos patrones no fueron interrumpidos por el bloqueo del Reino Unido en 2020. [14]

Moduladores de ritmos circadianos

En 2021, los científicos informaron sobre el desarrollo de un modulador de los ritmos circadianos de los tejidos que dura días y que responde a la luz a través de la inhibición de Ck1. Dichos moduladores pueden ser útiles para la investigación cronobiológica y la reparación de órganos que están "desincronizados". [15] [16]

La cronobiología es un campo de investigación interdisciplinario. Interactúa con la medicina y otros campos de investigación como la medicina del sueño, endocrinología, geriatría, medicina deportiva, medicina espacial y fotoperiodismo. [17] [18] [19]


Los noctámbulos y los madrugadores tienen diferentes estructuras cerebrales

¿Eres de esas personas que se levanta antes del amanecer y nunca necesita un despertador? ¿O dormirías felizmente hasta media mañana si pudieras? ¿Sientes que estás alcanzando el ritmo de tu día al final de la tarde, o te gusta completar las grandes tareas del día temprano?

La mayoría de nosotros tenemos un cierto grado de preferencia por las madrugadas o las madrugadas.El lugar donde un individuo cae en este espectro determina en gran medida su cronotipo: una disposición individual hacia el momento de los períodos diarios de actividad y descanso. Algunos de nosotros somos claramente "alondras", madrugadores, mientras que otros somos noctámbulos. El resto de nosotros caemos en algún lugar entre los dos.

Estamos aprendiendo que estas tendencias de los noctámbulos y los madrugadores son impulsadas en un grado significativo por fuerzas biológicas y genéticas. Los diferentes cronotipos están asociados con variaciones genéticas, así como con diferencias en el estilo de vida y la disposición del estado de ánimo, la función cognitiva y los riesgos de problemas de salud, incluidos los trastornos del sueño y la depresión.

Una nueva investigación ahora ha encontrado evidencia de diferencias físicas en los cerebros de diferentes cronotipos. Los científicos de la Universidad de Aquisgrán en Alemania realizaron escáneres cerebrales de madrugadores, noctámbulos y cronotipos "intermedios" que se encontraban entre los dos extremos del espectro. Descubrieron diferencias estructurales en los cerebros de personas con diferentes tendencias de sueño y vigilia. Los investigadores observaron un grupo de 59 hombres y mujeres de diferentes cronotipos: 16 madrugadores, 20 durmientes intermedios y 23 noctámbulos. Descubrieron que, en comparación con los madrugadores y los intermedios, los noctámbulos mostraban una integridad reducida de la materia blanca en varias áreas del cerebro. La materia blanca es tejido graso en el cerebro que facilita la comunicación entre las células nerviosas. La integridad disminuida de la materia blanca del cerebro se ha relacionado con la depresión y con alteraciones de la función cognitiva normal.

La causa de esta diferencia en la calidad de la materia blanca entre los noctámbulos en comparación con otros durmientes no está clara. Los investigadores especulan que la integridad disminuida de la materia blanca puede ser el resultado del "desfase horario social" crónico que caracteriza los efectos de las rutinas de sueño-vigilia de muchos noctámbulos. Las personas que están dispuestas a quedarse despiertas hasta tarde y dormir hasta tarde a menudo se encuentran en constante desacuerdo con el horario de la vida que las rodea, particularmente con los horarios de trabajo y escuela que requieren comenzar temprano en la mañana. Esto puede dejar a los noctámbulos privados de sueño de forma crónica y experimentar muchos de los mismos síntomas (fatiga e insomnio durante el día, dificultad para concentrarse, dolor físico y malestar) del desfase horario inducido por los viajes.

Las investigaciones indican que las personas que se quedan despiertas hasta tarde tienen un mayor riesgo de depresión. Los estudios también han demostrado que los noctámbulos son más propensos a consumir más tabaco y alcohol, así como a comer más y también a dietas menos saludables que los madrugadores o las personas con patrones de sueño intermedios. Pero las investigaciones sobre la influencia del cronotipo no son todas malas noticias para los noctámbulos. Algunos estudios han demostrado que las personas que se quedan despiertas hasta tarde son más productivas que los madrugadores y tienen más resistencia a lo largo de sus días. Otra investigación ha demostrado que los noctámbulos muestran mayores habilidades analíticas y de razonamiento que sus contrapartes antes de acostarse. Las personas que se quedan despiertas hasta tarde, según la investigación, logran un mayor éxito financiero y profesional en promedio que aquellas personas que se acuestan y despiertan más temprano.

Este último estudio es el primero en ofrecer evidencia física de diferencias neurológicas entre personas con diferentes tendencias de sueño. Pero otra investigación también ha demostrado que las inclinaciones por quedarse despierto hasta tarde o levantarse temprano están profundamente arraigadas en diferencias biológicas y genéticas:

Los científicos han descubierto un gen de "reloj despertador" que activa el reloj biológico del cuerpo por la mañana a partir de su período de descanso nocturno. La identificación de este gen y su función puede eventualmente brindarnos nueva información importante sobre la influencia del cronotipo y la función circadiana en el sueño y la salud.

Varios estudios en los que participaron gemelos han demostrado vínculos genéticos con varios aspectos del sueño, incluido el tiempo circadiano y las preferencias de sueño / vigilia.

La investigación también ha revelado diferencias en la función metabólica del cerebro entre los noctámbulos en comparación con los madrugadores y los que duermen en el medio de la carretera. Estas diferencias metabólicas se descubrieron en regiones del cerebro involucradas en el estado de ánimo y pueden ser una de las razones por las que los noctámbulos tienen un mayor riesgo de depresión relacionada con el insomnio.

Recientemente, los científicos identificaron una variante genética que ejerce una fuerte influencia sobre el reloj circadiano y con la inclinación a quedarse despierto hasta tarde o madrugar. Esta variación genética, que afecta a casi toda la población, puede cambiar el tiempo del ciclo de sueño-vigilia de 24 horas de un individuo hasta en 60 minutos.

Si nuestras preferencias por los horarios de sueño y vigilia están fuertemente influenciadas por la genética y la biología, ¿qué debemos hacer cuando nos enfrentemos a inclinaciones que no coinciden con las demandas y responsabilidades de nuestra vida? Las fuerzas genéticas parecen jugar un papel importante en nuestras preferencias, pero todavía estamos trabajando para entender cómo y cuánto. Y estamos lejos de ser impotentes: las elecciones que hacemos sobre nuestros entornos y hábitos de sueño también pueden marcar una diferencia significativa. Un estudio reciente mostró que limitar la exposición nocturna a la luz artificial y aumentar la exposición a la luz solar durante el día puede cambiar los ciclos de sueño y vigilia antes, incluso para los noctámbulos. Los buenos hábitos de sueño (tener cuidado con el consumo de alcohol cerca de la hora de acostarse, ceñirse a los horarios regulares para dormir y despertarse, asegurarse de que su habitación esté oscura y sin dispositivos electrónicos) pueden ayudar a reforzar su horario de sueño, incluso si no se alinea perfectamente con tus tendencias naturales.

En términos más generales, espero que veamos que la sociedad comienza a reconocer el poder de estos patrones biológicos de sueño y la necesidad de flexibilidad para permitir que las personas construyan horarios de trabajo y escuela que se alineen mejor con su disposición hacia el sueño. Esta es una estrategia inteligente que favorece el sueño y que sería buena para la salud pública y la productividad.


El reloj interno de su cuerpo y cómo afecta su salud general

Todos sentimos el reflujo y el flujo de la vida diaria, los ritmos diarios que dan forma a nuestros días. El ritmo diario más básico con el que vivimos es el ciclo de sueño-vigilia, que (para la mayoría) está relacionado con el ciclo del sol. Nos hace sentir somnolientos a medida que avanzan las horas de la noche y despiertos a medida que comienza el día. El sueño-vigilia y otros patrones diarios son parte de nuestros ritmos circadianos (circum significa "alrededor" y muere, "día") que se rigen por el reloj interno o biológico del cuerpo, ubicado en lo profundo del cerebro.

Pero la investigación ha descubierto que el reloj del cuerpo es responsable de algo más que el sueño y la vigilia. Otros sistemas, como el hambre, el estado de alerta mental y el estado de ánimo, el estrés, la función cardíaca y la inmunidad también operan a un ritmo diario.

La existencia del reloj biológico puede ser particularmente evidente cuando está fuera de lugar: el desfase horario y el trabajo por turnos pueden alterar nuestros patrones normales y afectar la salud física y mental. Incluso adelantar o retrasar el reloj una hora cuando comienza o termina el horario de verano puede alterar nuestros relojes biológicos.

La alteración de los ciclos naturales de nuestro cuerpo puede causar problemas. Los estudios han encontrado que hay accidentes de tráfico y lesiones en el lugar de trabajo más frecuentes cuando saltamos hacia adelante y perdemos una hora de sueño. Los pacientes cardíacos tienen un mayor riesgo de infarto de miocardio en la semana siguiente al cambio de horario de verano. Pero aún más significativo es que la ciencia continúa descubriendo conexiones importantes entre un reloj interrumpido y problemas de salud crónicos, desde la diabetes hasta las enfermedades cardíacas y el deterioro cognitivo.

Resulta que los mismos genes y factores biológicos que gobiernan nuestro reloj interno también están involucrados en cómo operan y se descomponen otros sistemas corporales. Puede ser difícil determinar si un reloj interrumpido conduce a problemas de salud o si es al revés.

Estamos comenzando a comprender más acerca de cómo el reloj interactúa y ayuda a gobernar la función de otros sistemas y afecta nuestra salud en general. De hecho, mantener el ciclo diario de su cuerpo en equilibrio puede ser una de las mejores cosas que puede hacer por su salud en general.

TU CUERPO QUIERE FUNCIONAR COMO UN RELOJ SUIZO

La idea de un reloj biológico puede parecer una metáfora curiosa, pero en realidad hay una región cerebral muy distinta que se encarga de mantener el tiempo: es un área llamada núcleo supraquiasmático (o SCN), situada justo encima del punto en el cerebro. donde se cruzan las fibras del nervio óptico. Esta ubicación permite que el SCN reciba las señales que necesita de la luz del entorno para ayudarlo a mantener el tiempo.

Pero los genes también influyen en el reloj corporal y los ritmos circadianos. El sistema requiere ambos tipos de información, luz y genes, para mantener el rumbo. Para permanecer en el ciclo de 24 horas, el cerebro necesita la entrada de luz solar a través de los ojos para reiniciarse todos los días. Cuando a los humanos se les permite correr fuera del reloj de su cuerpo aparte de la entrada del sol, al mantenerse en oscuridad continua, el ciclo diario del cuerpo tiende a alargarse a aproximadamente 25 horas. Y cuando las personas o los animales carecen de los genes que ayudan a controlar el ciclo del reloj, sus ciclos de sueño y vigilia pueden desviarse aún más o estar completamente ausentes. La necesidad de ambos tipos de señales, luz y genes, hace del reloj biológico un ejemplo clásico de cómo los genes y el medio ambiente funcionan en conjunto para mantener el buen funcionamiento del sistema.

Nuestros comportamientos y funciones corporales se ejecutan en ciclo

La melatonina es una hormona responsable del ciclo diario de nuestro cuerpo. Cuando cae la noche y hay menos entrada de luz al SCN, aumenta la producción de melatonina, la hormona responsable de hacernos sentir somnolientos. Cuando está oscuro, se secreta más melatonina, lo que le indica al cerebro que entre en modo de sueño. Cuando sale el sol, se inhibe la secreción de melatonina y se reanudan los circuitos despiertos del cerebro.

Otros sistemas también siguen un ritmo diario, muchos de los cuales están controlados por hormonas y otros compuestos que reciben señales del reloj biológico. Por ejemplo, las hormonas responsables del hambre y el metabolismo aumentan y disminuyen a lo largo del día. Los químicos involucrados en la función del sistema inmunológico también varían. Los compuestos que estimulan la respuesta inflamatoria aumentan durante la noche (por lo que la fiebre tiende a aumentar en ese momento) y los que la inhiben aumentan durante el día.

Es probable que esto se deba a que el cuerpo es mejor para combatir las infecciones mientras está en reposo, y la energía puede invertirse en el esfuerzo, en lugar de en otras funciones. Y la actividad del sistema de respuesta al estrés, particularmente en la secreción de la hormona del estrés, el cortisol, se reduce durante las horas de la noche y aumenta a primera hora de la mañana.

Aunque hay ciertas áreas del cuerpo, como el corazón, que pueden gobernar su propia función hasta cierto punto, existe una fuerte evidencia de que el reloj biológico juega un papel importante en el control de muchas de estas fluctuaciones (como en el azúcar en sangre). durante el período de 24 horas.

INTERRUPCIONES AMBIENTALES AL RELOJ DEL CUERPO

Algunos de los mejores conocimientos que tenemos sobre las funciones que desempeña el reloj biológico en nuestra salud provienen de casos en los que el ciclo se desincroniza. Esto puede suceder por diferentes razones y estamos empezando a comprenderlas con mayor detalle. A veces, nosotros mismos hacemos cosas que interrumpen nuestros ritmos normales, como volar a una zona horaria lejana. A veces son otros factores (como los genes o la biología) los que juegan un papel.

Volar por todo el país con los ojos rojos es un excelente ejemplo de cómo podemos interrumpir nuestros propios relojes, y un ejemplo mucho más extremo que el ritual de primavera hacia adelante / hacia atrás en muchas partes de los EE. UU.

Cuando comienza el desfase horario, nos sentimos desorientados, brumosos y somnolientos en los momentos equivocados del día porque, después de cambiar las zonas horarias, nuestro reloj biológico nos dice que es un momento y el entorno exterior nos dice que es otro. De hecho, el desfase horario puede considerarse un tipo de trastorno del ritmo circadiano. Se puede tratar simplemente permitiendo que el cuerpo se adapte a la nueva hora, aunque pueden pasar varios días para que las señales externas (luz) ayuden al reloj interno a ponerse al día o retroceder con su nuevo ciclo.

El trabajo por turnos es otro ejemplo de cómo podemos salirnos del ciclo, y esto también puede convertirse en un trastorno del ritmo circadiano a largo plazo. Las personas que trabajan en el turno de noche no solo tienen dificultades con sus patrones de sueño (sensación de sueño en el trabajo o insomnio durante el día), sino que otros sistemas en sus cuerpos también pueden sentir los efectos, y pueden ser crónicos. No está claro exactamente por qué existe esta conexión, pero el aumento de peso o los cambios metabólicos pueden estar involucrados. Estos fenómenos subrayan cómo determinados comportamientos o estilos de vida pueden afectar el reloj del cuerpo, pero hay otros factores en juego, como la genética y la química corporal.

INTERRUPCIONES BIOLÓGICAS Y GENÉTICAS Y SUS IMPLICACIONES PARA LA SALUD

Las interacciones del reloj son complejas y sus efectos en los diferentes sistemas corporales son intrincados, pero estamos empezando a comprender más acerca de cómo funcionan los tornillos y tuercas del reloj y cómo afectan cada sistema del cuerpo, desde nuestro corazón hasta nuestro cuerpo. estados de ánimo.

Dado que el reloj biológico es, de hecho, una entidad biológica, pueden salir mal cosas que pueden tener menos que ver con el estilo de vida o el medio ambiente, y más con los mecanismos del reloj en sí. Por ejemplo, hay más en el vínculo reloj-diabetes que simplemente cambiar nuestro ciclo de sueño, aunque el sueño puede marcar la diferencia.

Los mismos genes que controlan los receptores de la hormona del sueño melatonina están involucrados en la liberación de insulina, lo que también podría desempeñar un papel en el riesgo de diabetes. Cuando los genes del receptor de melatonina tienen mutaciones que dañan la conexión entre el reloj biológico y la liberación de insulina, las personas tienen un riesgo significativamente mayor de desarrollar diabetes.

Los ritmos del corazón

El corazón es un órgano que, aunque puede medir el tiempo por sí solo hasta cierto punto, depende del reloj biológico del cerebro para obtener señales. Durante años, los médicos e investigadores han notado que los problemas cardíacos, como las arritmias fatales, son más propensos a ocurrir en ciertos momentos del día, tanto temprano en la mañana como en menor grado, en las horas de la noche. Tomar medicamentos para la presión arterial por la noche parece mejorar su eficacia porque trabaja con los ritmos circadianos del cuerpo.

La razón de esto ha quedado clara recientemente: un factor genético involucrado en el ritmo del reloj del cerebro también controla la actividad eléctrica en el corazón. Los ratones que se crían para carecer de este factor (factor 15 similar a Kruppel (KLF15)) o que tienen demasiado, tienen muchos más problemas cardíacos que los ratones normales. Comprender esta conexión reloj-corazón podría ayudar a los expertos a diseñar medicamentos para reducir el riesgo de problemas cardíacos en las personas al estabilizar los niveles de estos compuestos.

Inmunidad y vacunaciones

La mayoría de nosotros hemos experimentado ser más susceptibles a enfermarnos cuando estamos privados de sueño. La razón de esto parece ser que ciertas sustancias químicas responsables de la función inmunológica, como las citocinas, aumentan y disminuyen a lo largo del día y la falta de sueño nos priva de sus mejores efectos. Los animales que reciben vacunas en momentos específicos del día, cuando ciertas proteínas que detectan los invasores bacterianos son más altas, tienen una respuesta inmune mucho más fuerte, incluso semanas después. Es muy probable que lo mismo sea cierto para los humanos.

Los ritmos corporales no solo mejoran la capacidad de las vacunas para proporcionar inmunidad, sino que pueden afectar la capacidad del cuerpo para combatir las infecciones por sí solo. Cuando los ratones estuvieron expuestos a una infección bacteriana, la gravedad de la infección reflejó la hora del día en que se infectaron.

No es solo en el laboratorio donde se ven estos efectos. Los bebés que reciben las vacunas por la tarde, y que duermen más inmediatamente después, tienen mejores respuestas inmunitarias a las inoculaciones. Es probable que el mismo efecto sea cierto en los adultos, ya que nuestro sistema inmunológico fluctúa de manera similar.

Nuestros relojes internos también influyen en si nos sentimos emocionados o deprimidos. Las personas con trastornos del estado de ánimo como depresión, trastorno bipolar y trastorno afectivo estacional (SAD) tienen ritmos circadianos alterados. De hecho, los trastornos del sueño, tanto dormir demasiado como muy poco, son uno de los síntomas clave de la depresión y otros trastornos del estado de ánimo.

La relación entre los ritmos corporales y el estado de ánimo es intrincada y probablemente tenga que ver con la forma en que la serotonina química del cerebro fluctúa en relación con el ciclo de luz-oscuridad y durante todo el año a medida que los días se hacen más largos y más cortos. Los ratones criados para tener problemas con la función de la serotonina también tienen ritmos diarios muy alterados. Los niveles de serotonina de las personas aumentan durante la parte del día en que hay más luz disponible.

La conexión entre el ritmo circadiano y la salud mental también se ha relacionado con estados patológicos como Alzheimer, Parkinson y Huntington, e incluso con el trastorno del espectro autista. Los investigadores están descubriendo que los ritmos diarios interrumpidos pueden ser buenos predictores del desarrollo de un deterioro cognitivo leve que surge con la edad, e incluso de la demencia.

Los experimentos con moscas de la fruta (que pueden parecer muy lejanos a los humanos, pero en realidad sirven como modelos excelentes en los estudios del reloj biológico) muestran que la degeneración en el cerebro ocurre mucho más rápidamente cuando hay problemas en el funcionamiento de un gen del reloj clave, y el la esperanza de vida de las moscas se acorta significativamente. Saber más sobre cómo se relaciona el reloj con la función cognitiva y el deterioro podría ayudar a los expertos a predecir, y quizás algún día a prevenir, que también ocurra en humanos.

Prestar atención a los ritmos naturales del cuerpo es probablemente más importante para nuestra salud de lo que creemos. No es solo la falta de sueño lo que afecta nuestro bienestar, sino que también es la alteración de nuestros ritmos biológicos lo que puede interferir con tantas funciones corporales, haciéndonos más propensos a problemas de salud como infecciones, problemas del estado de ánimo e incluso enfermedades del corazón.

Por qué el reloj biológico se interrumpe en ciertas personas, o naturalmente con la edad, no está completamente claro, pero algunos han sugerido recientemente que podría tener que ver en parte con el envejecimiento de los ojos. Los cambios naturales en el cristalino e incluso el desarrollo de cataratas dejan entrar menos luz al ojo y, por tanto, al cerebro y esto puede afectar los ritmos biológicos.

Hay muchas otras razones por las que los relojes de nuestro cuerpo pueden desincronizarse, lo que probablemente implica una combinación de predisposición genética y elecciones de estilo de vida, como el consumo de alcohol. A veces, el reloj puede desarmarse, como ocurre con los cambios asociados con el horario de verano, los viajes en avión o el trabajo por turnos, y no hay mucho que podamos hacer hasta que nuestro cuerpo y su reloj vuelvan a estar en equilibrio.

Pero mantener su horario al día tanto como sea posible es probablemente el mejor consejo. Probablemente tengas un buen sentido intuitivo de los ritmos naturales de tu cuerpo. Evite las interrupciones en sus ciclos de comer y dormir. Practique una buena higiene del sueño y cumpla con un horario de sueño que funcione bien para su cuerpo para mantener el sistema en su ritmo natural. Llegar un poco antes, reducir el consumo de cafeína al final del día y ahorrar ese último trabajo para la mañana en lugar de quedarse despierto hasta tarde para terminarlo, puede marcar una gran diferencia en el funcionamiento de su reloj interno y en cómo se siente. .


Como funciona el reloj

En el corazón del reloj hay un "circuito de retroalimentación negativa" que consiste en la siguiente secuencia de eventos. Los genes del reloj producen mensajes que se traducen en proteínas. Las proteínas luego interactúan para formar complejos y se mueven desde el citoplasma de la célula al núcleo y luego inhiben sus propios genes. Estos complejos de proteínas del reloj inhibidor se descomponen y los genes del reloj vuelven a estar libres para producir más mensajes y proteínas frescas, y el ciclo continúa día tras día.

Este ciclo de retroalimentación negativa genera un ritmo de producción y degradación de proteínas de casi 24 horas que impulsa el día biológico interno.

Con base en los hallazgos de Hall, Rosbash y Young en la mosca de la fruta, se descubrieron genes de reloj muy similares en ratones, humanos y muchos otros animales. De modo que los relojes biológicos que “hacen tictac” en nosotros son muy similares a los relojes que se encuentran en insectos, gusanos, peces y aves.

Ahora sabemos que las preferencias matutinas y vespertinas de los individuos que se describen a sí mismos como "alondras" o "búhos" también parecen estar relacionadas con pequeños cambios en algunos de estos genes del reloj que aceleran o ralentizan nuestros ritmos circadianos.


La ciencia explica por qué todos deberíamos trabajar menos horas en invierno

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Fotografía: Laurie Noble / Getty Images

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Para muchos de nosotros, el invierno, con sus días fríos y sus largas noches, trae consigo una sensación general de malestar. Es más difícil levantarnos de la cama a la media luz de la mañana y, encorvados sobre nuestros escritorios en el trabajo, podemos sentir que nuestra productividad se agota con los restos del sol de la tarde.

Esta historia apareció originalmente en WIRED UK.

Para la pequeña subsección de la población que experimenta un trastorno afectivo estacional en toda regla (SAD), es aún peor: la tristeza invernal se transforma en algo mucho más debilitante. Las víctimas experimentan hipersomnia, bajo estado de ánimo y una sensación generalizada de inutilidad durante los meses más sombríos. A pesar de SAD, la depresión se informa más ampliamente durante el invierno, las tasas de suicidio aumentan y la productividad en el lugar de trabajo cae durante enero y febrero.

Si bien es fácil atribuir todo esto a una idea nebulosa de la tristeza invernal, podría haber una razón científica para todo este desaliento. Si nuestros relojes corporales no están sincronizados con nuestras horas de vigilia y de trabajo, ¿no deberíamos modificar nuestro horario de oficina para ayudar a mejorar nuestro estado de ánimo?

"Si nuestro reloj biológico dice que quiere que nos despertemos a las 9:00, porque es un día de invierno oscuro, pero nos estamos levantando a las 7:00, entonces nos estamos perdiendo un sueño completo fase ”, dice Greg Murray, profesor de psicología en la Universidad de Swinburne, Australia. La investigación en el área de la cronobiología, el estudio de cómo nuestro cuerpo regula el sueño y la vigilia, apoya la idea de que durante el invierno, nuestras necesidades y preferencias de sueño cambian, y las limitaciones de la vida moderna pueden ser particularmente inadecuadas durante estos meses.

¿A qué nos referimos cuando hablamos de tiempo biológico? El reloj circadiano es un concepto que los científicos utilizan para medir nuestro sentido interno del tiempo. Es un temporizador de 24 horas que determina cuándo queremos ubicar varios eventos del día; lo más importante, cuándo queremos levantarnos y cuándo queremos dormirnos. "Al cuerpo le gusta hacer esas cosas en sincronía con el reloj corporal, que es el controlador maestro de dónde nuestro cuerpo y comportamiento están en relación con el sol", explica Murray.

Hay una gran cantidad de hormonas y otras sustancias químicas involucradas en la regulación de nuestros relojes corporales, así como una variedad de factores externos. Uno particularmente importante es el sol y dónde se encuentra en el cielo. Los fotorreceptores anidados en la parte posterior de nuestros ojos conocidos como ipRGC son especialmente sensibles a la luz azul y, por lo tanto, están perfectamente preparados para ayudar a calibrar el reloj circadiano. Existe evidencia de que estas células tienen un papel crucial para ayudar a regular el sueño.

El valor evolutivo de este mecanismo biológico fue promover cambios en nuestra fisiología, bioquímica y comportamiento según los diferentes momentos del día. “Esta es la función predictiva de un reloj circadiano”, dice Anna Wirz-Justice, profesora del Centro de Cronobiología de la Universidad de Basilea en Suiza. "Y está presente en todas las criaturas vivientes". Dados los cambios de luz diurna a lo largo del año, también prepara a los organismos para cambios estacionales de comportamiento, como la reproducción o la hibernación.

Si bien no ha habido una gran cantidad de investigaciones que examinen específicamente la cuestión de si responderíamos bien a más horas de sueño y a diferentes horas de vigilia durante el invierno, hay evidencia de que este podría ser el caso. "Desde un punto de vista teórico, la menor disponibilidad de luz natural por la mañana en invierno debería fomentar lo que llamamos un retraso de fase", dice Murray. "Y biológicamente, hay una buena razón para pensar que eso probablemente suceda hasta cierto punto". Un retraso de fase significa que nuestros relojes circadianos se modifican más tarde durante el invierno, lo que explica por qué la necesidad de apuñalar el botón de repetición se vuelve cada vez más difícil de combatir.

La idea de un retraso de fase podría parecer a primera vista sugerir que también querríamos irnos a la cama más tarde en invierno, pero Murray plantea la hipótesis de que esta tendencia probablemente se vería contrarrestada por un creciente deseo de dormir en general. Los estudios sugieren que los humanos necesitan (o al menos desean) dormir más durante el invierno. Un estudio que analizó tres sociedades preindustriales, es decir, aquellas sin despertadores, teléfonos inteligentes y horas de trabajo de 9 a 5, en América del Sur y África encontró que estas comunidades dormían colectivamente durante aproximadamente una hora más durante el invierno. Dado que estas comunidades están ubicadas en regiones ecuatoriales, este efecto podría ser aún más pronunciado en el hemisferio norte donde los inviernos son más fríos y oscuros.

Este modo de invierno soporífero está mediado, al menos en parte, por uno de los principales actores de nuestra cronobiología: la melatonina. Esta hormona endógena está controlada por el reloj circadiano, a la vez que influye en él. Es la droga para dormir, lo que significa que su producción aumenta antes de que nos vayamos a la cama. "En los seres humanos, el perfil de melatonina es mucho más amplio en invierno que en verano", dice el cronobiólogo Till Roenneberg. "Ese es el trasfondo bioquímico de por qué los relojes circadianos pueden reaccionar a dos estaciones diferentes del año".

Pero, ¿qué significa si nuestros relojes internos están fuera de tiempo con las demandas de nuestra escuela o los horarios de trabajo? “La discrepancia entre lo que quiere su reloj biológico y lo que quiere su reloj social, lo hemos llamado el desfase horario social”, dice Roenneberg. "Y el desfase horario social es más fuerte en invierno que en verano". El desfase horario social es similar al tipo de desfase horario con el que estamos más familiarizados, pero en lugar de volar por todo el mundo, es simplemente el momento de nuestras demandas sociales, como levantarnos para el trabajo o la escuela, lo que nos hace perder el equilibrio.

El desfase horario social es un fenómeno bien documentado y puede tener graves consecuencias para la salud, el bienestar y nuestra capacidad para desenvolvernos en la vida diaria. Si es cierto que el invierno produce una forma de desfase horario social, para discernir cuáles podrían ser sus efectos, podemos mirar a las poblaciones que experimentan este fenómeno en una escala mayor.

Un grupo potencialmente perspicaz para examinar incluye a personas que viven en los límites occidentales de las zonas horarias. Dado que las zonas horarias pueden cubrir vastas áreas, las personas que viven en los bordes orientales de las zonas horarias experimentan el amanecer entre una hora y una hora y media antes que las que viven en el borde occidental. A pesar de esto, toda la población debe cumplir con los mismos horarios de trabajo, lo que significa que muchas personas se verán obligadas a levantarse antes del amanecer. Esto esencialmente significa que las personas en una parte de la zona horaria están constantemente desincronizadas con sus relojes circadianos. Y aunque esto puede no parecer tan importante, está asociado con una serie de consecuencias dañinas. Las personas que viven en los extremos occidentales experimentan tasas más altas de cáncer de mama, obesidad, diabetes y enfermedades cardíacas, atribuidas principalmente por los investigadores a la alteración crónica de los ritmos circadianos que surge de tener que despertarse en la oscuridad.

Otro ejemplo extremo de jet lag social se vive en España, que se rige por la hora centroeuropea, a pesar de estar geográficamente en línea con el Reino Unido. Esto significa que el país se adelanta una hora y que la población debe seguir un horario social que no se corresponde con sus horarios biológicos. Como resultado, todo el país sufre de falta de sueño, obteniendo una hora menos en promedio que el resto de Europa. Este grado de pérdida de sueño se ha relacionado con un aumento del ausentismo, el estrés, los accidentes laborales y el fracaso escolar en el país.

Sin embargo, otra población que puede mostrar síntomas similares a los de una población aturdida por el invierno es un grupo que tiene una tendencia natural hacia la noctámbula durante todo el año. El reloj circadiano del adolescente promedio se desplaza naturalmente hasta cuatro horas más tarde que el de un adulto, lo que significa que la biología del adolescente lo presiona para que se acueste más tarde y se despierte más tarde. A pesar de esto, durante años, se han visto obligados a luchar a las 7 de la mañana para llegar a la escuela a tiempo.

Si bien estos son ejemplos más extremos, ¿podrían los efectos de atravesar el invierno con horarios de trabajo mal ajustados estar contribuyendo a algunos efectos similares, aunque más leves? Esta idea está respaldada en parte por una teoría sobre las causas del TAE. Si bien todavía hay una serie de hipótesis sobre la base bioquímica exacta de la afección, una parte considerable de los investigadores cree que podría deberse a una respuesta particularmente grave a que el reloj biológico no está sincronizado con la luz natural del día y el ciclo de sueño-vigilia. conocida como la hipótesis del retardo de fase.


¿Por qué nuestros ritmos circadianos duran más de 24 horas?

He leído que los ritmos circadianos de la mayoría de las personas duran un poco más de 24 horas y deben "restablecerse" regularmente mediante la exposición a la luz exterior. ¿Por qué nuestros ritmos biológicos no se sincronizarían más estrechamente con el día de 24 horas? Hay alguna razón para esto?

La respuesta corta es que no sabemos exactamente por qué evolucionó ese rasgo, pero tiene un efecto en la alineación de los ciclos circadiano y de sueño / vigilia en relación con el ciclo natural de luz / oscuridad.

El período circadiano humano promedio es de aproximadamente 24.15 horas, pero difiere ligeramente entre individuos

Primero, como han señalado otros, la idea persistente de que nuestro período circadiano intrínseco (es decir, el período que expresamos en ausencia de señales de tiempo) es de 25 horas es incorrecta. Se demostró que esto era incorrecto hace unos 20 años, sin embargo, todavía aparece en lugares como los libros de texto de psicología de pregrado.

Este número se obtuvo de experimentos en los que los individuos vivían aislados de las señales de tiempo ambientales. pero pudieron decidir cuándo encender / apagar las luces en su propio entorno de vida. Esto resultó en una retroalimentación en la que la luz provocó retrasos en el ritmo, extendiendo efectivamente el período.

Cuando todas las señales del tiempo y los estímulos que afectan el reloj circadiano se eliminan con cuidado, la mayoría de los humanos expresan ritmos circadianos dentro de un rango pequeño alrededor de las 24.15 horas. Hay pequeñas diferencias individuales en el período circadiano. En promedio, las mujeres tienen períodos ligeramente más cortos y, en promedio, cuanto más largo sea su período circadiano, mayor será su tendencia a acostarse más tarde. Si bien todos los individuos sanos tienden a caer dentro de un rango de

24,7 horas, algunos estudios han sugerido que las personas con trastorno de la fase tardía del sueño pueden tener períodos más largos (alrededor de 25 horas).

Siempre que su período esté lo suficientemente cerca de la duración del día, puede sincronizar

Los seres humanos no son los únicos que tienen un período circadiano intrínseco que no es de 24 horas. Algunas especies tienen períodos de 24,5 horas en promedio, otras tienen períodos de 23,5 horas en promedio. Lo importante, desde una perspectiva funcional, es que el período sea lo suficientemente cercano a la duración del día (24.0 horas en el caso de la Tierra) para permitir que el ritmo circadiano esté sincronizado.

El reloj circadiano responde a ciertas señales de tiempo ambientales, como la temperatura y la luz. En los seres humanos, la luz es, con mucho, el factor más importante para cambiar la sincronización del reloj. El reloj circadiano maestro de nuestro cerebro es un grupo de células en el hipotálamo llamado núcleo supraquiasmático, que se encuentra justo encima del quiasma óptico y recibe información directamente de la retina.

Dependiendo de en qué momento del ciclo circadiano esté expuesto a la luz, el reloj circadiano responde de manera diferente. Exposición a la luz temprano en el día circadiano (es decir, en las horas cercanas al momento en que naturalmente se despertaría) avances el reloj, o lo adelanta. Exposición a la luz en las últimas horas de la noche, cerca de la hora de acostarse y en las horas posteriores a la hora de acostarse. retrasos el reloj, o lo pone al revés. En parte, esta es la razón por la que la exposición a la luz artificial durante la noche tiende a hacer que las personas tengan ritmos circadianos tardíos y más dificultad para acostarse temprano o despertarse temprano (además, la exposición a la luz suprime la liberación nocturna de la hormona melatonina promotora del sueño).

Existe una cantidad máxima por la cual un bloque de luz diurna puede cambiar su ritmo circadiano cada día, que es alrededor de 2 horas de anticipación o 3 horas de retraso. Esto significa que un individuo con un período circadiano intrínseco de 24 horas podría teóricamente entrenar a la duración del día de aproximadamente 22 a 27 horas, pero en la práctica sería extremadamente difícil y requeriría patrones de exposición a la luz diseñados con mucho cuidado hacia cualquiera de los extremos de ese rango, debido a que a la cantidad de reinicio requerido.

Como ejemplo, este experimento intentó entrenar a los humanos a una duración del día 1 hora más larga que su período circadiano intrínseco. La luz ordinaria de la habitación (100 lux) fue suficiente para atraer a los participantes, pero la mayoría no logró hacerlo con una luz más tenue (20 lux). La luz de las velas (1,5 lux) es suficiente para atraer a la mayoría de las personas a un día de 24 horas, pero no a un día de 23,5 horas o 24,6 horas (Marte) día.

El período circadiano determina cómo se alinea el ritmo circadiano con el ciclo natural de luz / oscuridad.

El mensaje para llevar a casa de lo anterior es que si su período circadiano se acerca a las 24 horas (digamos que entre 23 y 25 horas), no tendrá ninguna dificultad para incorporarse a la luz natural de 24 horas. ciclo oscuro dado una fuente de luz brillante como el sol. Por lo tanto, podría decir que lo suficientemente cerca es lo suficientemente bueno y que no hay diferencia funcional entre un período de 23,8 horas y un período de 24,2 horas.

Sin embargo, la diferencia está en dónde debe ocurrir la exposición a la luz en el ciclo para lograr el arrastre. Un individuo con un período circadiano menor de 24 horas necesita más exposición a la luz en su tarde circadiana que en su mañana circadiana para lograr un retraso de fase neto cada día. Como resultado, su ciclo circadiano se alineará más temprano en relación con el ciclo natural de luz / oscuridad, por lo que la mayor parte de la exposición a la luz ocurre relativamente más tarde en su ciclo circadiano.

De manera similar, un individuo con un período de más de 24 horas necesita más exposición a la luz en su mañana circadiana que en su tarde circadiana para lograr un avance neto de fase cada día. Como resultado, su ciclo circadiano se alineará más tarde en relación con el ciclo natural de luz / oscuridad, por lo que la mayor parte de la exposición a la luz ocurre relativamente antes en su ciclo circadiano.

Por lo tanto, su período circadiano natural tiene un papel funcional importante para determinar cuándo se despertará y se irá a dormir de forma natural en relación con el ciclo natural de luz / oscuridad. Aunque, dejemos claro que & # x27s ciertamente no es el único factor. Por ejemplo, existe una tendencia a que los humanos (y muchas otras especies de mamíferos) se vayan a dormir más tarde en la adolescencia. Esto puede no deberse a un alargamiento significativo del período circadiano, que parece ser bastante estable a lo largo de la vida, sino a un cambio en la velocidad a la que se acumula la somnolencia a lo largo del día.

Si observamos diferentes especies, cada una de las cuales tiene diferentes períodos circadianos intrínsecos, todas ocupan un espacio ligeramente diferente. nichos temporales. Con esto, me refiero a que están activos durante partes específicas del día, dependiendo de una variedad de factores ecológicos y biológicos, incluida la forma en que la disponibilidad de alimentos varía a lo largo del día, cómo varía su riesgo de depredación a lo largo del día y su propia sensibilidad a la temperatura ambiente. . Una de las formas en que se logra esta diferencia temporal es a través de las diferencias en el período circadiano.

Por tanto, podemos especular que nuestro período de

Se seleccionó 24.15 horas por ser de alguna manera muy adecuado a nuestro entorno ancestral. La gente también ha especulado a veces que la variación natural en el período circadiano entre individuos dentro de una población asegura que diferentes individuos se vayan a la cama y se despierten en momentos ligeramente diferentes, lo que les permite vigilar a los demás, pero nuevamente estamos limitados a la especulación. cuando se trata de determinar por qué rasgos como este evolucionaron.


Parte 2: Genes de reloj, celdas de reloj y circuitos de reloj (continuación)

00: 00: 07.28 Entonces, en esta segunda sección,
00: 00: 10.10 lo que me gustaría hacer es realmente
00: 00: 12.21 mira con más detalle
00: 00: 14.15 en las diferencias entre
00: 00: 16.26 osciladores centrales y periféricos
00: 00: 20.16 utilizando métodos genéticos y no genéticos
00: 00: 25.17 de perturbar el sistema circadiano.
00: 00: 28.02 Entonces, una forma en que hemos visto esto
00: 00: 31.22 es volver y examinar
00: 00: 34.25 algo de lo que llamaríamos
00: 00: 36.19 los mutantes clásicos
00: 00: 39.05 de Periodo o Criptocromo,
00: 00: 42.09 que se muestran aquí
00: 00: 44.11 para criptocromo 1 y 2.
00: 00: 45.29 Estos son ratones con pérdida de función o knockout,
00: 00: 49.04 y en este caso lo que encontramos
00: 00: 51.20 es que si elimina Cry1,
00: 00: 54.11 el mouse todavía tiene un ritmo,
00: 00: 56.14 pero es una hora menos.
00: 00: 58.22 Si elimina Cry2,
00: 01: 00.23 el mouse todavía tiene un ritmo,
00: 01: 03.20 pero en este caso es largo.
00: 01: 08.12 Y luego, si elimina ambos genes,
00: 01: 10.15 Cry1 y Cry2,
00: 01: 12.15 el ratón pierde su ritmo,
00: 01: 14.06 y esta es realmente la razón por la que llamamos
00: 01: 19.02 Cry1 y Cry2
00: 01: 21.09 parte de la red de genes del reloj central.
00: 01: 23.06 Y entonces Cry1 y 2 ratones
00: 01: 26.10 no tienen ritmo, son arrítmicos.
00: 01: 28.25 Entonces, lo que hemos hecho es preguntar,
00: 01: 31.15 ¿Cuáles son los efectos de estas mutaciones,
00: 01: 33.22 como Cry1 y 2,
00: 01: 35.16 en el reloj SCN y un reloj periférico,
00: 01: 40.16 en este caso, este ejemplo muestra el pulmón.
00: 01: 44.02 Y entonces esto está usando esta imagen PER :: LUC
00: 01: 48.10 en un ratón de tipo salvaje
00: 01: 51.00 para el SCN y para el pulmón,
00: 01: 53.23 y lo que puedes ver es
00: 01: 58.00 ambos tejidos tienen ritmos muy agradables de PER :: LUCIFERASE,
00: 02: 01.08 pero si noqueamos a Per1 o Cry1,
00: 02: 06.06 esto conduce a una fuerte reducción
00: 02: 10.06 en el ritmo en el pulmón,
00: 02: 12.28 pero tiene muy poco efecto
00: 02: 15.08 en el núcleo supraquiasmático.
00: 02: 17.23 En el núcleo supraquiasmático,
00: 02: 20.03 tenemos que hacer el doble nocaut,
00: 02: 21.14 como hicimos para el comportamiento de Cry1 y Cry2.
00: 02: 24.14 Esto, por supuesto, también funciona en los pulmones,
00: 02: 27.21 pero en tejidos periféricos
00: 02: 30.26 vemos una clara diferencia.
00: 02: 33.19 No es cualquier gen Cry
00: 02: 35.20 que tiene este efecto,
00: 02: 37.04 así que, por ejemplo, Cry1
00: 02: 39.12 conduce a esta pérdida de fenotipo de ritmo,
00: 02: 41.05 se muestra aquí,
00: 02: 42.17 pero Cry2 no lo hace.
00: 02: 44.08 Lo mismo ocurre con Per1 y Per3.
00: 02: 47.02 Entonces, claramente hay alguna diferencia
00: 02: 49.19 en los genes Per y Cry,
00: 02: 51.15 y cierta especificidad en su papel en el sistema de reloj.
00: 02: 56.24 Entonces, para investigar esto más a fondo,
00: 03: 00.05 luego preguntamos,
00: 03: 02.16 ¿Qué efecto tienen estas mutaciones?
00: 03: 04.25 en ritmo unicelular?
00: 03: 07.19 Así que ahora son grabaciones de una sola celda
00: 03: 09.29 de fibroblastos o
00: 03: 14.18 neuronas SCN aisladas, disociadas.
00: 03: 17.10 ¿Está bien?
00: 03: 19.02 Y lo que encontramos es un resultado muy interesante,
00: 03: 21.15 y es que las mutaciones genéticas Cry1 y Per1
00: 03: 26.10 tienen el mismo efecto en un fibroblasto
00: 03: 30.08 como lo hacen en la neurona SCN,
00: 03: 33.13 y esto es sorprendente porque pensamos antes
00: 03: 36.05 que quizás el SCN podría ser diferente,
00: 03: 38.09 podría ser más robusto.
00: 03: 40.17 Y como recordarás,
00: 03: 42.09 en la diapositiva anterior
00: 03: 44.11 Les mostré que el SCN
00: 03: 46.04 era resistente a estas mutaciones,
00: 03: 47.28 pero eso es porque
00: 03: 50.14 en ese experimento el propio SCN
00: 03: 54.07 estaba algo intacto,
00: 03: 56.16 estaba en un corte organotípico,
00: 04: 00.04 donde la organización del SCN sigue intacta,
00: 04: 04.04 en comparación con
00: 04: 06.27 neuronas SCN físicamente disociadas.
00: 04: 08.13 Entonces, aquí hay un experimento
00: 04: 12.16 en el que el SCN en un segmento
00: 04: 17.03 se compara con neuronas disociadas SCN,
00: 04: 21.00 mirando el efecto del nocaut de Cry2.
00: 04: 24.10 Entonces, en la parte inferior se muestran
00: 04: 26.23 representaciones de mapas de calor
00: 04: 28.12 de grabaciones unicelulares de neuronas SCN,
00: 04: 32.29 alrededor de 20 celdas en cada caso,
00: 04: 34.28 y lo que puede ver es en las neuronas SCN knockout Cry2,
00: 04: 40.09 las celdas son coherentes y sincronizadas,
00: 04: 45.18 como lo indican las franjas rojas y verdes,
00: 04: 50.15 pero en neuronas SCN disociadas,
00: 04: 52.23 cada una de las celdas puede generar
00: 04: 54.22 ritmos circadianos intactos,
00: 04: 56.17 pero ya no están acoplados,
00: 04: 58.16 y así el patrón se fragmenta.
00: 05: 02.06 Por el contrario, en las neuronas SCN knockout Cry1,
00: 05: 07.12 vemos que en el SCN intacto,
00: 05: 09.24 ritmos se generan y son coherentes,
00: 05: 14.07 pero cuando disociamos las células
00: 05: 16.17 las celdas SCN ya no pueden
00: 05: 19.05 generan fuertes ritmos circadianos,
00: 05: 21.14 y en el nivel autónomo de la celda
00: 05: 23.13 los ritmos se interrumpen.
00: 05: 25.13 Entonces, estos experimentos genéticos
00: 05: 27.20 realmente han descubierto
00: 05: 30.07 un nuevo papel para el núcleo supraquiasmático,
00: 05: 35.28 y eso es poder integrar la información
00: 05: 39.21 de muchas celdas.
00: 05: 40.26 Y lo que vimos en estos experimentos genéticos
00: 05: 45.25 es que la mutación Cry1
00: 05: 48.14 podría conducir a una pérdida de ritmo
00: 05: 50.23 en el nivel autónomo de celda,
00: 05: 53.19 que luego se reflejó en los tejidos periféricos,
00: 05: 58.04 pero en contraste con las neuronas Cry2,
00: 06: 02.17 que tienen ritmos intactos,
00: 06: 05.04 entonces no tuvo ningún efecto
00: 06: 08.14 en tejidos periféricos.
00: 06: 10.20 Por el contrario, en el tejido del núcleo supraquiasmático,
00: 06: 14.18 encontramos un resultado muy interesante,
00: 06: 17.10 donde el defecto autónomo de la celda
00: 06: 20.07 realmente puede ser rescatado
00: 06: 22.25 por la red SCN.
00: 06: 24.10 Curiosamente, porque el SCN
00: 06: 26.29 luego regula el comportamiento circadiano,
00: 06: 29.26 podemos ver que a nivel de comportamiento
00: 06: 33.21 el mutante Cry1 también es rescatado.
00: 06: 38.27 Y creo que estos experimentos
00: 06: 40.21 son importantes por varias razones.
00: 06: 42.07 Una es que muestra que
00: 06: 47.00 el comportamiento circadiano es realmente
00: 06: 50.14 no es un reflejo directo del oscilador autónomo de la celda
00: 06: 55.26 información a nivel autónomo de celda
00: 06: 57.18 puede ser transformado por la red SCN
00: 07: 01.20 para rescatar esa función,
00: 07: 04.22 que a su vez rescata el comportamiento circadiano.
00: 07: 08.17 Por otro lado,
00: 07: 10.09 a otro nivel,
00: 07: 11.21 si estuviéramos interesados ​​en el rol específico
00: 07: 14.01 de, digamos, Cry1 o Cry2,
00: 07: 15.29 luego tratando de interpretar
00: 07: 19.11 el papel de Cry1 y Cry2
00: 07: 21.07 puramente sobre la base del comportamiento
00: 07: 23.19 puede ser engañoso,
00: 07: 25.20 porque vemos esto muy
00: 07: 28.12 defecto de célula autónoma diferente
00: 07: 30.16 al nivel de Cry1 y Cry2.
00: 07: 33.07 Y si estamos tratando de entender
00: 07: 35.26 la función bioquímica de Cry1,
00: 07: 38.08 entonces podría tener más sentido, por ejemplo,
00: 07: 43.00 para estudiar el reloj autónomo de la célula,
00: 07: 45.08 en lugar del SCN o del reloj de comportamiento.
00: 07: 50.26 Entonces, volviendo a la organización
00: 07: 53.13 de ritmos circadianos,
00: 07: 55.17 ¿cómo es que los ritmos
00: 07: 58.16 están realmente sincronizados y orquestados
00: 08: 01.21 en todo el organismo?
00: 08: 04.26 Entonces, sabemos que el SCN
00: 08: 07.01 realmente todavía está a cargo.
00: 08: 08.19 Por ejemplo,
00: 08: 10.01 en estos experimentos que se muestran a la izquierda.
00: 08: 12.10 estos son registros de ratones de control,
00: 08: 15.00 y luego en la parte inferior
00: 08: 16.29 son registros de ratones con lesiones SCN.
00: 08: 19.26 ¿Qué hace la lesión SCN?
00: 08: 21.29 es interrumpir el ritmo conductual,
00: 08: 25.17 y con registro PER :: LUC de tejidos periféricos,
00: 08: 28.29 luego podemos preguntar,
00: 08: 30.24 ¿cuál es el efecto de la lesión del SCN?
00: 08: 33.08 del reloj central
00: 08: 35.00 en ritmos periféricos?
00: 08: 36.26 Y así se muestra aquí
00: 08: 40.27 son trazados PER :: LUCIFERASE de la pituitaria,
00: 08: 43.19 un oscilador periférico,
00: 08: 46.28 y en ratones intactos
00: 08: 51.06 los ritmos de la glándula pituitaria
00: 08: 53.03 son en realidad muy normales
00: 08: 56.11 en ciclos de luz-oscuridad o en oscuridad constante.
00: 09: 01.06 Pero cuando lesionamos el núcleo supraquiasmático,
00: 09: 03.28 lo que encontramos es que
00: 09: 07.22 los tejidos periféricos se desincronizan,
00: 09: 11.14 así que cuando comparamos los ritmos periféricos
00: 09: 13.25 de diferentes ratones,
00: 09: 15.10 vemos que han adoptado diferentes fases.
00: 09: 18.07 Cada mouse tiene una fase ligeramente diferente
00: 09: 21.22 por su pituitaria y otros tejidos periféricos.
00: 09: 27.00 Entonces, curiosamente,
00: 09: 29.12 el SCN no es necesario para mantener los ritmos
00: 09: 32.23 en tejidos periféricos,
00: 09: 34.12 pero juega un papel
00: 09: 36.28 en sincronizar o coordinar esos ritmos.
00: 09: 41.01 Entonces, ¿cómo es que el SCN
00: 09: 44.14 ¿realmente comunica esta información?
00: 09: 47.20 Entonces, conocemos esa luz
00: 09: 49.07 es uno de los principales
00: 09: 51.15 entradas al cerebro y al SCN,
00: 09: 54.05 que luego controla muchos comportamientos,
00: 09: 56.18 como los ciclos de alimentación y sueño-vigilia,
00: 09: 59.07 pero el trabajo reciente también ha demostrado
00: 10: 01.24 un papel muy importante para
00: 10: 05.08 ciclos y señales nutricionales,
00: 10: 07.08 así como el comportamiento de alimentación,
00: 10: 10.03 particularmente para regular los tejidos periféricos
00: 10: 14.16 como el hígado.
00: 10: 18.27 Ahora, para abordar realmente esto,
00: 10: 22.05 hemos vuelto y examinado
00: 10: 24.14 una segunda señal ambiental,
00: 10: 26.09 y eso es temperatura.
00: 10: 28.08 Entonces, en casi todos los organismos
00: 10: 32.06 viviendo en el mundo libre,
00: 10: 34.26 la luz y la temperatura sincronizan ambos relojes,
00: 10: 39.20 y temperatura
00: 10: 42.22 está involucrado tanto en el arrastre,
00: 10: 44.19 o sincronización de ritmos,
00: 10: 46.00 pero también hay una característica interesante de los ritmos
00: 10: 50.03 llamada compensación de temperatura,
00: 10: 51.23 y es que el período del ritmo
00: 10: 54.15 es resistente a cambios drásticos de temperatura,
00: 10: 59.06 por lo que el período se compensa realmente
00: 11: 02.07 contra las fluctuaciones de temperatura.
00: 11: 06.24 Ahora, los mamíferos son en realidad un poco inusuales.
00: 11: 09.12 Entonces, este es un registro de un mouse,
00: 11: 11.16 es un registro de actividad muy largo,
00: 11: 14.20 y en la parte superior el mouse
00: 11: 17.18 está a temperatura constante,
00: 11: 19.02 pero está expuesto a un ciclo de luz
00: 11: 20.13 que sincroniza su ritmo, que se muestra aquí.
00: 11: 23.06 Se adentra en la oscuridad en este punto
00: 11: 25.02 y luego, al final de este registro,
00: 11: 27.15 se muestra en la barra gris,
00: 11: 29.24 es un ciclo de temperatura
00: 11: 32.20 de aproximadamente 24-32 ° C,
00: 11: 37.06 y lo que puedes ver es que
00: 11: 39.15 este ciclo de temperatura
00: 11: 42.12 puede sincronizar el ritmo de forma transitoria,
00: 11: 45.13 pero no es muy fuerte,
00: 11: 47.01 así que con el tiempo el ritmo de actividad
00: 11: 50.29 escapa y corre libres.
00: 11: 52.14 Entonces, en los mamíferos, la temperatura es
00: 11: 56.12 tipo de señal de arrastre débil
00: 11: 58.19 para ritmos circadianos
00: 12: 00.26 a nivel de todo el organismo.
00: 12: 03.01 Pero curiosamente, los ratones, como en los humanos,
00: 12: 07.14 tienen un ritmo circadiano de temperatura corporal muy dramático,
00: 12: 10.23 y este es un registro de temperatura
00: 12: 13.14 desde un mouse durante un período de diez días,
00: 12: 16.16 y lo que puedes ver es la temperatura corporal
00: 12: 19.02 fluctúa desde aproximadamente 36 ° C
00: 12: 21.18 como mínimo
00: 12: 23.08 a aproximadamente 38.5 ° C en el pico,
00: 12: 25.25 cada día.
00: 12: 27.25 Y entonces Ethan Buhr preguntó,
00: 12: 31.13 ¿Puede este cambio sutil de temperatura, 2.5 ° C,
00: 12: 36.22 perturbar o arrastrar
00: 12: 39.16 ¿la fase de los relojes en la periferia?
00: 12: 42.07 Entonces, esta es una grabación PER :: LUC
00: 12: 45.11 a partir de muestras de tejido hepático,
00: 12: 48.07 y en este punto se les dio
00: 12: 52.03 un pulso de temperatura de solo 2.5 ° C
00: 12: 55.07 durante seis horas al hígado,
00: 12: 58.09 se muestra en el trazo rojo,
00: 13: 00.09 y en el trazo azul hay otra muestra de hígado
00: 13: 04.00 que se manejó de la misma manera,
00: 13: 05.26 pero no recibió el cambio de temperatura,
00: 13: 08.24 y lo que puedes ver es, después de este tratamiento,
00: 13: 12.07 el hígado expuesto a este pulso de temperatura
00: 13: 15.26 se retrasa.
00: 13: 17.24 Se cambia la fase.
00: 13: 20.10 Y si hacemos este experimento sistemáticamente,
00: 13: 23.04 damos un pulso de temperatura
00: 13: 26.05 en todo momento del ciclo,
00: 13: 28.02 que se muestra en el eje x de este gráfico.
00: 13: 30.26 este es un gráfico llamado curva de transición de fase,
00: 13: 33.27 traza la fase del ritmo en el eje x
00: 13: 38.26 y luego la nueva fase del ritmo en el eje y.
00: 13: 43.01 ¿Está bien?
00: 13: 45.15 Entonces, si tuvieras que dar
00: 13: 50.22 un estímulo que no tuvo ningún efecto,
00: 13: 53.08 luego la fase antigua y la nueva fase
00: 13: 56.07 sería lo mismo,
00: 13: 58.19 y todos los puntos de datos estarían en esta línea de 45 °,
00: 14: 03.20 donde están los puntos azules.
00: 14: 05.06 Esos son los controles de manipulación.
00: 14: 07.26 Puede ver que no tienen ningún efecto.
00: 14: 10.10 Pero la temperatura tiene un efecto de reinicio muy fuerte,
00: 14: 13.17 esos datos se muestran en puntos rojos.
00: 14: 15.26 Se reinician en casi cualquier momento del día
00: 14: 20.03 a un nuevo conjunto de fases,
00: 14: 22.27 ¿de acuerdo?
00: 14: 24.00 Y estos datos tienen una pendiente horizontal,
00: 14: 29.04 una pendiente de 0.
00: 14: 31.02 Esto se llama restablecimiento fuerte.
00: 14: 34.02 También se llama restablecimiento de tipo 0,
00: 14: 36.08 porque la pendiente es 0,
00: 14: 38.04 a diferencia del reinicio de tipo 1,
00: 14: 40.06 una pendiente de 1,
00: 14: 41.16 que es un reinicio débil.
00: 14: 43.10 Entonces, la temperatura resulta ser
00: 14: 46.00 una señal muy fuerte para relojes periféricos
00: 14: 49.28 como los que se encuentran en el hígado.
00:14: 53.04 Y entonces, este es otro conjunto de experimentos,
00:14: 56.26 en este caso, la glándula pituitaria.
00: 15: 00.11 Los puntos azules y rojos ahora
00: 15: 02.17 indican pulsos de temperatura de diferente duración.
00: 15: 05.12 Los puntos azules son pulsos de temperatura de 1 hora
00: 15: 08.08 y los puntos rojos son pulsos de temperatura de seis horas,
00: 15: 11.01 como vimos antes.
00: 15: 12.25 Y como podemos ver aquí,
00: 15: 15.05 la pituitaria muestra un fuerte restablecimiento
00: 15: 18.15 la pendiente de estos datos es 0.
00: 15: 21.03 ¿Está bien?
00: 15: 22.08 Pero sorprendentemente,
00: 15: 24.06 cuando miramos el núcleo supraquiasmático
00: 15: 26.29 en el mismo tipo de condiciones,
00: 15: 30.04 esos datos son todos de tipo 1,
00: 15: 34.04 o restablecimiento muy débil,
00: 15: 36.07 para que el SCN sea resistente
00: 15: 38.26 a pulsos de reinicio de temperatura.
00: 15: 43.25 Entonces, preguntamos,
00: 15: 48.09 ¿Puede el perfil de temperatura corporal en un ratón
00: 15: 51.08 ¿actuar para sincronizar los ritmos en los tejidos periféricos?
00: 15: 55.00 Entonces, esto le muestra el perfil promedio
00: 15: 58.25 medido con un mouse durante un día,
00: 16: 03.28 y lo que hizo Ethan Buhr
00: 16: 06.15 fue programar este perfil de temperatura
00: 16: 09.15 en una incubadora
00: 16: 13.21 y exponer diferentes tejidos periféricos
00: 16: 16.03 a estos ciclos.
00: 16: 17.15 Entonces, los ciclos azules
00: 16: 19.21 indican una fase
00: 16: 21.18 y los ciclos rojos indican
00: 16: 23.20 un ciclo de temperatura que se ha cambiado
00: 16: 25.22 a la fase opuesta.
00: 16: 27.27 Y en estos dos ejemplos que se muestran aquí,
00: 16: 29.23 estas son glándulas pituitarias
00: 16: 31.25 que fueron expuestos a tres ciclos
00: 16: 33.19 a estos ciclos de temperatura.
00: 16: 35.24 El trazo rojo indica
00: 16: 38.07 la fase del ritmo hipofisario
00: 16: 40.08 expuestos a los ciclos de temperatura rojos,
00: 16: 43.00 y el rastro azul
00: 16: 44.29 indica la fase del ritmo
00: 16: 47.26 en una glándula pituitaria expuesta
00: 16: 50.08 a los ciclos de temperatura azul.
00: 16: 51.10 Y lo que puedes ver es
00: 16: 53.29 los dos conjuntos de pituitarias
00: 16: 56.17 están desfasados,
00: 16: 58.20 y coinciden con la fase del ciclo de temperatura.
00: 17: 01.03 Eso significa que el ciclo de temperatura
00: 17: 03.20 restablecer la fase,
00: 17: 05.25 dentro de tres días,
00: 17: 07.26 tanto de la glándula pituitaria como del pulmón,
00: 17: 10.24 en este caso en esa parte inferior.
00: 17: 13.01 Entonces, la variación muy sutil de la temperatura corporal
00: 17: 16.19 en el mouse
00: 17: 18.13 es una señal muy fuerte
00: 17: 20.07 y puede restablecer completamente los osciladores
00: 17: 23.06 en diferentes órganos.
00: 17: 25.07 Está bien.
00:17: 26.22 Entonces, lo que me gustaría hacer ahora es
00: 17: 29.02 para volver al SCN y preguntar,
00: 17: 31.09 ¿por qué es que el SCN
00:17:33 ¿Es diferente de un tejido periférico?
00: 17: 36.24 ¿Por qué es resistente a la temperatura?
00: 17: 40.01 Y como vimos en el caso de
00: 17: 42.00 esos experimentos genéticos antes,
00: 17: 43.14 acoplamiento en el SCN
00: 17: 46.13 podría ser un factor importante.
00: 17: 48.25 Y entonces podemos usar una droga
00: 17: 51.27 llamada tetrodotoxina, o TTX,
00: 17: 54.21 que bloquea los potenciales de acción dependientes del sodio
00: 17: 58.12 en el núcleo supraquiasmático,
00: 18: 00.26 y se puede desacoplar o desincronizar
00: 18: 03.21 las neuronas del SCN.
00: 18: 05.17 Entonces, este panel de la izquierda
00: 18: 08.10 muestra grabaciones de células individuales de neuronas SCN,
00: 18: 12.14 indicado en mapas de calor [rojo / verde],
00: 18: 16.15 que fueron tratados con tetrodotoxina,
00: 18: 18.28 y lo que sucede es, a nivel de celda única,
00:18: 21.09 esas neuronas comienzan a desincronizarse.
00: 18: 24.12 Y cuando damos un pulso de temperatura,
00: 18: 26.13 increíblemente,
00: 18: 28.22 ahora el SCN se vuelve sensible a la temperatura.
00: 18: 31.11 Entonces, en la parte superior se muestra esto
00: 18: 34.18 rodajas de SCN no tratadas con tetrodotoxina
00: 18: 37.21 - son resistentes, tienen reinicio tipo 1 -
00: 18: 40.22 y en la parte inferior
00: 18: 43.01 son rodajas de SCN tratadas con tetrodotoxina.
00: 18: 46.05 Solo esa única manipulación sola
00: 18: 48.13 luego convierte la sensibilidad a la temperatura
00: 18: 51.02 al reinicio de tipo 0, o reinicio muy fuerte,
00: 18: 55.01 como un tejido periférico.
00: 18: 57.08 Entonces, esto sugiere que realmente es el acoplamiento
00: 19: 00.09 dentro del SCN
00: 19: 02.15 eso lo hace más robusto
00: 19: 04.11 y más resistente al restablecimiento de la temperatura,
00: 19: 06.22 y también lo hace diferente de un tejido periférico.
00: 19: 12.23 Ahora, curiosamente,
00: 19: 14.09 el SCN tiene dos subdivisiones principales.
00: 19: 17.19 Uno se llama ventrolateral o VL
00: 19: 20.01 y el otro se llama dorsomedial (DM),
00: 19: 23.10 y puedes hacer un experimento muy simple
00: 19: 26.01 y transeccione el SCN
00: 19: 29.12 para separar las regiones dorsal y ventral del núcleo,
00: 19: 33.29 como se muestra aquí.
00:19: 35.12 Cuando cultivas esos dos
00: 19: 38.05 mitades del SCN, ambos tienen ritmos,
00: 19: 41.12 pero increíblemente ahora tienen fuertes,
00: 19: 45.01 o reinicio tipo 0.
00: 19: 47.07 Por el contrario, si cortáramos el SCN
00: 19: 50.15 por la línea media,
00: 19: 52.26 tanto el SCN derecho como el izquierdo, por supuesto,
00: 19: 54.23 todavía tengo ritmos,
00: 19: 56.22 pero en este caso siguen siendo robustos,
00: 20: 00.29 o resistente a la temperatura.
00: 20: 03.22 Entonces, este experimento muy simple
00: 20: 05.21 sugiere que hay un camino
00: 20: 07.28 entre el SCN ventrolateral y dorsomedial
00: 20: 11.05 que confiere este tipo de resistencia a la temperatura,
00: 20: 15.24 nuevamente sugiriendo que el acoplamiento
00: 20: 18.04 es realmente importante dentro del núcleo
00: 20: 21.02 para hacerlo robusto.
00: 20: 24.15 Entonces, ¿qué es lo que detecta la temperatura?
00: 20: 27.20 Y así, en experimentos del laboratorio de Ueli Schibler,
00: 20: 32.13 donde se proyectaron
00: 20: 35.07 diferentes factores de transcripción en el hígado
00: 20: 37.19 para patrones de expresión circadiana,
00: 20: 40.09 uno de los factores de transcripción más robustos que encontraron
00: 20: 44.17 fue HSF1.
00: 20: 46.15 Entonces, esto es una mancha occidental
00: 20: 48.19 mostrando la cantidad de proteína HSF
00: 20: 53.16 en el núcleo de las células del hígado
00: 20: 56.06 durante la hora del día,
00: 20: 57.20 y lo que puedes ver es que durante el día
00: 21: 00.08 virtualmente no hay HSF en el núcleo,
00: 21: 02.29 y luego por la noche HSF1 es muy abundante,
00: 21: 06.25 por lo que esto conduce a un patrón muy fuerte de HSF1
00: 21: 10.21 en el núcleo de las células del hígado.
00: 21: 16.28 Y así, para probar
00: 21: 20.04 si HSF1 podría estar involucrado
00: 21: 22.20 en sensor de temperatura para reiniciar el reloj,
00:21: 27.25 usamos un inhibidor de HSF1 llamado KNK437.
00: 21: 34.01 Este inhibidor puede
00:21: 37.01 bloquea la respuesta de choque térmico en las células.
00: 21: 40.23 Esta es la respuesta de HSP72 a la temperatura.
00: 21: 44.17 En presencia de drogas,
00:21: 46.20 esto está fuertemente bloqueado.
00: 21: 49.11 Y cuando aplicamos este inhibidor para HSF1
00: 21: 53.15 a diferentes tejidos periféricos,
00: 21: 55.12 como el pulmón,
00: 21: 57.11 como pulso durante una hora,
00: 22: 00.04 encontramos que causa
00: 22: 02.04 reinicio muy fuerte del reloj,
00: 22: 05.26 pero curiosamente la fase de esa curva de reinicio
00:22: 09.21 es un poco diferente de lo que vimos con la temperatura.
00: 22: 12.26 Entonces, en el gris
00: 22: 16.11 se muestran los pulsos de temperatura
00: 22: 18.17 que vimos antes para los aumentos de temperatura.
00: 22: 23.01 En azul claro se muestran
00: 22: 26.16 restableciendo curvas para pulsos "fríos",
00: 22: 30.21 una reducción de la temperatura.
00:22: 33.23 Esto también cambia el reloj de manera muy efectiva.
00:22: 35.25 y, curiosamente,
00: 22: 37.19 KNK y pulsos fríos
00:22: 40.07 tienen el mismo tipo de efecto en el reloj.
00:22: 43.07 Esto sugiere que la inhibición de HSF1
00: 22: 46.23 imita una reducción de temperatura,
00: 22: 49.00 y esto es consistente con la idea,
00: 22: 51.17 porque la temperatura normalmente aumenta HSF1.
00: 22: 55.12 Un descenso de la temperatura reduciría HSF1,
00: 22: 59.18 como lo haría la inhibición de HSF1.
00: 23: 02.09 Y entonces pensamos que esto es evidencia
00: 23: 07.01 que HSF1, en parte,
00: 23: 08.27 puede mediar los efectos de ambos
00: 23: 11.06 pulsos fríos y cálidos
00: 23: 14.06 en el restablecimiento de los tejidos periféricos.
00: 23: 16.11 Ahora, HSF1
00:23: 20.05 ¿median pulsos de temperatura?
00:23: 21.16 Y podemos hacer esa pregunta
00:23: 23.13 haciendo un experimento de bloqueo.
00: 23: 25.00 Podemos preguntar, si bloqueamos
00: 23: 27.07 el aumento de HSF1 con KNK437,
00: 23: 31.08 esto bloqueará el cambio de temperatura,
00:23: 34.02 y este es un experimento que se muestra aquí arriba.
00: 23: 37.08 La barra gris muestra el efecto de la temperatura
00: 23: 40.21 usando un control de vehículo,
00: 23: 42.25 así que la temperatura está dando un reinicio muy grande.
00: 23: 46.19 En esta misma fase,
00: 23: 48.23 podemos administrar la droga solos,
00: 23: 50.05 no causa ningún cambio en esta fase,
00: 23: 52.19 y luego la tercera condición
00: 23: 55.05 es la droga más el pulso de temperatura,
00:23: 56.17 y puedes ver que no hay cambio,
00: 23: 59.01 mostrando que KNK puede bloquear completamente
00: 24: 02.00 reinicio de temperatura.
00:24: 03.12 Así que esta es una evidencia muy fuerte de que
00: 24: 05.23 elevaciones HSF1
00: 24: 08.20 son necesarios para restablecer la temperatura
00: 24: 10.10 en tejidos periféricos.
00: 24: 13.14 Y también podemos hacer este experimento
00: 24: 15.20 de una manera más compleja
00: 24: 17.06 probando todas las fases del ciclo,
00:24: 19.16 y eso se muestra en estas curvas de reinicio.
00:24: 23.14 ¿Y qué es importante ver en estas curvas?
00: 24: 25.22 son los puntos grises
00: 24: 27.26 muestran el efecto de la temperatura por sí misma,
00: 24: 29.21 y luego los puntos naranja y rojo
00: 24: 31.22 mostrar el efecto de cualquiera de las drogas,
00: 24: 33.29 o fármaco más temperatura,
00: 24: 35.10 que son indistinguibles.
00: 24: 37.06 Y esto muestra que la droga es
00: 24: 40.03 bloqueando el efecto de la temperatura
00: 24: 41.22 en todas las fases del ciclo.
00:24: 44.00 Esto es, por supuesto, en un tejido periférico.
00:24: 47.20 Y finalmente,
00: 24: 49.26 curiosamente, el SCN,
00: 24: 51.13 que era resistente a la temperatura,
00: 24: 54.14 también es resistente al inhibidor de HSF1, KNK
00: 24: 59.17 - tiene una curva de reinicio de tipo 1
00: 25: 02.04 a la droga -
00: 25: 04.01 indicando además que
00: 25: 07.13 esta droga está actuando en la misma vía,
00: 25: 10.02 y que la red de acoplamiento SCN
00: 25: 13.02 puede interferir no solo con los pulsos de temperatura,
00: 25: 16.11 pero también interferencia HSF1.
00: 25: 21.27 Finalmente, la otra característica de la temperatura
00:25:25 12 fue este fenómeno que mencioné antes,
00: 25: 29.09 que se llama compensación de temperatura.
00: 25: 33.07 Y esta es una ilustración
00: 25: 35.12 de compensación de temperatura en el SCN
00: 25: 37.06 y en la pituitaria.
00: 25: 39.22 Si mide la duración del período
00: 25: 43.01 del ritmo, que se muestra aquí,
00: 25: 45.13 a diferentes temperaturas,
00: 25: 47.18 lo que vemos es el período
00: 25: 50.20 es muy similar.
00:25: 51.25 Y cuando calculamos el coeficiente de temperatura,
00: 25: 54.14 o Q10,
00: 25: 56.03 vemos que ese coeficiente está muy cerca de 1
00: 25: 58.25 - 0.97 en el caso de pituitaria
00: 26: 02.07 y 1.04 en el caso del SCN -
00: 26: 05.18 compensación de temperatura casi perfecta.
00: 26: 09.10 Pero si exponemos estos tejidos
00: 26: 12.14 al inhibidor de HSF1, KNK437,
00: 26: 16.10 vemos que los Q10 ahora
00: 26: 20.08 se sacan del rango circadiano
00:26: 21.23 y hacerse mucho más grande,
00: 26: 23.16 y puedes ver las curvas naranjas aquí
00: 26: 25.21 son un poco sesgados.
00: 26: 28.03 Finalmente, en azul, en el SCN,
00: 26: 31.22 podemos preguntar,
00: 26: 33.23 cual es el efecto del tratamiento
00: 26: 37.16 con tetrodotoxina
00:26: 39.22 y desacoplando la red?
00:26: 42.06 Y lo que encontramos es que
00: 26: 44.18 el Q10 sigue siendo el mismo, 1.06.
00:26: 47.28 Entonces, esta es una diferencia muy interesante.
00: 26: 49.20 Compensación de temperatura del período
00: 26: 51.27 no depende de la red SCN.
00:26: 54.27 Es una propiedad autónoma de la celda,
00: 26: 57.02 no solo de las células SCN,
00:26: 59.28 pero la hipófisis, los tejidos periféricos y los fibroblastos.
00: 27: 03.09 Pero la resistencia a la temperatura
00: 27: 06.22 es un fenómeno de la red
00: 27: 09.08 eso es característico del SCN
00:27: 11.16 y no tejidos periféricos.
00: 27: 15.03 Está bien.
00:27: 17.10 Así que este es un resumen general.
00: 27: 19.23 de nuestro entendimiento
00: 27: 21.27 del papel de la temperatura
00: 27: 24.18 como señal para reiniciar los relojes periféricos.
00: 27: 28.00 El núcleo supraquiasmático
00: 27: 30.08 genera un ritmo circadiano de temperatura corporal,
00: 27: 34.28 esta señal se propaga por todo el organismo,
00: 27: 39.23 y puede ser utilizado por
00:27: 41.25 muchos relojes periféricos diferentes,
00: 27: 44.00 y creemos que en estos relojes periféricos
00: 27: 46.29 HSF1 es una de las vías de señalización
00: 27: 50.25 para mediar esta información de temperatura
00:27: 53.05 para reiniciar esos relojes.
00:27: 56.04 Ahora, el propio SCN
00: 27: 58.22 es resistente a esta señal de temperatura corporal
00:28: 02.15 y en retrospectiva eso tiene sentido.
00: 28: 05.01 Si el SCN está estableciendo una señal de reinicio,
00: 28: 10.01 entonces puede que no sea una buena idea
00: 28: 12.15 para que sea sensible
00: 28: 14.01 a su propia señal de reinicio.
00:28: 15.12 Eso podría causar algún tipo de problemas de retroalimentación.
00:28: 19.01 Y pensamos que esa podría ser la razón,
00: 28: 22.06 o una de las razones,
00: 28: 24.12 que el SCN es realmente resistente a la temperatura,
00:28: 27.09 porque no tendría sentido
00: 28: 30.10 para estar prestando atención a su propia señal
00:28: 33.14 que está tratando de propagarse.
00:28: 36.10 Entonces, he intentado darte
00:28: 40.27 una especie de introducción a los genes del reloj,
00: 28: 44.13 celdas de reloj,
00: 28: 46.02 y circuitos de reloj
00: 28: 48.19 en el sistema circadiano,
00: 28: 50.24 y creo que en el campo de la neurociencia
00: 28: 55.07 estamos realmente en un momento muy emocionante hoy,
00:28: 58.25 porque las herramientas tanto de la genética como de la genómica
00: 29: 02.11 realmente nos permiten
00: 29: 05.07 para entender cómo
00:29: 08.01 El comportamiento y la fisiología están realmente regulados.
00:29: 10.14 Y podemos fácilmente
00: 29: 14.28 van desde los genes,
00: 29: 17.03 células, circuitos, comportamiento,
00: 29: 19.27 en el sistema circadiano,
00: 29: 22.28 donde tenemos,
00: 29: 24.15 correspondientemente en estos muchos niveles de organización,
00: 29: 26.19 genes de reloj, células de reloj, circuitos de reloj
00: 29: 29.19 en el SCN,
00:29: 31.21 que luego puede regular tanto la fisiología como el comportamiento.
00:29: 35.01 Y es un momento muy emocionante
00: 29: 37.24 porque ambos comportamientos normales
00: 29: 40.06 así como condiciones patológicas
00: 29: 43.10 podría estar regulado por este sistema.
00:29: 47.11 Entonces, me gustaría terminar aquí.
00: 29: 49.07 y agradezco a todos mis colegas
00: 29: 51.24 a lo largo de los muchos años
00:29: 53.26 quienes contribuyeron a todo este trabajo.
00:29: 55.21 Muchas gracias.


Ciencia del despertar

Andries Kalsbeek,. Eric Fliers, en Revista Internacional de Neurobiología, 2010

Despertar del sueño es un claro ejemplo de un evento para el que los relojes (biológicos) son de gran importancia. Revisaremos algunas de las principales vías que utiliza el reloj biológico de los mamíferos para garantizar un proceso de despertar eficiente y coordinado. Primero mostramos cómo este reloj impone la ritmicidad diaria en el eje hipotálamo-pituitario-adrenal (HPA), a través de proyecciones a neuronas neuroendocrinas dentro del hipotálamo. A continuación, demostramos cómo este reloj cerebral controla las concentraciones de glucosa en plasma, a través de proyecciones a neuronas preautonómicas simpáticas y parasimpáticas dentro del hipotálamo. Las neuronas de orexina en el hipotálamo lateral parecen ser un centro importante en esta red de control del despertar.