Cronobiología, ritmos biológicos en animales

¿Qué es la cronobiología?

La cronobiología es la ciencia que estudia los ritmos biológicos, que resulta fundamental para el correcto funcionamiento de los animales, hasta el punto en que si estos desaparecieran, podría conducir a serios problemas o incluso la muerte de animales. Todas las funciones de nuestro cuerpo y las de los animales tienen unos cambios periódicos y constantes, que hacen que su cuerpo funcione como una maquinaria en la que si falla una pieza peligran todas las demás.

Estos cambios periódicos están orquestados por lo que podríamos llamar un “reloj” que marca el inicio y final de todos estos procesos y este reloj, a su vez, debe ajustarse continuamente. El proceso que ajusta este reloj es el fotoperiodo, es decir, las horas de luz y oscuridad que ocurren durante las 24 horas terrestres.

Esta situación puede ser comprobada de un modo fácil cuando se realizan viajes antemeridianos, es decir, cuando viajamos a una zona en la que la hora cambia respecto a nuestra rutina habitual, ya que sufrimos un malestar general denominado “jet lag” que puede durar varios días. Durante todos estos días, los distintos procesos del cuerpo están adaptándose y son resincronizados con este nuevo horario y rutina, hasta que no estén perfectamente coordinados, no se irá la sensación de malestar.

En animales, este fenómeno puede ser claramente ilustrado con el ciclo sueño/vigilia, en estos casos todo el mundo es capaz de observar si un animal es nocturno o diurno según su periodo de máxima actividad. Si a un animal nocturno, lo obligásemos a mantenerse despierto durante el día, sufrirá un estrés que puede conducirlo a la muerte.

Tiempo

Es una coordenada de referencia en el universo físico, que en un lugar determinado, permite ordenar la secuencia de suceso estableciendo un pasado, un presente y un futuro. Nuestra especie ha sido capaz de medir el tiempo con una absoluta precisión y eso les permitió adelantarse a los fenómenos naturales y prevenirlos.

Todos los organismos estudiados miden de alguna manera el paso del tiempo y la estimación del tiempo por los organismos es fundamental para su supervivencia.

Tiempo biológico

Es la base de los mecanismos encargados de coordinar las funciones orgánicas en el devenir temporal. Para medir el tiempo es necesario hacer usos de un fenómeno recurrente a intervalos regulares que permita la segmentación de su continuo (oscilador). La mayoría de los procesos bioquímicos, fisiológicos y conductuales están sujetos a variaciones periódicos, es decir, oscilan con regularidad.

Un ritmo es la variación regular de una función biológica en el curso del tiempo. El significado biológico es que predice la aparición de un estímulo ambiental y anticipa la respuesta correctiva adecuada (homeostasis predictiva).

Hay animales que organizan su periodo reproductor para que las crías tengan las máximas posibilidades de supervivencia, de modo que ha habido una programación. Otro ejemplo es la alteración estacional de la actividad melanogénica en caso de animales polares. La regulación hormonal en humanos también sigue ciclos circadianos, como el cortisol.

Una perturbación aleja la variable de un determinado valor y el sistema circadiano alertado por esa perturbación, produce una respuesta adaptativa a un tiempo más largo que a corto plazo (por ejemplo variación del fotoperiodo, el animal se empieza a preparar para la época de hibernación y cambia su comportamiento y metabolismo).

La homeostasis reactiva estudia las respuestas del organismo ante cambios en el medio ambiente. La homeostasis predictiva anticipa mecanismos que pueden preceder en fenómenos ambientales, para así facilitar la adaptación del organismo ante ellos.

El mantenimiento de la homeostasis es el resultado de una correcta reactividad ante distintos agentes estresantes internos o ambientales, una secuencia armónica de los ritmos en las funciones biológicas. El organismo tiene que cumplir con las distintas homeostasis de modo eficiente.

– Lavoisier mantenía variaciones diarias del peso corporal, ya que la retención de líquidos se produce de forma diaria a unas determinadas horas.

– Linneo y su reloj floral, en cuanto distintas especies de flores abrían y cerraban sus pétalos a ciertas horas del día.

– De Mairan: la mimosa cerraba sus hojas en la oscuridad. Se creyó relacionado con el fotoperiodo, pero sin embargo seguía el ciclo aun estando en un armario. Otros investigadores sostenían que tendría que haber un factor endógeno que regulase este fenómeno.

– Pittendrigh y Aschoff encontraron presencia de estructuras orgánicas que actuaban como relojes.

La idea de constancia, planteada por Bernard, parecía contradecirse con la de cambio rítmico. Lo que se regula es una variable fisiológica cíclica, es decir, solo dentro de unos márgenes de variación. Los ritmos circadianos se ajustan a 24 h que es lo que dura un día en la tierra.

Características

• Ubicuos.
• Endógenos.
• Carácter hereditario.
• Genéticamente determinados.
• Mecanismo básico de generación.

Terminología

Periodo: duración del ritmo. Será necesario de 6 a 8 medidas.
Frecuencia: ciclos por unidad de tiempo.

Mesor (m): valor medio de todos los valores adoptados a lo largo del ciclo.
Amplitud: diferencia entre el mesor y el valor máximo o mínimo de la variable.

Fase: valor que adopta la variable en un momento determinado.

Acrofase: momento temporal en relación a un punto horario de referencia en el que el parámetro alcanza su máximo valor.

La representación de las acrofases de los distintos ritmos de un organismo se denomina mapa de fases e indica la relación de orden temporal entre los distintos procesos fisiológicos, en el que aparece una secuencia característica.

Los parámetros pueden responder con diferente duración a un cambio de fase, Jet Lag. Muchas patologías lo que hacen es desorganizar el mapa temporal de modo que un mapa de fases correcto es una garantía de salud.

Rango de periodos en los ritmos

Son ritmos con periodos muy diferentes, en función de la frecuencia se clasifican en alta, media y baja.

– Cuando el periodo es inferir a media hora. Hay taus de una milésima de segundo.

– Entre media hora y 6 días. Los más estudiados son los ritmos circadianos (periodo =20 y 28 h). Podemos hablar de ritmos ultradianos (<20) e infradianos (> 28). Ritmos circamareales (12h). c

– Mayor de 6 días, puede llegar a 10, 20, 30 años en variaciones poblacionales. Apareamiento, migración, menstruación.

Los circadianos son la vigilia, temperatura corporal, cortisol, melatonina.

También se pueden clasificar según la dependencia de esos ritmos en:

Geodependientes: se correlacionan con cambios cíclicos del planeta. Mareales, lunares, diarios, etc. Se caracterizan por periodos muy estables y además son bastantes independientes de la temperatura y de los fármacos. Además, pueden ser sincronizados por factores ambientales. Normalmente surgen de estructuras anatómicas diferenciadas que son inmunes a temperatura y fármacos. Sin embargo, otros ritmos, como la frecuencia cardiaca sí que son alterados por la temperatura.

Geoindependietes: no se correlacionan con cambios periódicos del planeta y son todos los de alta frecuencia y los ultradianos. Son periodos muy lábiles y experimentan cambios muy rápidos de frecuencia. Son resultantes de la homeostasis reactiva y si son sensibles a temperatura y a fármacos.

Por poner algunos ejemplos, las ondas de electroencefalograma y en electrocardiograma son ejemplos de altas frecuencias.

Como circadianos, muchas hormonas que controlan la actividad diaria o el uso de energía, como puede ser el cortisol segregado en las cápsulas suprarrenales, que dosifican la energía usada durante el día en situación de tranquilidad. Otra muy representativa es la melatonina, que regula el ciclo de vigilia/sueño, segregándose solo cuando hay oscuridad y que empieza a escasear cuando llega la vejez, causando insomnio.

Un ritmo anual, es la depresión estacional o también las migraciones de ciertos animales, por ejemplo las mariposas.