El Reloj Biológico y la Ovulación: Funcionamiento y Cronobiología
La cronobiología es una disciplina que estudia los eventos biológicos en relación con el tiempo. Esta ciencia explora cómo los ritmos biológicos se sincronizan con los ritmos geofísicos y cómo los relojes biológicos internos se ajustan a las señales del entorno externo. La cronobiología tiene bases moleculares y neurales. Se ha demostrado también que aproximadamente 7% de los genes controlados por el reloj biológico participan en la proliferación celular y la apoptosis.
En la década de 1950, se iniciaron los estudios científicos sobre la influencia estacional y los ritmos en los seres humanos, gracias a las observaciones de Colin Pittendrigh y Jürgen Aschoff. Posteriormente, se diseñaron estudios experimentales que ampliaron las bases de la cronobiología.
Esta disciplina estudia los ritmos biológicos en todos sus niveles de organización y explora problemas prácticos como los efectos del horario de verano o invierno, la variabilidad en análisis clínicos, problemas asociados al sueño y la dosificación y administración de fármacos en función de una ritmicidad biológica (horaria), por mencionar solo algunos ejemplos.
Características de los Ritmos Biológicos
La mayoría de los organismos presentan actividades biológicas repetitivas a lo largo del tiempo y con una periodicidad definida. De acuerdo a estas consideraciones, es factible que para competir y adaptarse de manera efectiva a cualquier entorno, la conducta y el comportamiento también deben seguir una secuencia rítmica. Si los ritmos biológicos fueran solamente respuestas a señales periódicas ambientales, desaparecerían cuando el organismo fuera sometido a condiciones ambientales no periódicas. Sin embargo, esto no es así ya que los ritmos biológicos son endógenos.
Un ritmo biológico se define entonces, como la ocurrencia de cualquier fenómeno dentro de un sistema biológico a intervalos más o menos regulares. Los ritmos deben ser generados por los denominados relojes biológicos, los cuales se localizan en el sistema nervioso central. Se entiende por reloj biológico una estructura interna responsable de generar una forma de oscilación biológica, con un periodo sincronizado con el de algún ciclo ambiental externo que proporciona indicios del tiempo. Esta sincronización, se da por la participación de "relojes externos" denominados zeitgebers o "dispensadores de tiempo", cuya función es precisamente, sincronizar la actividad cerebral y los ritmos endógenos con el medio ambiente circundante. El zeitgeber primario para los humanos es la luz.
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Clasificación de los Ritmos Biológicos
Existen diferentes clasificaciones de los ritmos biológicos; sin embargo, la más sencilla está en función de la duración o periodicidad de su ritmo:
- Circadiano (veinticuatro horas)
- Ultradianos (menos de veinticuatro horas, frecuencia alta)
- Infradianos (más de veinticuatro horas, frecuencia baja)
El ritmo circadiano más conocido es el de actividad/reposo. Como ritmos ultradianos encontramos un ejemplo en la conducta alimenticia, nivel de atención, conducta motora, diferentes fases del sueño, etc. Como ritmos infradianos tenemos, por ejemplo, la ovulación femenina y el estado emocional, por sólo citar algunos ejemplos.
Bases Neurales de los Ritmos Circadianos
Todo sistema circadiano debe tener, como mínimo, tres elementos:
- Una señal y vía para su sincronización con los cambios que se producen en su entorno. En mamíferos, incluyendo al ser humano, que tienen como principal zeitgeber la luz, la principal vía de entrada es la retino-hipotalámica.
- Un marcapaso o reloj biológico que genere la oscilación. El principal se ha localizado en el núcleo supraquiasmático (NSQ) del hipotálamo; sin embargo, también se han identificado relojes conocidos como osciladores periféricos, localizados en las células de diversos tejidos. En conjunto, todos estos relojes son sistemas capaces de generar un orden temporal en funciones como: el dormir y despertar, el descanso y la actividad, la temperatura corporal, la presión arterial, el gasto cardiaco, el consumo de oxígeno, el equilibrio de los fluidos y la secreción de glándulas endocrinas.
- Una estructura de salida o vía efectora por la que se hace evidente el ritmo. El NSQ envía información a diferentes núcleos del tálamo e hipotálamo, pero especialmente, al núcleo paraventricular desde el cual la información se transmite a la glándula pineal.
Bases Genéticas de los Relojes Circadianos
La capacidad de las células del NSQ para oscilar, depende de un sistema auto-sostenido en el que la expresión de ciertos genes es necesaria para formar una actividad rítmica circadiana. En el ser humano se han descrito al menos nueve genes reloj denominados: Per1, Per2, Per3, Cry1, Cry2, Clock, Bmal1, Caseín-kinasa Ie (CkIe) y Rev-Erb. El mecanismo molecular del reloj circadiano central y los osciladores circadianos periféricos, involucra la interacción de señales positivas y negativas que regulan la transcripción rítmica de los genes reloj.
La expresión de estos genes se regula por medio de dos asas de activación/represión transcripcional. El asa de señales positivas está controlada por los genes Clock y Bmal1, mientras que el asa negativa por los genes Per y Cry. Aparentemente existen dos rutas para la transmisión de la información circadiana al organismo; una neural y otra humoral. La primera se genera a través de los denominados genes controlados por el reloj (Clock Controlled Genes, CCG por sus siglas en inglés). La segunda ruta, es la transmisión de la información circadiana generada en el NSQ por vía neuroendocrina.
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Se ha demostrado que aproximadamente 7% de los genes controlados por el reloj participan en procesos celulares importantes, como la proliferación celular o la apoptosis. Entre estos genes se encuentran: el oncogén c-Myc, los genes supresores de tumores Trp53 y Gadd45, así como genes que codifican para caspasas, ciclinas y factores asociados a ubiquitinas.
El Ciclo Circadiano: Actividad Endocrina y Otras Funciones
Son varias las hormonas que se segregan al ritmo del ciclo sueño-vigilia, sin duda uno de los ritmos biológicos de tipo circadianos más representativos en el ser humano. La hormona de crecimiento por ejemplo, obedece a un ciclo secretorio, el cual es mayor durante las primeras fases del sueño. El ritmo secretorio de la prolactina, por el contrario aumenta a medida que avanza la noche. Para el caso de la tirotropina, su máxima liberación se registra recurrentemente durante la noche, al igual que las gonadotropinas.
El ritmo de ACTH-cortisol llega al acmé de concentración casi al final del sueño, es decir durante la madrugada, su ritmo circadiano a diferencia de las anteriores hormonas es inhibido por el comienzo del sueño. El ritmo de la melatonina está relacionado con el ciclo luz-obscuridad, el pico máximo de producción es durante la noche (obscuridad). Otra función que depende de una ritmicidad es la temperatura corporal, la cual está sincronizada con el ritmo del sueño, de manera que el punto más bajo de temperatura corporal tiene lugar aproximadamente entre las 3:00 y las 5:00 horas am.
El Reloj Biológico Femenino y la Fertilidad
El término "reloj biológico" en la mujer se refiere al momento más idóneo para lograr un embarazo. La edad reproductiva de la mujer es la encargada de definir su reloj biológico. Cada mujer nace con un número finito de óvulos que con el paso del tiempo se va reduciendo poco a poco. No obstante, la fertilidad de la mujer cae drásticamente a partir de los 35 años, reduciéndose así las posibilidades de concebir.
Las principales razones para retrasar el embarazo son: mejorar en su carrera profesional, aumentar su estabilidad económica, encontrar a la pareja idónea con la que crear una familia y querer disfrutar. Cabe destacar que el embarazo supone un estado fisiológico especial y, por tanto, es posible que ocurran complicaciones gestaciones. En concreto, aquellas mujeres que quedan embarazadas en edades avanzadas tienen más riesgo de sufrir hipertensión, sangrados uterinos, embarazos ectópicos e incluso abortos espontáneos.
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Congelar Óvulos para Detener el Reloj Biológico
Gracias a la vitrificación de ovocitos es posible detener el tiempo en los óvulos, de forma que independientemente de la edad de la mujer. Sus óvulos se mantienen en las mismas condiciones que en el momento que los congeló. Lo mejor es que la mujer criopreserve sus óvulos antes de los 30 años puesto que es la etapa de mayor reproductividad femenina.
Con la vitrificación ovocitaria se evita tener que recurrir en un futuro a la donación de óvulos, lo que supone un mayor gasto económico y además implica que la mujer no trasmite sus genes a su descendencia. Además de la vitrificación de ovocitos, existe también la alternativa de criopreservar embriones. De este modo, cuando se decida tener un bebé, los pacientes ya conocen las posibilidades de que tienen.
El Reloj Biológico en Hombres
Aunque tradicionalmente se ha asociado con las mujeres, los hombres también experimentan cambios en su fertilidad a lo largo del tiempo. Si bien estos cambios no son tan marcados, existe una variabilidad en la calidad y la cantidad de esperma a medida que envejecen. Los estudios han demostrado que los hombres mayores pueden experimentar una disminución en la motilidad y la morfología del esperma, lo que podría influir en la capacidad de concebir. Además, se ha relacionado la edad paterna avanzada con un mayor riesgo de ciertas condiciones de salud en la descendencia, como autismo y esquizofrenia.
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