Capítulo 3: Ritmo circadiano

Introducción

¿Por qué estás despierto, mirando al techo? Son las 10:00 a.m. y te quedaste despierto toda la noche para estudiar para un examen, llegaste a tu clase de madrugada pensando en nada más que en lo rápido que podías volver a tu cama, completaste el examen a pesar del ocasional golpe de cabeza, luego corriste a casa para finalmente saltar a la cama (Figura 3.1). Sin embargo ahí estás, no solo teniendo flashbacks de las páginas del examen sino también criticándote por algo tonto que le dijiste a la persona que te gusta cuando salías del aula. En otras palabras... ¡estás completamente despierto! Puedes agradecer tu ritmo circadiano.

El ritmo circadiano y la presión del sueño no siempre están de acuerdo

Hay células cerebrales que impulsan a tu cuerpo a pasar por un ciclo de actividad de aproximadamente veinticuatro horas de duración. El ciclo es tu ritmo circadiano, y esas células cerebrales son como un reloj dentro de tu cuerpo. Casi todas las criaturas de la tierra tienen un ciclo similar; incluso las plantas y los insectos exhiben estos ritmos.

El Premio Nobel 2017 fue otorgado a investigadores que descubrieron cómo los genes en la mosca de la fruta crean un ritmo de actividad celular que es aproximadamente de veinticuatro horas. También aclararon cómo se utilizan mecanismos similares en las células humanas para crear nuestro reloj biológico. El reloj interno proporciona el tiempo diario para el sueño, la temperatura corporal, la presión arterial, la claridad mental, las deposiciones, las hormonas, el rendimiento atlético y más (Figura 3.2). Y si bien la luz y la oscuridad tienen un impacto significativo en este ritmo circadiano, el ciclo persistirá aunque una criatura esté en total oscuridad durante días.1

Tu cuerpo tiene otro proceso que controla si estás o no somnoliento: la presión del sueño, el impulso para dormir dependiendo de cuánto tiempo llevas despierto. Tu cerebro descompone el trifosfato de adenosina (ATP) para obtener energía (Figura 3.3). Esta reacción provoca una acumulación de adenosina. Cada hora que estás despierto, la adenosina se acumula, se une a los receptores de adenosina y activa las regiones del cerebro que promueven el sueño, mientras que al mismo tiempo, la adenosina inhibe las regiones cerebrales promotoras de alertas. A través de estas vías, la adenosina pone “presión” sobre el cerebro para que se vaya a dormir. Durante el sueño, la adenosina se descompondrá, reciclará y eliminará del cerebro, por lo que la presión de su sueño desciende a su punto más bajo durante el último minuto de su sueño. Luego con cada momento de vigilia, la presión del sueño continúa acumulándose, y el ciclo continúa.

Como probablemente adivinaste por nuestro escenario de toda la noche que te dejó despierto a las 10:00 a.m., el ritmo circadiano y la presión del sueño tienen una interacción. Al permanecer despierto toda la noche, la presión del sueño aumenta continuamente hasta que tenemos que luchar de corazón para mantenernos despiertos. Pero el ritmo circadiano impulsa al cerebro y al cuerpo a estar alerta a media mañana, aunque estemos privados de sueño. Probablemente también hayas experimentado esta ritmicidad circadiana en un día en el que, después de una noche de sueño perfectamente sano, te sientes bastante somnoliento alrededor de las 2:00 p.m. Este es el reloj interno de tu ritmo circadiano que te da la señal corporal saludable de que es la hora de la siesta (Figura 3.4).

¿Cuántas Horas Son en un Día?

En 1938, dos pioneros de la ciencia del sueño estaban tan intrigados por el ciclo sueño-vigilia que pasaron un mes 140 pies (más de 42 metros) bajo tierra en Mammoth Cave en Kentucky. No hubo luz exterior, y la temperatura se mantuvo en 54 grados Fahrenheit (12 grados Celsius) en la ana (hawaiana para “cueva”).

Uno de sus principales intereses era lo que ahora llamamos el período circadiano, el tiempo que lleva completar un ciclo del ritmo circadiano. En otras palabras, lejos de la influencia de la luz y otras señales que nos dicen cuándo comienza y termina un día, cuánto tiempo tardaría el cuerpo en pasar por un ciclo de sus ritmos biológicos naturales antes de comenzar de nuevo para el siguiente “día”. Estos investigadores de la Universidad de Chicago, el profesor Nathanial Kleitman y su alumno Bruce Richardson, registraron, entre otras cosas, fluctuaciones en la temperatura corporal, con la esperanza de conocer la conexión interna del cuerpo con el día de las veinticuatro horas (Figura 3.6). “Interno” en este caso se refiere a algo que conduciría el ciclo circadiano sin ninguna señal externa, como la luz del día. Según los ciclos de sueño-vigilia y las fluctuaciones de la temperatura corporal, encontraron que sus ritmos biológicos eran de hecho más largos, de una a cuatro horas, que las veinticuatro horas. Ahora sabemos que estaban en camino con esta conclusión, ya que dado un entorno no influenciado por señales externas como la luz, el periodo circadiano humano es de aproximadamente veinticuatro horas y quince minutos. Esto significa que salíamos a nuestros propios dispositivos, cada noche, nos dormíamos quince minutos después. Después de apenas ocho días de esto, en lugar de quedarse dormido a la medianoche y surgir a las 8:00 a.m., esos horarios cambiarían a las 2:00 a.m. y 10:00 a.m. El turno horario continuaría así para siempre. Eventualmente, te quedarías dormido al final de la tarde y despertarías varias horas antes del amanecer. Volveremos nuestra atención a la luz solar para explicar por qué nos salvamos de ese turno diario en nuestro horario.

Luz del sol, alondras y noctámbulos

Agradecidamente, la luz solar tiene una fuerte influencia en nuestro ritmo circadiano. La exposición a la luz por la mañana la sincroniza con el ciclo solar de nuestro planeta, recortando así esos quince minutos de nuestro periodo circadiano. Incluso la luz artificial, la actividad social, el ruido, la temperatura y los alimentos impactan nuestro reloj interno (Figura 3.7). Estas señales se llaman zeitgebers, del alemán para “dadores de tiempo”. Parte del éxito del trabajo de Kleitman y Richardson en la cueva se debió a que estaban alejados de los principales zeitgebers, por lo que pudieron experimentar lo que haría el reloj interno en ausencia de la mayoría de las influencias externas. Estar aislado de zeitgebers pone a una persona en un ambiente “libre de tiempo”. Desconocen la hora del día o de la noche o incluso cuántos días han pasado.

En las décadas posteriores a Kleitman y Richardson, los estudios del ritmo circadiano a menudo han enfatizado la importancia de los entornos libres de tiempo para fundamentar la teoría del reloj interno trabajando por sí solo. En algunos protocolos, los participantes masculinos son dirigidos a afeitarse la cara a intervalos variados por lo que su “sombra de las cinco en punto” no proporcionará ninguna pista sobre la hora del día o el número de días que pasan. A falta de este tipo de zeitgebers, numerosas investigaciones han verificado que nuestra señal de reloj se genera dentro de nosotros (endógena), pero ¿dónde está exactamente su centro de control?

Estudios en animales han demostrado que el núcleo supraquiasmático (SCN), una pequeña estructura en el cerebro, es necesario y suficiente para crear el ritmo circadiano (ver capítulo 2). Los científicos eliminaron el SCN de animales que previamente exhibían ritmos circadianos saludables, y su ritmicidad desapareció, sugiriendo que el SCN es necesario para generar el ritmo circadiano. Otro procedimiento consistió en trasplantar el SCN de un animal a otro. Los SCN de animales con periodos circadianos largos (más de veinticuatro horas) fueron trasplantados a animales con periodos circadianos cortos (menores de veinticuatro horas), y viceversa. En consecuencia, los ritmos circadianos de los animales cambiaron para alinearse con su nuevo SCN, lo que implica que el SCN es suficiente para generar ritmo circadiano. Pero el SCN es solo una estructura a lo largo del camino de las señales que mantiene al cuerpo en el ritmo de aproximadamente veinticuatro horas.

En la oscuridad, una señal del núcleo paraventricular del hipotálamo (PVH) activa una vía sinuosa hacia las células liberadoras de melatonina de la glándula pineal (Figuras 3.8 y 3.9). La señal viaja desde la PVH, hacia abajo a la región torácica superior de la médula espinal, a través del ganglio cervical superior (una pequeña bola de neuronas en el cuello), y finalmente hasta la glándula pineal, provocando que libere melatonina, que es una molécula que establece el ritmo circadiano que le dice a tu cerebro que es hora a dormir. Entonces, cuando la luz brilla en los ojos, una señal eléctrica viaja a lo largo del nervio óptico hasta el SCN, nuestro reloj interno, que también forma parte del hipotálamo. En presencia de luz, especialmente luz solar y luz azul, el SCN envía una señal al PVH e inhibe la vía productora de melatonina. Esto le permite a nuestro cerebro saber que es hora de estar despierto. Somos diurnos (activos durante el día), por lo que este camino nos mantiene alerta durante las horas diurnas. En un animal nocturno (activo por la noche), la vía de liberación/inhibición de melatonina es similar a la nuestra, excepto opuesta en un aspecto: la respuesta a la luz es inducir el sueño y la respuesta a la oscuridad es provocar alerta y actividad.

Dado que esta vía de alteración de la secreción de melatonina comienza con la luz que brilla en el ojo, puede ser sorprendente encontrar que algunas personas ciegas sí tienen su ritmo circadiano arrastrado a la luz solar. Es porque no todas las células de la retina, una capa de tejido que recubre el interior de la parte posterior del ojo, transmiten señales visuales: algunas células ganglionares transportan información de señales de luz de otras células retinianas al cerebro para procesar imágenes visuales. Pero otro tipo de célula ganglionar retiniana contiene melanopsina, un pigmento sensible a la luz, y además de responder a la luz ellas mismas, estas células llevan la información de la luz al SCN para el arrastre de luz de ritmo circadiano.

En otras palabras, existen diferentes tipos de células ganglionares retinianas, las cuales realizan diferentes funciones. Si la ceguera de una persona fue causada por algo que dejó funcionando las células ganglionares que contienen melanopsina, podrán mantener su ritmo circadiano sincronizado con el sol. Sin embargo, es importante que estos individuos usen gafas de sol oscuras a la luz del día porque no tendrán la constricción pupilar (la contracción de la pupila) que protegería su retina de los rayos dañinos del sol. Para algunas personas ciegas, sus células ganglionares que contienen melanopsina no funcionan, por lo que la luz solar no regula su ritmo circadiano y así luchan más por mantener un ritmo circadiano de veinticuatro horas. La Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos y la Agencia Europea de Medicamentos han aprobado un medicamento que activa los receptores de melatonina como tratamiento, y algunas investigaciones también sugieren que los suplementos de melatonina, cuando la dosificación y el tiempo son apropiados, mejoran la ritmicidad circadiana en personas ciegas.

En algunas partes del mundo con cortos periodos de luz diurna en invierno, las interrupciones del ritmo circadiano son comprensiblemente más comunes y a menudo se asocian con una mala calidad del sueño (Figura 3.10). Para complicar la situación se encuentra el trastorno afectivo estacional (TAE), un tipo de depresión que con mayor frecuencia comienza cuando el clima se vuelve más nublado (bloqueando el sol) y/o los periodos de luz diurna se acortan. Existen interacciones entre la vía del ritmo circadiano y las vías que implican la liberación de moléculas como la tiroides y la serotonina, que afectan el estado de ánimo. La asociación de la depresión con el sueño deficiente complica aún más el desafío del TAE. En estas regiones con días más oscuros, es útil incorporar diversas formas de fototerapia, entre ellas trabajar frente a cajas de luz e instalar luces de aula que simulen un brillante día primaveral al mediodía (Figura 3.11).

Independientemente de dónde vivan, algunas personas encuentran que su ritmo circadiano se desplaza naturalmente por lo que se duermen temprano en la tarde y se despiertan antes del amanecer. A estas personas a veces se les conoce como alondras (“gente de la mañana”), mientras que sus contrapartes, los noctámbulos (“gente nocturna”), se duermen después de la medianoche y se despiertan mucho más tarde en la mañana, tal vez hasta el mediodía (Figura 3.12). Se trata de dos cronotipos diferentes (una palabra que proviene de khronos, la palabra griega para el tiempo). Si bien a veces estos patrones de hora de dormir están relacionados con la edad, como la alondra anciana o el noctámbulo adolescente, el cronotipo también es un patrón de tiempo basado en genes para cuando una persona naturalmente siente sueño. El cronotipo genéticamente determinado suele persistir independientemente de la edad.

Alrededor del 40 por ciento de los humanos son alondras, alrededor del 30 por ciento son noctámbulos, y el 30 por ciento restante cae en el medio. Esta variación genética dentro de nuestra especie es bastante inconveniente en nuestro mundo moderno, que opera principalmente alrededor de una jornada laboral de nueve a cinco. Es especialmente difícil para los noctámbulos, que tienen que comenzar a enganchar su cerebro varias horas antes de que estén metabólicamente listos todas las mañanas. Es lamentable que nuestra sociedad no acomode diferentes cronotipos, especialmente considerando las consecuencias para la salud (aumento de enfermedades cardíacas, diabetes, trastornos cerebrales) y accidentes asociados con la alteración del ritmo circadiano natural de una persona. Considerando todo esto puede hacer que te preguntes por qué existen los diferentes cronotipos. Sin embargo, mirando a nuestros antepasados tribales, estos diferentes cronotipos tienen perfecto sentido evolutivo. Si es hora de que los miembros de la tribu duerman, el resultado más seguro en términos de evitar ataques durante el sueño sería tener unos cuantos miembros despiertos a altas horas de la noche y algunos alertados y funcionando antes del amanecer. Así las alondras y los búhos fueron los centinelas venerados (Figura 3.13). Esto no es mucho consuelo para los noctámbulos que tienen que tomar el autobús a las 6:30 a.m. para llegar a una clase de las 8:00 a.m., pero hay estrategias de afrontamiento. El capítulo 6 contiene una discusión sobre estos trastornos del ritmo circadiano, referidos como fase avanzada de sueño-vigilia (en alondras) y fase retrasada de sueño-vigilia (en noctámbulos). Los consejos para trabajar con cada uno de estos trastornos se encuentran en el capítulo 1, que también incluye detalles sobre la luz naranja versus azul (como la de una pantalla de computadora) y sus efectos sobre el ritmo circadiano.

Descarrilar el ritmo circadiano

Para los que no son alondras ni noctámbulos, todavía hay muchos retos para mantener el ritmo circadiano. Y desviarse del ritmo rotacional de la tierra y las horas de luz natural tiene un gran costo. Incluso un cambio una vez al año en los relojes puede ser mortal, como se ve en Estados Unidos con el aumento significativo de muertes por ataques cardíacos y accidentes el lunes después del inicio del horario de verano. Investigadores rusos también afirman que su país tuvo un enorme aumento en los ataques cardíacos y las tasas de suicidio ese día, y por esa razón, Rusia y muchos países están abandonando el turno de horario de verano. Pero si causa tanto daño, ¿por qué y por dónde empezó?

Este cambio de la hora del reloj —en Estados Unidos, adelantándolo una hora en marzo y luego regresando a la hora estándar en noviembre— se originó en diferentes períodos de la historia, e independientemente en muchos países por diversas razones. Por ejemplo, un entomólogo neozelandés a finales del siglo XIX quería más horas nocturnas para encontrar insectos, y los alemanes durante la Primera Guerra Mundial esperaban que ayudara a su esfuerzo bélico. Actualmente, sólo un poco más de un tercio de los países del mundo se involucran en esta práctica. Muchas naciones, basadas en la ciencia y como reflejo de su valor de salud, seguridad y productividad, están haciendo el movimiento para deshacerse de la práctica de cambiar el reloj.

Independientemente de la zona horaria, muchas personas tienen que vivir con un reloj diferente debido a sus horas de trabajo. Mientras que algunos tienen el lujo de una jornada laboral de 9:00 a.m. a 5:00 p.m., un trabajador por turnos puede tener que trabajar hasta la mitad de la noche (Figura 3.14). Aún más desafiante, algunos trabajadores por turnos tienen rotaciones semanales en sus turnos, desde el día hasta las noches y las mañanas. Un turno de noche podría ser de 5:00 p.m. a 1:00 a.m., con el turno matutino de 1:00 a.m. a 9:00 a.m. El trabajo por turnos está asociado con problemas de salud devastadores como el aumento de las tasas de trastornos cardiovasculares, depresión, diabetes y cáncer. La Organización Mundial de la Salud ha catalogado el trabajo por turnos como probable carcinógeno, ya que está asociado con el cáncer. Asisten que esto se debe al daño a la salud que conlleva interrumpir el ritmo circadiano.

Una de las recomendaciones para ayudar a los trabajadores por turnos es eliminar la rotación semanal entre turnos para que el cuerpo no tenga que experimentar el equivalente a viajar por ocho husos horarios cada semana y nunca asentarse en ningún ritmo circadiano. La ciencia indica que si la rotación es necesaria, los turnos deben girarse en sentido horario: del turno de día, al turno de noche, al turno matutino. Este movimiento, aunque no de la misma magnitud, va al menos en la misma dirección que nuestro ritmo circadiano interno, que es quince minutos más cada día, haciéndonos naturalmente querer ir a la cama y despertar cada día más tarde. El otro consejo es rotar cada tres semanas, no todas las semanas. Proteger los ojos de la luz solar y la luz azul con gafas tintadas en las dos horas antes de dormir también es útil para los trabajadores por turnos, especialmente aquellos que conducen a través de la luz solar brillante mientras regresan a casa para dormir muy necesitados.

El cambio de zona horaria experimentado con los viajes aéreos tiene algunas dificultades en común con el trabajo por turnos (Figura 3.15). Los científicos han demostrado cómo el jet lag puede causar problemas digestivos, irregularidades del ciclo menstrual, sentimientos de depresión y pensamientos brumosos. Dejado por sí solo, el SCN se ajusta a una nueva zona horaria solo una hora al día, así que, por suerte, existen varias estrategias efectivas de jet lag. Uno de los protocolos más sorprendentes es el ayuno para reiniciar nuestro reloj interno. Los estudios han demostrado que si un animal no está recibiendo suficiente comida, la luz pasa a un segundo plano como el zeitgeber más fuerte. El factor de conducción para el ritmo circadiano se convierte en el mejor momento para obtener comida. Consulte el capítulo 6 para conocer los enfoques para minimizar el jet lag.

El jet lag y los exigentes horarios laborales y escolares motivan a muchas personas a recurrir a la cafeína en un intento de prevenir el ritmo circadiano (Figura 3.16). Pero nosotros pagamos por ese impulso a corto plazo. La actividad de adenosina que crea la presión del sueño es interceptada por la cafeína, que bloquea los receptores de adenosina en el cerebro, por lo que no son capaces de activarse. La teobromina, un constituyente del chocolate, funciona de manera similar a la cafeína ya que también bloquea los receptores de adenosina. Tener los receptores de adenosina bloqueados, ya sea vía cafeína o teobromina, crea una ilusión a corto plazo de que no estamos somnolientos. Sin embargo, la adenosina aún se está acumulando a su ritmo normal. Entonces, cuando se descompone la cafeína (o teobromina) y los receptores de adenosina vuelven a estar disponibles, hay un nivel extra alto de adenosina en el cerebro, y la activación del receptor de adenosina es sustancial, provocando el choque típico experimentado varias horas después del consumo de cafeína. Para algunos, el siguiente paso es otra taza de café, continuando con el ciclo, que tendrá efectos desastrosos en el sueño esa noche. Dependiendo de factores como la edad y la genética, la cafeína se metaboliza a diferentes ritmos: puede tomar alrededor de treinta minutos para que la cafeína entre en acción, pero aún puede estar en el sistema de ocho a diez horas después.

Polifásico versus Bifásico

Si hay un grupo de personas con los recursos y voluntad de hackear el ritmo circadiano y reducir las horas de sueño necesarias, sería la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA). Cada hora que un astronauta está en el espacio es cara, y cada hora que duermen es una hora podrían estar trabajando (Figura 3.17). Sin embargo, incluso los científicos de la NASA no han descubierto una manera de sortear el hecho de que la mayoría de nosotros necesitamos alrededor de ocho horas de sueño y una siesta de diez minutos todos los días. Se trata de dormir bifásico: dos periodos de sueño cada veinticuatro horas. Los marineros en solitario también están interesados en encontrar una manera de dormir menos y seguir desempeñándose de manera óptima, ya que pueden estar en el mar durante días y deben mantener su velero seguro y en curso.

En consecuencia, Claudio Stampi, especialista en sueño y experto marinero alrededor del mundo, fue líder en el desarrollo del sueño polifásico para marineros, atletas y otros en situaciones extremas, incluido el espacio exterior. Una forma de sueño polifásico es tomar una siesta de treinta minutos cada cuatro horas, para un total de tres horas de sueño en un periodo de veinticuatro horas (Figura 3.18). No obstante, incluso el propio Stampi, un autoproclamado durmiente bifásico, tiene claro que el sueño polifásico es solo para eventos extremos y es una práctica poco saludable a largo plazo.

A pesar de ello, el concepto de ganar horas adicionales de vigilia cada día se volvió irresistible para los laicos, quienes lo ven como una forma de agregar potencialmente años de tiempo despierto a la vida de una persona. Sin embargo, con base en la investigación de la deuda del sueño, el daño a la salud causado por este horario de sueño probablemente le quitaría varios años a la vida de una persona y disminuiría la calidad de sus años de vida al disminuir la función cognitiva, disminuir el estado de ánimo, reducir las habilidades físicas y más. A pesar de la contradicción, la práctica ha despegado y ganado seguidores. Se trata de una mala interpretación desafortunada de la investigación de Stampi.

Otra probable mala interpretación relacionada con la investigación del ritmo circadiano es la noticia de un patrón de sueño pasado. En el pasado, pretende esta teoría, el horario era dormir varias horas por la noche, despertar a la medianoche por un par de horas y volver a dormir varias horas más. Algunos informaron que este es el patrón bifásico de sueño que todos estamos destinados a seguir. Esta práctica parecía originarse alrededor del siglo XVIII entre un grupo de europeos occidentales: después de dormir varias horas, se despertaban para cantar, tener relaciones sexuales, rezar o contar historias, luego terminaban el resto de su sueño hasta la mañana.

Si bien llegó a los titulares populares, la evidencia indica que esta fue una práctica aislada y que no hay justificación biológica para ello. El jurado está en: basado en el examen científico del ritmo circadiano humano a lo largo de las edades y en los tiempos actuales, efectivamente hemos evolucionado para ser durmientes bifásicos, es decir, durmiendo alrededor de ocho horas cada noche con una siesta de diez a veinte minutos por la tarde.