Cronobiologia y salud Módulo II · 2020. 11. 19. · Metilxantinas (Cafeína, teofilina …)...

Módulo II

Dra. Alicia Gordillo

Cronobiologia y salud

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Cronotipos

Cronobiología y Salud

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>200.000 variaciones del ritmo circadiano

Diferencias interindividuales de los ritmos circadianos endógenos.

❖ A > distancia del periodo de 24h:• ↑ necesidad de ajuste• ↓ longevidad

❖ Mecanismo molecular genes reloj:• + Caseinkinasa I - ↓Periodo endógeno• - Caseinkinasa I - ↑Periodo endógeno

Medición de la tipología circadiana• Cuestionario de Matutinidad-Vespertinidad de Horne y Ostberg (1979)• Cuestionario de Cronotipo de Munich (Roenneberg et al. 2003).

✓ Tipología circadiana + jet-lag social• Cuestionarios on-line

https://www.um.es/cronobiologia/taller-del-relojero/autoevaluacion/

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Estudios en gemelos

Circadian system heritability as assessed by wrist temperature A twin study. Chronobiology International. 2015

MZ DZ

Nature vs Nurture

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Tªp

eri

féri

ca


• La acrofase y la estabilidad del ritmo (Rayleigh) tiene determinación genética (50-70%) marcando el cronotipo.

• SNP en PER1, PER2, PER3, CLOCK asociados al cronotipo y aspectos clínicos del sueño (duración, estruct, calidad).

*

Circadian system heritability as assessed by wrist temperature A twin study. Chronobiology International. (2015)

Factores genéticos

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Heredabilidad de la siesta

Influencia de la edad y el género en el cronotipo.

Fischer et al. 2017

“Despertar a un adolescente a las 7-8 a.m es como despertar a un adulto entre las 4- 5 a.m”

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Factores ambientales que modulan el cronotipo

Diferencias en base a latitud (norte-sur) y longitud (este-oeste):• Fotoperiodo• Temperatura• Horario amanecer/atardecer

Iluminación artificial

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> vespertinidad

> matutinidad


“El fotoperiodo de los primeros meses de vida influye en la configuración de la tipología

circadiana” (Natale y Adan, 1999)

Desarrollo del ritmo circadiano en el niño

“El papel materno como sincronizador durante el último trimestre del embarazo, junto con el entorno durante los primeros 4-6 meses de vida, es básico para el buen desarrollo de la ritmicidad del lactante”

Proceso de maduración y envejecimiento del sistema circadiano a lo largo de la vida

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Pediatr. Integral 2018; XXII (8): 385–395

>10.000 neuronas

Noches blancas (sol de media noche) en Finlandia, Noruega y Rusia. Hemisferio norte, junio VS Noche polar

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“La evolución ha desarrollado medios para desactivar el reloj celular”

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“Existe un desfase de la acrofase en muchas variables biológicas y cognitivas entre matutinos y vespertinos”

Características asociadas a la tipologia circadiana


Matutino vs Vespertino

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MATUTINO VESPERTINO

Madrugradores Trasnochadores Desfase de acrofase Tª en 2-3 horas

Dieta mediterránea > Consumo de grasa y snacks Marcadores de riesgo para el desarrollo de obesidad, patologías cardiovasculares.

Practican deporte Sedentarismo

< Jet-lag social > Jet-lag social

“El desfase entre ambos grupos extremos es mayor en variables cognitivas que biológicas”

8:00 – 10:00 19:00 – 21:00 Máx. atención

12:00 16:00 Máx. memoria de trabajo

< > Síntomas depresivos y abuso sustancias


“La interacción del cronotipo con el horario escolar predice el rendimiento escolar y laboral”.

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www.b-society.org

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I - RITMO LUZ - OSCURIDAD

❖ ¿Cómo vemos la luz?

✓ “El tiempo entra por los ojos”

✓ Melanopsina. Fotoreceptor de intensidad lumínica.

❖ ¿Para qué sirve la luminosidad ambiental?.

✓ Melatonina. Mediador químico del ritmo luz-oscuridad

❖ Límites de sincronización del sistema circadiano

❖ Efecto biológico de la luz

❖ Polución lumínica y salud

Índice de contenidos

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Ritmo luz-oscuridad

Todos los ritmos medidos tendieron a retrasarse cada día.

“El ritmo endógeno no marca 24 horas exactas”.

Cronobiología y salud

Registro del ritmo del sueño y Tª periférica del voluntario. (Madrid JA, 2019)

Ritmo sueño

Tª periférica

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El tiempo entra por los ojosCronobiología y Salud

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¿Cómo ”vemos la luz”


Emilio J. Sánchez Barceló. (2017).

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Emilio J. Sánchez Barceló. (2017).

¿Para qué sirve medir la luminosidad ambiental?


Melatonina como reloj y con calendario

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Andrea Valdor (2017)

Alteración del ritmo circadiano de la melatonina


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¿Podriamos vivir en marte?


Nuestro sistema circadiano tiene unos límites fuera de loscuales es incapaz de seguir. De 22:10 a 26:45 (Madrid et al. 1998)

Límites de sincronización de nuestro sistema circadiano.

¿Qué sucedería si viviéramos días más largos o más cortos de 24 h?

Marte: día natural del 24 h y 37 min

Distintas regiones del NSQ controlan el

ciclo luz-oscuridad y el curso libre.

Golombek & Rosenstein, 2010

Región ventrolateral – ciclo luz/oscuridad

Región ventromedial - curso libre

En los límite de sincronización el reloj biológico se disocia en dos

componentes


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❖ Evolución de la luz artificial

❖ Hipótesis LAN de la melatonina

❖ Polución lumínica y salud

EFECTO BIOLÓGICO DE LA LUZ


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Evolución de la luz artificial

❖ 70.000 años primeros instrumentos de iluminación

❖ Siglo VII a.C – Griegos (lampa = antorcha)

❖ S.XVIII – Lámparas de gas

❖ S. XIX – Lámparas de keroseno (1-4 lux)

❖ 1880 – Thomas Edison: bombilla incandescente

❖ 1901 – Lámpara de arco de mercurio

❖ 1938 – tubos fluorescentes

❖ Años 60 – Leds (miles de lux)

Emilio J. Sánchez Barceló. (2017)..


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Día soleado →100.000 lux : 1 lux Noche luna llena


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Rango de respuesta de la melanopsina (450-470 nm)


Emilio J. Sánchez Barceló. (2017). Hicimos la luz … y perdimos la noche. Efectos

biológicos de la luz. Santander: Ediciones Universidad Cantabria.

---- Sensibilidad del sistema circadiano para responder a luz de distintas longitudes de onda.

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Modificación de la intensidad, del espectro, del tiempo y

del momento de exposición a la luz.

❖Anulación parcial del ritmo natural diario de luz/oscuridad

❖Alteración ritmos anuales derivados del cambio en la duración relativa del día y la noche

❑ La luz nocturna rompe el equilibrio entre los diversos ecosistemas• Alteración por deslumbramiento en la migración de aves nocturna y mariposas• Alteración equilibrio entre especies depredadores (cazar sin ser vistas) y sus presas (más fácilmente visibles)• Alteración en los ciclos de ascenso y descenso del plancton marino… etc.

❑ 51% de la población mundial vive en áreas con un nivel de iluminación nocturna por encima del umbral depolución lumínica.

❑ La luz azul es la que mas contribuye a la polución lumínica.


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Comisión Internacional de la Iluminación – 1913

www.cie.co.at/about-cie


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http://www.cie.co.at/about-ciehttp://www.cie.co.at/about-cie

Ritmo sueño-vigilia


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Índice de contenidos

Funciones del sueño. ¿Por qué se tiene sueño, y para qué se duerme?.

• Hipótesis de la homeostasis sináptica.

• Hipótesis del drenaje glinfático.

El modelo de dos procesos de la regulación del sueño

• La adenosina como sustrato fisiológico del proceso homeostático del sueño.

• El núcleo supraquiasmático dirige el proceso circadiano del ciclo sueño-vigilia.

• Carga alostática.

El circuito neural del ciclo sueño-vigilia.

Sueño primitivo pre-industrial


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Neurofisiología del sueñoPolisomnografia

EEG + EMG + EOG + Frec. Cardiaca + Tª corporal + Respiración

Ondas beta

Ondas alfa: 8-13 Hz

Ondas theta: 3-7 Hz

Ondas theta: 1-2 Hz

↑Frecuencia↓Amplitud

↓Frecuencia↑Amplitud


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Patrones EEG durante vigilia y las distintas fases del sueño. (Modificada de Brown y cols. 2012)

Fases del sueño. Ritmo ultradiano


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Modificado por Pandi-perumal et al., 2002

La estructura del sueño cambia a lo largo de la vida.

A lo largo de la vida el tiempo dedicado al sueño REM disminuye desde la 8 horas del recién nacido a 1 hora en el anciano

Recuperación mental

Recuperación física


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Ventaja adaptativa del sueño

Siegel, 2009

Las exigencias del medio ambiente, la morfología y la fisiología de cada especie, moldeó sus formas de inactividad y sueño.

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¿Qué función tiene el sueño?

Hipótesis de la homeostasis sinápticaTononi & Cirelli; 2003, 2014

Eliminar sinapsis poco potenciadas durante vigilia → Eventos poco significativos

Asentar nuevas sinapsis → Aprendizajes nuevos significativos

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Hipótesis del drenaje glinfático cerebral.Meldelsohn et al. 2013; Shorkri-Kojori et al. 2018

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LCR: amortiguación, regulación presión encefálica y contenido craneal, nutrición, DETOXIFICACIÓN

Modelo de dos procesos en la regulación del sueñoDaan et al. 1984

Factor o carga alóstática

C - Proceso circadiano - NSQ: la somnolencia aumenta por la noche y disminuye por el día. Melatonina.S - Proceso homeostático - Adenosina: la somnolencia aumenta en función del tiempo pasado en vigilia y disminuye en

función del tiempo pasado durmiendo. Deuda de sueño


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Proceso homeostático (deuda de sueño)❖ Rebote de sueño o incremento de horas durmiendo

empleadas en la recuperación de sueño tras una o variasnoches sin dormir.

❖ Falta de sueño nocturno tras siesta.

Proceso circadiano:❖ Alerta en las primeras horas de la mañana incluso tras

pasar la noche en vela. ❖ Somnolencia en las horas centrales de día cuando C

comienza a descender. ❖ Alteraciones del sueño por: trabajo a turnos, jet lag,

cambios adelanto de horario en primavera …


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❖ La adenosina es uno de los sustrato fisiológicos del proceso homeostático (S) que impulsa el sueño. La formación y liberación de adenosina al espacio extracelular está directamente relacionada con el gasto energético. 30% > en vigilia que en sueño. Bloqueo de las neuronas orexigenas (orexina)

PROCESO HOMEOSTÁTICO (S)-ADENOSINA

+ -Metilxantinas

(Cafeína, teofilina …)

Vigilia Sueño

Variabilidad genética de la respuesta a la cafeína:- Gen adora: anula la vía adenosina del sueño- Gen prima: afecta a la metabolización de la cafeína


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HOMEOSTASIS - ALOSTASISEstabilidad durante el cambio

CONTROL HOMEOSTÁTICO: Equilibrio interno

CONTROL CIRCADIANO: Sincronía con el ambiente

ALOSTASIS (Sterling y Eyer: 1988). Cambios en comportamiento y fisiología para favorecer la adaptaciónal ambte.

• Influencia sobre el control homeostático y circadiano.

CARGA ALOSTÁTICA. Alteración de los puntos de equilibrio homeostático.

EJ: deuda de sueño >> alimentación restringida en el tiempo

Flexibilización y adaptabilidad del ciclo sueño-vigilia

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NSQ: Señal circadiana DMH: sincronización sueño-vigilia con disponibilidad alimentación

Vigilia – IngestaNeuronas orexígenas

Sueño - Ayuno

Sistema límbico – amígdala:• Recompesa-castigo• Peligro• Adicción • Aprendizaje

Diferentes núcleos hipotalámicos interaccionan con el NSQ instaurándose una integración de señales circadianas, homeostáticas y alostáticas que dotan al ciclo sueño-vigilia de mayor flexibilidad y adaptabilidad.

Núcleos troncoencefálicos: neurotransmisores vigilia


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Sueño primitivopreindustrialización

Temperatura y Luminosidad

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Dormir en dos tiempos (Europa) 1500 -1570

Hay razones para pensar que el sueño fragmentado fue el patrón natural del sueño

humano en condiciones de oscuridad, antes de la preindustrialización.

“Cumplió Don Quijote con la naturaleza

durmiendo el primer sueño, sin dar lugar al

segundo, bien al revés Sancho, que nunca

tuvo segundo, porque le duraba el sueño

desde la noche hasta la mañana …”

“En tu primer sueño, llama a tu

alegría más reciente”


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Años 90 – Experimentos de Thomas Wehr recreando sueño “prehistórico” en el laboratorio. Patrón de sueño

fragmentado.

En estos experimentos, sin luz artificial los sujetos

llegaban a estar 14 horas en la cama con el siguiente

ritmo:

• 2 horas despiertos hasta dormirse,

• 4 horas durmiendo,

• 2-3 horas despiertos

• 4 horas de sueño.

El periodo de despertar era relajado y tranquilo, sin

angustia por no dormir.


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“Cada vez que encendemos una luz estamos, sin ser

conscientes de ello, tomando un fármaco que afecta al

cómo dormimos”.

Charles A. Czeisler

El sueño fragmentado de las sociedades preindustriales

está relacionado con la ausencia de luz artificial, que es

nuestro estado natural.

¿Somos conscientes del enorme impacto que ha

tenido en nuestras vidas, y en nuestro sueño, la luz?.

!Dormimos tres horas menos por día que en la época

preEdison¡


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Universidad de UCLA. ¿Cómo evolucionó el sueño?Tribus encontradas en Tanzania, Bolivia y Namibia.

Es la Tª ambiental el principal factor que parece regular su ritmo y duración del sueño.

“Duermen cuando la temperatura desciende por la noche.”

Sueño primitivo y temperatura (latitudes tropicales)Yetish et al. 2015


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Relación entre sueño, Tª periférica y ambiental

Tª ambiental

Tª corporal (dedos)

Vasoconstricción

Vasoconstricción

Tª ambiental

Tª corporal (dedos)

Tª corporal (abdomen)

Tª corporal (abdomen)

❖ Duermen cuando la Tª ambiental desciende por la noche.

❖ El despertar coincide con el punto de mínima Tª ambiental independientemente de que haya amanecido o no.


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Junto a la luz, la temperatura es uno de los factores más importantes para conseguir un buen sueño.

La luz y la temperatura dictan sinérgicamente, aunque de manera independiente, los niveles de melatonina

Cuando la temperatura sube por encima de los 24ºC o baja por debajo de los 12ºC, elsueño se interrumpe. (National Sleep Foundation). Tª óptima: 19ºC

Entonces ... ¿qué relación existe entre el sueño y la temperatura?

Existen variaciones según cronotipo

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Trastornos del sueño por alteraciones del ritmo circadiano.❖ Alteraciones endógenas

❖ Síndrome del retraso de fase

❖ Síndrome de fase adelantada

❖ Ritmo sueño-vigilia con periodo diferente a 24 h

❖ Ritmo libre

❖ Alteraciones exógenas

❖ Jet-lag

❖ Trabajo a turnos

❖ ¿Cómo mejorar la calidad del sueño?

❑ Regulación circadiana del metabolismos del triptófano

❑ Deficit nutricionales asociados

❑ Luz circadiana

❑ “Armonia térmica”

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