Introducción a los ritmos circadianos

La palabra circadiano se deriva del latín haciaes decir, alrededor, y muere, es decir, día: alrededor del día. Todos los organismos del planeta tienen una organización de procesos fisiológicos basados ​​en los dos contrastes ambientales distintos que se producen como resultado de la rotación diaria de 24 horas de la Tierra: noche y día, oscuridad y luz. Estos contrastes van acompañados de otros cambios ambientales relevantes para cualquier especie, incluida la disponibilidad de alimentos, la temperatura y la susceptibilidad a la depredación.

La capacidad de anticipar cambios en el medio ambiente confiere una clara ventaja evolutiva a cualquier especie. Los procesos fisiológicos y los comportamientos siguen ritmos circadianos correspondientes al ciclo de luz y oscuridad de 24 horas y están influenciados por distintos «zeitgebers» (el término en el campo de la investigación, que en alemán significa «dador de tiempo») de la hora del día. En los humanos, el período de luz es también la fase de vigilia, la fase activa y la fase de búsqueda y consumo de alimentos. El período de oscuridad es la fase de sueño, la fase inactiva y la fase de ayuno.

El controlador maestro del “reloj” circadiano está ubicado en una región del hipotálamo conocida como núcleo supraquiasmático (SCN). El principal factor ambiental que impulsa el arrastre circadiano en el SCN es la luz: un conjunto especializado de células retinianas comunican información sobre la luz al SCN indicando si es de día o de noche. Imagine un cielo azul en un día despejado: ese color no es aleatorio para la fisiología humana, es una longitud de onda específica de luz azul de onda corta de 460-480 nanómetros que proporciona la señal más fuerte al SCN de que estamos en la fase de día/vigilia/activa. , (1). En función de la información que reciba el SCN, sincronizará los requisitos fisiológicos apropiados de ese período con las señales luminosas: despertar, comer, digerir, disponibilidad y almacenamiento de energía. (2).

Sin embargo, los tejidos periféricos (incluidos el hígado, los riñones, el páncreas, los músculos y los tejidos adiposos) también se ven afectados por el momento de la ingesta de alimentos. El sistema circadiano se basa en la sincronía entre los relojes central y periférico para una función fisiológica óptima. (3). Por lo tanto, las entradas son vitales para la integridad de nuestro sistema circadiano, y enviar entradas diferentes o inusuales (señales luminosas inconsistentes, patrones de alimentación irregulares, sueño reducido) puede alterar las salidas, incluidas las secreciones hormonales, la oxidación y el almacenamiento de sustratos, el hambre y el apetito. (3).

Está bien establecido en la literatura que la desincronización circadiana, por ejemplo debido al trabajo por turnos, es un factor de riesgo primario para la enfermedad cardiometabólica. (4). Esto se debe a que cuando la ingesta de alimentos no está sincronizada con los patrones circadianos normalmente dicotómicos de día/luz/comida/activo y noche/oscuridad/rápido/inactivo, el control de los procesos metabólicos se desacopla del SCN, que se dirige principalmente a señales luminosas en lugar de a señales luminosas. a la ingesta de alimentos (3). Tradicionalmente, el foco de la investigación sobre la importancia del sistema circadiano para la salud metabólica se centraba en situaciones extremas como el desfase horario y el trabajo por turnos. Sin embargo, están saliendo a la luz los efectos de perturbaciones menos extremas sobre la salud metabólica.

Asociaciones entre la alteración circadiana y la salud metabólica

Como la luz es la principal señal horaria para el reloj central, la exposición a la luz tiene implicaciones para la salud metabólica, potencialmente tanto positivas como negativas dependiendo del momento de la exposición. Las personas en las sociedades industrializadas pasan hasta el 88% del tiempo en edificios cerrados, lo que resulta en una exposición cuatro veces menor a la luz natural durante el día. (5)(6). Para darle una perspectiva sobre esto, la luz se mide en 'lux', y la luz natural diurna puede oscilar entre 2000 y 10 000 lux, mientras que la iluminación interior promedio puede ser inferior a 500 lux, lo que carece del nivel mínimo de intensidad para el control circadiano. (7). Estudios asociativos recientes han encontrado que una mayor exposición a la luz matutina se correlaciona con niveles más bajos de grasa corporal y una mejor regulación del apetito. (1)(20).

Por el contrario, durante la noche las personas en las sociedades industrializadas están expuestas a la luz artificial, en particular procedente de dispositivos electrónicos que emiten luz azul de onda corta, la misma intensidad de luz que se emite durante el día. La melatonina, la principal hormona producida durante la noche en respuesta a la oscuridad, se suprime al máximo con la luz azul de onda corta. (1). Esto puede ser problemático ya que se han identificado receptores de melatonina en el páncreas y modulan la secreción de insulina. (8). En el Estudio de Salud de las Enfermeras, las mujeres con los niveles más bajos de melatonina al inicio del estudio tenían más probabilidades de haber desarrollado DM2 cuando se les realizó un seguimiento 12 años después. (9). Los efectos de esta alteración en nuestros entornos de luz natural y los períodos normalmente dicotómicos de vigilia/sueño que coinciden con alimentación/ayuno son tanto indirectos como directos.

Los efectos indirectos incluyen el «desfase horario social» y el efecto de la iluminación nocturna prolongada en el horario de las comidas. El 'jetlag social' es la discrepancia entre el tiempo real de sueño durante la semana, con despertares tempranos o tarde por la noche, y la cantidad de sueño que un individuo realmente necesitaría si pudiera dormir libremente. El problema es que muchas personas mantienen un ritmo social que es significativamente diferente al ritmo circadiano, que desregula los ritmos circadianos. Varios estudios de cohortes recientes de gran tamaño han descubierto que mayores grados de desfase horario social se asocian significativa e inversamente con tasas de enfermedades metabólicas, en particular diabetes tipo 2 y obesidad, asociaciones que permanecen después de controlar variables como la duración del sueño y el “cronotipo” (si alguien es del tipo matutino o vespertino) (10)(11).

Además, tanto la duración como la intensidad de la exposición a la luz artificial durante la noche se asocian con disfunción metabólica, obesidad y perfiles lipídicos anormales. (12)(13). Un problema en relación con esta observación es el efecto indirecto de la vigilia nocturna prolongada, que aumenta la propensión a comer tarde en la noche, y el horario de las comidas tarde se asocia con una mayor ingesta diaria total de calorías y un mayor IMC, independientemente del horario y la duración del sueño. (14)(15). La utilización de nutrientes y el gasto de energía están regulados por el sistema circadiano, y comer tarde en la noche altera el período dicotómico de alimentación/ayuno y hace que los ritmos circadianos en el sistema digestivo, el páncreas, el hígado y otros tejidos metabólicos periféricos se desvíen del reloj central. (dieciséis).

Mecanismos subyacentes y estudios de intervención

¿Qué podría estar dando lugar a estas observaciones? Una característica subestimada de la melatonina es su interacción con la insulina. La alimentación en los seres humanos ocurre – o debería ocurrir – durante la fase de luz/vigilia, cuando los niveles de melatonina son bajos. Cuando la melatonina aumenta durante la noche biológica, la sensibilidad a la insulina se altera y aumenta la secreción de insulina. (17). En un estudio de intervención diseñado para replicar los efectos de despertarse temprano en la mañana, la melatonina elevada alteró la tolerancia a la glucosa en respuesta a una comida proporcionada 1 hora después de despertarse en sujetos que dormían 5 horas frente a sujetos que dormían 9 horas. (17). La resistencia subyacente a la insulina y la respuesta exagerada de la insulina de las células beta pancreáticas a la ingestión de nutrientes durante la noche biológica pueden explicar por qué el mayor riesgo cardiometabólico de los patrones de trabajo por turnos se observa independientemente de la ingesta total de calorías. (18).

Otro elemento subestimado de la farmacología nutricional es el papel crucial que desempeña el período posprandial en la salud metabólica. La enfermedad cardiovascular se ha descrito durante mucho tiempo como un “fenómeno posprandial”, frase que refleja que los mecanismos de la aterosclerosis están profundamente influenciados por qué tan bien una persona procesa la grasa de la dieta y los ácidos grasos circulantes en este período. Los ácidos grasos no esterificados circulantes presentan una variación circadiana con su pico por la noche, un aumento que se produce independientemente de la ingesta de alimentos. (8). Los aumentos de NEFA están fuertemente implicados en la resistencia a la insulina hepática, la hiperglucemia y la hipertrigliceridemia: un grupo de factores de riesgo cardiometabólico (19). Esto se ve agravado por la lipemia posprandial por comer tarde en la noche.

El limitado conjunto de estudios de intervención humana hasta la fecha indica que esta sincronía entre el reloj circadiano central y los tejidos periféricos, regulados por la luz y el horario de las comidas, respectivamente, confiere ventajas adicionales para la salud metabólica. Danilenko et al. (20) investigó los efectos de la terapia con luz matutina brillante en un programa de pérdida de peso en mujeres con sobrepeso; el diseño cruzado utilizó una luz de iones desactivada como placebo de luz. Durante las 3 semanas de la intervención, la fototerapia produjo una reducción significativa de la masa grasa y del porcentaje de grasa corporal, así como una reducción del apetito. (20). En otro ensayo que expuso a los sujetos a una exposición a la luz azul de 6 horas por día dividida en dos sesiones de 3 horas, los marcadores de resistencia a la insulina aumentaron, lo que sugiere que la exposición crónica a la luz azul de onda corta puede afectar la regulación de la glucosa y alterar la función metabólica. (21). Esto es consistente con los datos de modelos animales en los que la exposición continua a la luz artificial aumenta los marcadores de resistencia a la insulina. (22)

Esta reducción del apetito por la exposición a la luz se ha repetido en otros lugares: en un ensayo diseñado para replicar la reducción del sueño, una variable conocida que aumenta el hambre y el apetito debido al aumento de grelina y la reducción de los niveles de leptina, la exposición a la luz azul por la mañana mitigó estas respuestas hormonales y condujo a Reducciones en la señalización de grelina y aumento de leptina circulante. (1). El principal mecanismo subyacente a estos efectos es la excitación fisiológica que promueve la luz azul. (1)(20). Esto puede resultar en un aumento de la termogénesis inducida por la dieta, que a su vez tiene un pico de variación circadiana en la primera parte del día. (23).

Si bien este es un campo de investigación incipiente, en su conjunto estos estudios nos muestran que:

  • Las respuestas fisiológicas a las señales luminosas parecen ser bastante pronunciadas en los humanos;
  • La terapia con luz azul matutina puede ser una intervención novedosa para ayudar con la regulación del hambre/apetito y promover la excitación fisiológica, lo que resulta en mayores reducciones de grasa…
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