La luz artificial y estímulos no luminosos modifican los ciclos circadianos

(Nature, febrero 8, 1996)

El ritmo de la vida moderna se encuentra en permanente cambio: cada día son más frecuentes los viajes internacionales (que alteran la relación del sujeto con los husos horarios) y más personas desarrollan trabajos nocturnos, incluso en la oscuridad. Por ello, los trastornos de los ritmos circadianos (RC), se han convertido en un tópico de creciente interés para los investigadores en ciencias básicas y también para los clínicos.

Los ciclos circadianos comprenden todos aquellos procesos fisiológicos que presentan fluctuaciones con un ritmo de aproximadamente 24 horas. Entre ellos están el ciclo sueño-vigilia, las variaciones de la temperatura corporal, el estado de alerta y algunas funciones neuroendocrinas, como la secreción de cortisol y melatonina. Todos ellos se rigen por la actividad del llamado "sistema circadiano", que está compuesto por una serie de estructuras nerviosas y sus complejas asociaciones, hasta la fecha conocidas de manera parcial. Entre ellos están la retina, el núcleo geniculado lateral del tálamo, el núcleo supraquiasmático ("reloj maestro" o marcapaso), la corteza visual, algunas porciones del sistema reticular mesencefálico, el núcleo intermedio lateral de la médula espinal y la glándula pineal (figura).

Figura 1. Estructuras y circuitos del sistema circadiano. Los estímulos luminosos captados por la retina son conducidos por la cintilla óptica y el tracto retino-hipotalámico hasta el núcleo supraquiasmático, que controla y sincroniza los ritmos circadianos y la secreción de melatonina.

La regulación del reloj biológico principal (núcleo supraquiasmático), y al parecer la sincronización de los distintos RC, depende esencialmente de la luz solar, pues las oscilaciones rítmicas, definidas por períodos de 24 horas, son el resultado del ciclo luz-oscuridad. La información acerca de los cambios en la intensidad de la luz, captados en la retina, llega al núcleo supraquiasmático a través del tracto retinohipotalámico y modifica el período intrínseco (horario) del reloj biológico, gracias a la propiedad de reajuste o reacomodación (reset) del mismo. La sincronización del marcapaso a un ciclo de 24 horas requiere de reajustes diarios, mediante la exposición alternada a luz y oscuridad.

Hasta la fecha, los postulados fisiológicos clásicos consideraban que el sistema circadiano humano era mucho menos sensible que el de los demás mamíferos, por lo que solamente la luz solar, o una luz artificial de gran intensidad (entre 7.000 a 13.000 lux) podía reacondicionar el marcapaso y modificar los RC. Sin embargo, evidencias recientes señalan que el reloj biológico maestro del humano es mucho más sensible a las modificaciones de la luz de lo que antes se creía, presentando variaciones del RC luego de la exposicion a luz ténue y, aparentemente, a estímulos condicionados no luminosos que preceden a las variaciones en la intensidad de la luz, como se describe para los roedores.

Las experiencias realizadas por el doctor Charles A. Czeisler y sus colegas de la Escuela de Medicina de Harvard, en Boston, Massachusetts, Estados Unidos, indican que el ser humano reacciona a la luz artificial de baja y moderada intensidad (alrededor de 180 lux, como la empleada para iluminar los ambientes interiores de las viviendas y áreas de trabajo) modificando el horario del reloj biológico y alterando los RC.

Durante cinco años, los investigadores estudiaron, en 80 voluntarios sanos, los efectos de diferentes intensidades de luz, desde 0.03 hasta 9.500 lux, sobre el reloj biológico hipotalámico, midiendo la temperatura de manera periódica y obteniendo curvas de ella y de la concentración de algunas hormonas, cuyas fluctuaciones mostraron los cambios en el RC. El análisis de la información reveló, como era de esperarse, que la luz muy intensa ocasionaba en corto tiempo una importante alteración del RC y reajuste del reloj endógeno.

El hallazgo más sorprendente fue que las desviaciones del RC fueron similares tanto en condiciones de fuerte como de baja iluminación.

A partir de esta observación se llevó a cabo un estudio adicional que, por una parte, demostró claramente que la exposición repetitiva a luz de baja intensidad por un período de tiempo relativamente corto (cinco horas en promedio), tenía efectos muy similares a los de la luz intensa sobre el RC de regulación de la temperatura corporal (figura 2). Así, en pocos días, la exposición a luz artificial corriente (50 a 300 lux) por períodos cortos induce un importante adelanto del reloj biológico, que puede manifestarse con deprivación de sueño, descanso insuficiente y alteración del estado de alerta. Incluso estimulos insignificantes, de apenas 0.03 lux de intensidad, pueden causar alteraciones similares. La modificación del horario del marcapaso hipotalámico, fue proporcional a la intensidad del estímulo luminoso, describiendo una curva dosis-respuesta, y es acumulativa, pues al reducir la intensidad de la luz se mantiene el efecto inicial.

Figura 2. En condiciones normales, la temperatura corporal alcanza su nivel más bajo una o dos horas antes de despertar. Los sujetos sometidos a luz de intensidad variable aceleran o retardan tanto el punto de temperatura mínima, como el momento de despertar.

En la actualidad, los habitantes de las ciudades están expuestos, en las horas siguientes al atardecer, a niveles de luz cercanos a 1.000 lux, lo que significa, de acuerdo con los experimentos del doctor Czeisler y sus colaboradores, que es posible que esta iluminación artificial sea causa de modificación del marcapaso hipotalámico y los ciclos circadianos en un gran número de individuos.

Otro estudio, realizado por miembros del Centro de Estudios en Neurobiología del Comportamiento, de Montreal, Canadá, demostró que estímulos no luminosos, asociados por aprendizaje o condicionamiento con el incremento en la intensidad de la luz ambiental, pueden desencadenar modificaciones significativas de los RC, antes sólo atribuidas al efecto de la luz.

Los investigadores determinaron y compararon los cambios circadianos de temperatura corporal y actividad física en ratones no entrenados y en un grupo de animales sometidos a técnicas de condicionamiento. Los animales recibieron durante varias semanas un estimulo condicionante (una corriente de aire) minutos antes de ser expuestos a la luz, y al final del experimento se observó que el estímulo condicionante (aún en ausencia del cambio lumínico esperado) desencadenaba las mismas modificaciones de la temperatura y la actividad que son características de la exposición a la luz. No se tiene certeza si un fenómeno similar ocurre en los humanos.

En tiempos de gran interés en la productividad y de intensa actividad laboral, la investigación acerca de los RC puede tener importantes implicaciones para comprender la fisiología del trabajo y de la fatiga, lo que redundará en mejor desempeño y el desarrollo de una actividad más placentera, incluso durante las horas que antes se dedicaban al reposo. Las implicaciones médicas y éticas todavía no son claras, debido a que esta información no ha alcanzado aplicaciones clínicas.

Referencias

Nature379: 540-542 (febrero 8), 1996542-545 (febrero 8), 1996