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Tema 2: Ritmos biológicos
Cronobiología
La cronobiología es el estudio los ritmos biológicos del comportamiento. Toda nuestra actividad es cíclica, es decir, prácticamente todo los organismos vivos, animales y plantas, ciñen su actividad a los ciclos ambientales. ¿Por qué? Para dar mejores respuestas a las demandas del medio ambiente, es decir, para una mejor adaptación.
Toda la biología esta basada en la selección natural, es un concepto novedoso e implica que los seres vivos tienen que adaptarse a las demandas del medio ambiente para sobrevivir como individuo y como especie. Los individuos tienen que seguir los cambios ambientales para poder adaptarse a ellos. Por ejemplo, en la actualidad, cada vez llegan más radiaciones ultravioletas a la superficie del planeta, sobre todo en verano y hay individuos que están creando defensas para estas. La selección natural es una lucha entre los individuos debido a los cambios ambientales.
El medio ambiente es cíclico y hay diversos cambios cíclicos. Estos pueden ser:
• Anuales: las estaciones del año.
• Durante el día: respiración. Hay aves de presa que tienen ritmos
nocturnos de actividad, mientras que la mayoría de los organismos tienen ciclos diurnos.
Los organismos han tenido que adaptarse a esos cambios cíclicos. Cada organismo tiene una estrategia, por ejemplo hay animales que se aletargan para que el consumo de energía sea mínimo (invierno). Con esto queremos decir que la mayor parte de la actividad y de nuestra conducta es cíclica: la reproducción, la circulación sanguínea, la respiración. En base a como son esos cambios, nos encontramos 3 tipos:
1. Ultradianos: duran menos de 24 horas, su frecuencia es de varias
veces al día. Por ejemplo, la respiración.
2. Circadianos: dura 24 horas, su frecuencia es de una vez al día. Por
ejemplo, ritmo sueño-vigilia.
3. Infradianos: dura más de 24 horas y su frecuencia es menor, de una
vez al día. Por ejemplo, los periodos de reproducción en los mamíferos (1 vez cada 9 meses, 1 vez cada 6).
La mayoría están regulados por la luz. Hay un núcleo regulador, que es el núcleo supraquiasmático del hipotálamo, que se localiza superior al quiasma óptico, este tiene una posición relevante para detectar el paso de la luz y su actividad es fundamental a la hora de controlar los ritmos biológicos. Por ejemplo, la mayoría de los ritmos fisiológicos del organismo están controlados por el hipotálamo (controla los factores fisiológicos y motivacionales).
No es casualidad que la época reproductora de algunos animales coincida con la primera. Los periodos de reproducción están ligados al incremento o decremento de la luz solar. Hay algún mamífero, dentro de los primates, que ha extendido su periodo de reproducción a lo largo del año.
El núcleo supraquiasmático recibe el nombre de reloj biológico y es el principal centro controlador de los ritmos.
Un ritmo biológico se puede representar en una onda y tiene varios parámetros:
• Periodo: es la longitud de una oscilación (fluctuación) completa.
• Acrofase: es el valor más alto de una variable y coincide con la
amplitud.
• Nadir: el valor más bajo de la variable.
• Mesor: el valor medio de la variable rítmica.
No todos los ritmos son simétricos.
Ha habido diferentes teorías de cómo se controlaban los ritmos. En los años 50 se pensaba que cada ritmo biológico era controlado por diferentes centros. No es hasta 1972, cuando la psicología fisiológica determina que es la lesión del núcleo supraquiasmático la que altera los ritmos biológicos de los individuos. Es este núcleo el que actúa sobre otras partes del cerebro mediante neuromoduladores, así se impone que es el principal reloj biológico.
Un ejemplo de neuromodulador son las hormonas que desde el hipotálamo se dirigen a la hipófisis para regular la secreción de hormonas hipofisarias. Si lesionamos el núcleo supraquiasmatico no se producen estos neuromoduladores por lo que la hipófisis no segrega hormonas por lo que impide la formación de gónadas y no se dará la reproducción.
Ritmo sueño-vigilia
El principal ritmo que vamos a ver es el ritmo sueño-vigilia, ligado a la luz- oscuridad. Dura en torno a las 24 horas y es indispensable para la supervivencia. El sueño es la motivación más intensa de los animales, sobre todo de aquellos que tienen un consumo energético alto. Cuando se habla de motivaciones básicas son: sed, hambre y sueño. Nuestro cuerpo puede estar sin comer de 6 a 7 días; sin beber 5 o 6 días; pero no se puede estar más de 48 horas sin dormir. Es una motivación tan fuerte que es imposible.
En base a esto se ha estudiado el sueño a través de 3 perspectivas. En primer lugar, ¿qué es el sueño?: Desde la psicología fisiológica, ¿es un periodo de inactividad, una conducta o un estado de conciencia? Ha tenido las tres perspectivas, pero el sueño es una conducta. ¿Por qué es una conducta? Porque se ha visto la existencia de actividad consciente durante el sueño, pero una actividad consciente desorganizada. El sueño no es un estado de inactividad, ya que mientras soñamos hay movimientos oculares rápidos, los sonámbulos se mueven. El sueño es una conducta en la que pueden interpretarse varias etapas, en fase a esas etapas el sueño se divide en:
- Sueño paradójico: tiene una sola etapa: sueño REM o MOR (movimiento ocular rápido). Es la etapa en la que soñamos y se producen movimientos oculares rápidos. No se sabe porque se pasa de ondas lentas a, de repente, estos movimientos, que tienen alta frecuencia y baja amplitud.
el más vulnerable para recibir oxígeno. La sangre que se bombea se dirige al cerebro y para ello hay que inhibir la actividad muscular, para que el músculo no gaste energía y el flujo sanguíneo va a mantener la actividad cerebral. Ese flujo sanguíneo inhibido a los músculos es lo hacen los animales que hibernan. ( pedir a pablo: Nuestros tejidos necesitan recuperarse durante la, de tal manera q durante las etapas en las q apenas hay tono muscular se recupera el soma, el cuerpo. En las etapas 3,4 sueño mor (recuperacion del musc esqueletico).
• Sueño no paradójico (sueño de ondas lentas), con cuatro etapas:
•..1 Fase I: ondas lentas. Es la etapa de sueño ligero, empezamos a
dormirnos. Es la etapa que uno tiene cuando se sienta a ver la tele o leer un libro y tiene periodos donde no se ha enterado de nada. Se caracteriza, a nivel fisiológico, porque las ondas cerebrales empiezan a tener una frecuencia más lenta y al mismo tiempo se incrementa la amplitud. Al final de la etapa uno desaparecen las ondas alfa, que son las típicas de la vigilia y empiezan a ocurrir rotaciones descoordinadas y lentas de los ojos bajo los parpados. Dura 15 min.
•..2 Fase II: ondas lentas.
• Se caracteriza fisiológicamente por la aparición de los
usos de sueño : son ráfagas de espiga de alta frecuencia y baja amplitud en las ondas cerebrales que se intercalan en las ondas más lentas y que duran de 1- 2 seg. Estos usos de sueño aparecen unas 2 o 3 veces por minuto aproximadamente y casi siempre al inicio de la segunda etapa.
• A nivel conductual se eleva el umbral sensorial de los
sujetos, es decir, se necesitan estímulos más intensos para que puedan ser percibidos. Disminuye la sensibilidad del cerebro a nueva información sensorial. En esta etapa empieza a reducirse la temperatura corporal y el tono muscular. Para el mantenimiento de la temperatura corporal es indispensable la contracción de los músculos esqueléticos. El músculo esquelético tiene contracción constante para mantener el tono muscular.
• Dura más que la fase I, 20 min. y desde ella se pasa a la
fase III.
•..3 Fase III:
• Fisiológicamente desaparecen los usos de sueño.
• Se sigue incrementando la amplitud de las ondas
cerebrales (EEG), al mismo tiempo que disminuyen su frecuencia del EEG (ondas registradas de la actividad cerebral en un electrograma). Disminuyen hasta una frecuencia de 1 o 2 hertzios.
• Durante esta etapa de ondas lentas siguen disminuyendo
las respuestas fisiológicas (tasa cardiaca, respiración, tensión o tono muscular) mientras que sigue incrementándose el umbral sensorial.
• Es una etapa parecida a la primera en el tiempo (15 min),
que da paso a la etapa de sueño más profundo (IV).
.1 Fase IV: sueño más profundo, en muchos casos no se distingue de la
fase 3.
• El metabolismo es más lento y el umbral de activación
más alto. Nos cuesta más despertarnos y es la etapa más prolongada, dura lo mismo que las 3 etapas juntas (40- min.).
• Apenas se distingue de la III, a nivel fisiológico se
diferencia de la III en que las ondas de la IV son más sincrónicas (más iguales en ritmo, amplitud y frecuencia) que la etapa III. Etapa de sueño de ondas lentas. Desde esta etapa se pasa al sueño MOR o sueño paradójico. Estas etapas se caracterizan por: desde la vigilia no pasamos al sueño de una manera brusca (solo en la narcoleptico). Lo normal es que pasamos por periodos por los que se van ralentizando las ondas.
Papel (carlos o pablo)
Funciones del sueño
El sueño es un período de (1) descanso y recuperación de los tejidos. El sueño aparece fundamentalmente en los animales ectodermos. Estos animales son los que tienen una temperatura constante con independencia de la temperatura externa. En animales que tienen la temperatura del medio ambiente y tienen temperaturas muy bajas en invierno, el metabolismo se hace muy lento por tanto el periodo de recuperación no es diario sino estacional. Pues el sueño en los animales aparece en la evolución junto con la ectodermia, animales de “sangre caliente”. Mientras que no es igual ni parecido el sueño de los animales cuya sangre tiene la temperatura del exterior. En reptiles de hecho no se llama sueño, sino aletargamiento. Además los reptiles no necesitan tono muscular para oponerse a la gravedad y por tanto no necesitan recuperar el tono muscular porque no lo han utilizado. Los endodermos o endotermos son los que tienen una temperatura constante, los ectotermos son los que tienen una temperatura similar a la del medio ambiente.
Una de las principales funciones del sueño es la de ahorro de energía. Durante el sueño y especialmente durante el sueño MOR hay un ahorro neto de energía. El sueño MOR es la forma extrema de ahorro de energía; no hay tono muscular, por tanto este gasto de energía desaparece y tampoco hay regulación de la temperatura metabólica. Hay quien dice que el sueño MOR es el resultado de esta falta de regulación de la temperatura metabólica porque mientras que los músculos del cuerpo pueden estar por debajo de los 35 grados, el cerebro no. Es decir, aunque la temperatura corporal disminuye, la temperatura cerebral se mantiene constante. La caída de temperatura podría ser peligroso para el cerebro pero de vez en cuando durante el sueño el cerebro entra en actividad (periodos de sueño MOR) y mantiene esa temperatura por encima de los 36 grados aunque en el soma haya descendido porque las funciones de los sistemas fisiológicos se realizan mejor a temperaturas elevadas. Eso es lo que nos diferencia de los animales ectodermos, que mantienen la temperatura del ambiente y no
ambientales). Cuando dos especies distintas genéticamente resuelven un problema de forma muy parecida se dice que ha sido por evolución convergente. Esta forma de evolución es la más adaptativa.
¿Cuándo se necesita dormir más?
• Si el sueño facilita el conservar las experiencias nuevas adquiridas
nuevas cada día, cuanto más jóvenes son los individuos, más necesitan dormir, ya que tienen un mayor número de experiencias nuevas que los adultos.
• Las especies que nacen con el cerebro poco formado, con pocas
conexiones a la hora de nacer, necesitan dormir más porque tienen más experiencias que consolidar.
• Las especies que tengan una mayor relación cerebro-soma necesitan
dormir más. (Porcentualmente hablando, una rata duerme más que un elefante). No hay una relación de todas formas entre tamaño y dormir pero sí hay una relación con el tamaño del cerebro en relación con el tamaño del cuerpo. Por ejemplo el tamaño de cerebro de la rata es más grande que el del elefante atendiendo a la relación con el cuerpo de cada uno.
• Los mamíferos duerman más que las aves.
¿Qué estructuras del SN están más relacionadas con el sueño?
- El SARA (Sistema activador reticular ascendente o formación reticular). La activación del SARA hace que los individuos presten atención a los estímulos que les llegan desde el exterior y su inactivación produce sueño, somnolencia. De hecho durante el sueño profundo, el SARA está desactivada. Todos los estímulos que van desde el tronco al cerebro, deben pasar por el SARA. Cuando el SARA está desactivado, el individuo se duerme. Todavía hay discusión de si el sueño aparece cuando se desactiva el SARA o si es durante el sueño cuando se desactiva el SARA, aunque parece que esta última versión es la más acertada. El SARA se encuentra en el tronco del encéfalo. Cuando nos despertamos, el SARA nos permite que prestemos atención a los estímulos, sobre todo si son relevantes.
- El locus coeruleus: utiliza fundamentalmente como neurotransmisor la noradrenalina.
- Sustancia negra: Utiliza fundamentalmente como neurotransmisor la dopamina, que es la estructura fundamental de las vías de entre la sustancia negra y los ganglios basales. Un déficit de dopamina provoca Parkinson (la degeneración del núcleo caudado), y esto se inicia en la sustancia negra. ¿Relación entre Parkinson y sueño? Los sujetos con parkinson duermen menos, ya que cuanto más dopamina más sueño y los sujetos que padecen parkinson tienen menos dopamina.
Estas dos últimas son estructuras de cerebro medio. Los núcleos más importantes del sueño están en torno al hipotálamo. Su disfunción produce insomnio. También tienen que ver con la activación motora y el tono muscular. La lesión o estimulación de dichos núcleos tienen que ver con el insomnio o la somnolencia (la estimulación insomnio, la lesión somnolencia).
Estas estructuras utilizan un precursor de la dopamina para formar el triptófano, un neurotransmisor. El triptófano se encuentra en mayor cantidad en la leche materna, por eso la leche facilita el sueño y la leche a unos 36 grados es la mejor. Cuando estas estructuras se lesionan aumenta el sueño, especialmente el sueño de ondas lentas.
- Los núcleos del Rafe, se encuentra en la mitad divisoria del tronco cerebral
- (^) Núcleo del tracto solitario, es un núcleo troncoencefálico, está en el bulbo raquídeo, al lado de otras estructuras. Está al lado de las estructuras troncoencefálicas relacionadas con la digestión, el nervio vago, nervios que llevan información del estómago hacen relevo en estructuras adyacentes al núcleo del tracto solitario. La activación de estas facilitará la activación del núcleo del tracto solitario e induce a tener sueño después de las comidas copiosas.
Estas últimas dos estructuras utilizan como neurotransmisor la serotonina y su lesión provoca insomnio total incluso del sueño paradójico. Las neuronas serotoninérgicas de los núcleos de Rafe y del tracto solitario tienen efectos inhibidores sobre las neuronas colinérgicas de la protuberancia, que son las responsables del sueño paradójico. La interferencia mediante fármacos de la serotonina produce insomnio. Uno de los principales inhibidores de la síntesis de serotonina son las anfetaminas, y en determinados niveles nos mantienen despiertos hasta un determinado momento. (INCISO: El sistema motor utiliza como neurotransmisor la acetil – colina).
Tres patologías Muchas de las patologías están hechas en unidades de sueño, ya que normalmente tendemos a subestimar las horas que dormimos. Para hablar del insomnio hay que saber las horas que se duerme, y medido a través de la actividad eléctrica cerebral. El concepto de insomnio es muy subjetivo. La percepción del sueño tiene que ver con ser matutino o vespertino. La mayoría de los sujetos vespertinos durmiendo las mismas horas no tienen las mismas horas de sueño si duermen durante el día o durante la noche.
• Insomnio: tiene que ver no solo con la cantidad de sueño si no con la
percepción individual de lo que se duerme. Para considerarlo una patología normalmente en las unidades de sueño se utiliza como medida el dormir el 50 % del tiempo menos que la media. También se caracteriza porque la mayoría de los sujetos que llegan a las unidades del sueño ya se han tratado este por su cuenta, con algún fármaco por ejemplo, del cual necesitan cada vez una cantidad de mayor hasta que el fármaco deja de tener efecto alguno sobre el paciente. Este se llama insomnio dependiente de fármaco, al tratarse antes necesitan cada vez mas ese fármaco y al final no les hace nada. El tratamiento es retirada progresiva de fármacos y se va reduciendo la dosis. Los placebos tienen un gran efecto sobre el insomnio.
• Apnea del sueño: la apnea es que no se puede respirar y dormir a la
vez. Durante el sueño de etapa IV y el paradójico, hay una reducción muy marcada del tono muscular (sobre todo en el paradójico).
