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Bases neurales de los ritmos circadianos. Neurobiología. Universidad Pompeu Fabra.
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Ritmos Circadianos
Jessica Ruiz MedinaDoctora en Neurociencias
Actividades, conductas o procesos fisiológicos rítmicos, repetitivos y
con una periodicidad concreta
Estos ritmos nos permiten competir y adaptarnos de manera efectiva al
entorno
Los ritmos son endógenos, están predeterminado genéticamente
Alerta/Atención
Temperatura
H. Crecimiento
Cortisol
Potasio
Un ritmo circadiano es un ciclo rítmico de aproximadamente veinticuatro horas de duración, es decir, un ciclo que ocurre con una periodicidad
circadiana (~ 24h): CBDA.
Ritmo infradiano
Un ritmo infradiano es aquel que presenta una periodicidad superior a veintiocho horas.
Ritmo ultradiano
Un ritmo ultradiano se refiere al ciclo que presenta una periodicidad de veinte horas o menos.
90 minutos 90 minutos 90 minutos 90 minutos
REMSOL REMNREM REMNREMREMNREM REMNREM
30 min60 min
Inicio
E1 E2
30 min
90 min
30 min
Los ritmos circadianos sincronizan la conducta y los estados
corporales con los cambios del entorno.
Permiten preveer sucesos periódicos.
Proporcionan la organización temporal de la conducta de un
animal
Zeitgeber
Señal que el sujeto utiliza para sincronizar su actividad con el entorno
La luz es el más importante de ellos.
Otros … la temperatura, la disponibilidad de alimento, las interacciones o claves sociales, etc
Efectos de la eliminación de claves ambientales/contextuales
En condiciones de oscuridad constante (DD) la entrada del animal en su fase activa se va adelantando (en condiciones de luz constante sucede lo contrario)
Al aplicar un pulso de luz (LP), la entrada en fase activa presenta un ligero retraso.
FASE ACTIVA FASE ACTIVA
Efectos de la eliminación de claves ambientales/contextuales
“Día subjetivo”
“Noche subjetiva”
Los pulsos de luz al final del día o poco después del inicio de la noche demoran la entrada en “noche subjetiva”. Los pulsos de luz ya avanzada la noche avanzan la entrada en “día subjetivo”
Condiciones de oscuridad constante
Bajo condiciones estimulares externas constantes se observa un ciclo de desarrollo libre o de libre funcionamiento (“free running”).
El ser humano igual que otros animales posee un reloj interno que opera incluso en ausencia de información externa sobre la hora del día.
Representación gráfica de un ciclo de desarrollo libre de aproximadamente 26h de
duración.Fuente: adaptado de Wever (1979).
Aschoff, 1965
Relojes biológicos (marcapasos)
Se entiende por reloj biológico una estructura interna responsable de la generación de una oscilación biológica sincronizada seguramente con algún ciclo ambiental externo.
El núcleo supraquiasmático (NSQ) del hipotálamo.
NSQ
El núcleo supraquiasmático (NSQ)
Lesiones NSQ Desorganizan ritmos
Luz
Vía retinohipotalámica
Glutamato
NSQ
Células ganglionares de la retina quecontienen melanopsina y que proyectan alnúcleo supraquiasmático mediante el tracto
retinohipotalámico.
Fuente: adaptado de Hattar y col. (2002).
conos
1. El seccionamiento eliminó la habilidad de los ciclos de luz-oscuridad para producir ritmos circadianos
2. El seccionamiento NO eliminó la habilidad de los ciclos de luz-oscuridad para producir ritmos circadianos
3. Esto sugirió la idea que los tractos que median la producción de los ritmos circadianos por medio del ciclo de luz-oscuridad, se desvían del quiasma óptico y se proyectan hacia los núcleos supraquiasmáticos
Tracto retinohipotalámico
Nervio óptico
Tracto óptico
Quiasma óptico
NSQ
Luz
Vía retinohipotalámica
Glutamato
NSQ
LIG
Via geniculohipotalámica
GABA NPY
8000-10000 interneuronas
Diagram of the mammalian core circadian clock
En mamíferos se han identificado los genes implicados en el control de los ritmos circadianos: Genes periodo de mamíferos (mPer1, mPer2, mPer3), Clock (clk), Brain and muscle RNA t-like protein (Bmal1), genes del criptocromo (mCry1 y mCry2), CKIe y Rev-erba.
per cry
transcripción
per crysíntesis
PER CRY
CLOCK BMAL1
Control molecular en mamíferos
El heterodímero CLOCK-BMAL1 facilita la transcripción de los genes per y cry (fenómeno dependiente de la luz)
per cry
transcripción
per crysíntesis
PER CRY
CLOCK BMAL1
Control molecular en mamíferos
PER CRY
PER CRY
PER CRY
PER CRY
Síntesis y acumulación en el citoplasma de las proteínas PER y CRY
per cry
transcripción
per crysíntesis
PER CRY
PER CRY
Control molecular en mamíferos
CLOCK BMAL1
PER CRY
PER CRY
Al anochecer hay mucha proteína PER y CRY. Éstas se asocian y se traslocan al núcleo.
per cry
transcripción
per crysíntesis
PER CRY
PER CRY
Control molecular en mamíferos
CLOCK BMAL1
El dímero PER-CRY inhibe al complejo CLOCK-BMAL1, inhibiendo así la transcripción de sus propios genes.
per cry
transcripción
per crysíntesis
PER CRY
PER CRY
Control molecular en mamíferos
CLOCK BMAL1
Y la síntesis de sus proteínas.
per cry
transcripción
per crysíntesis
PER CRY
CLOCK BMAL1
Control molecular en mamíferos
Al amanecer se inicia el ciclo de nuevo.
Ritmos estacionales: glándula pineal y melatonina
Representación de la ubicación de la glándula pineal en el ser humano.Fuente: adaptado de Pinel (2000).
Hipotálamo5.Glándula
Pineal
QuiasmaÓptico
1. NúcleoSupraquiasmático
Célula ganglionar
retinal
2.
3. Células preganglionares del asta lateral de la me torácica
(me)
4. Células postganglionares del ganglio cervical superior
Representación gráfica de cuándo se produce melatonina en un ciclo de veinticuatro horas.
Fuente: adaptado de Purves y col. (2008).
Durante la noche la glándula pineal secreta melatonina en respuesta a inputs del NSQ
Esta melatonina actúa a su vez sobre diferentes estructuras del cerebro (incluído el NSQ) y controla hormonas, procesos fisiológicos y conductas que muestran variaciones circadianas y circanuales.
Los hámsters macho muestran ritmos anuales en la secreción de testosterona
Trastornos del sueño por alteración de los ritmos circadianos
1. Síndrome de fase del sueño avanzada
2. Síndrome de fase del sueño retrasada
3. Desorden de funcionamiento libre
4. Síndrome del cambio de zona horaria (jet lag) y trastornodel sueño por cambio del horario laboral (shift work)
Síndrome de fase del sueño avanzada
Los individuos afectados se duermen alrededor de las 19-20h de la tarde y se despiertan alrededor de las 3-4h de la madrugada.
Mutación en el gen Per2 en el cromosoma 2 (el AA serina es reemplazado por el AA glicina)
http://www.dailymotion.com/video/x6wqzx_sindrome-de-fase-de-sueno-avanzada_school
Síndrome de fase del sueño retrasada
Los individuos afectados se duermen alrededor de las 3-6h de la madrugada y se despiertan alrededor de las 10-14h de la mañana.
Es el más frecuente de los desórdenes del ritmo de sueño-vigilia.
Mutación en el gen Per3 (cromosoma 1)
Desorden de funcionamiento libre: Ciclos de más de 24h / Ciclos de menos de 24h
Falta de sincronización entre ciclo sueño-vigilia y ciclo luz-oscuridad de 24h.
Causa: Retirada de zeitgebers ambientales
Trastorno frecuente en personas invidentes (70%).
En personas videntes se asocia a algún trastorno psiquiátrico (tipo neurótico)
Vía retinohipotalámica (nervio óptico)
NSQ
El jet lag es un trastorno que se caracteriza por la aparición de una serie de síntomas como consecuencia de atravesar rápidamente varios husos horarios.
Síndrome del cambio de zona horaria (jet lag) y trastorno del sueño por cambio del horario laboral (shift work)
Cansancio
Somnolencia
Irritabilidad
La gravedad de los síntomas depende de:
1- El número de husos atravesados
La gravedad de los síntomas depende de:
2- La dirección en la que se atraviesan
El reloj interno de la persona tiende a prevalecer, por lo que en los vuelos hacia el Este, no tendrá sueño cuando haya llegado la noche y en los viajes al Oeste tendrá sueño en pleno día.
OESTE
ESTE
La gravedad de los síntomas depende de:
3- La hora de llegada a la nueva zona
La gravedad de los síntomas depende de:
4- La susceptibilidad individual
Trastorno del sueño por cambio del horario laboral (shift work)
El problema surge por una desincronización entre el reloj interno y el marcado por los horarios laborales, de manera que el organismo no se acaba de adaptar al turno laboral.
Tratamiento de los trastornos de los ritmos circadianos
• Conductual: Higiene de sueño
• Farmacológico: Melatonina
• Aplicación de luminoterapia: 1-2h de intensa exposición lumínica
