Bioritmos

Conceptualización

Los ritmos biológicos o bioritmos son ciclos que guían la conducta biológica y la fisiología de los organismos. Se pueden definir como cambios predecíbles cíclicos y periódicos que determinan funciones biológicas.

Los ritmos biológicos son endógenos; es decir: tienen un origen genético y persisten en ausencia de señales externas. Sin embargo, pueden ser modulados por los factores ambientales, quienes actúan como sincronizadores de los bioritmos. Estos sincronizadores se denominan zeitgebers, y los más comunes son la luz, la temperatura y las claves sociales, entre otras. Por otro lado, en especies sociales, tienen la función de sincronizar la conducta entre distintos individuos.

Taxonomía

Los bioritmos pueden ser de distinto tipo, en función de la duración cronológica del ciclo:

• Ultradianos: durante menos de 90 minutos, como el ritmo respiratorio o la secreción pulsátil de hormonas.
• Circadianos: duran 24 horas, como puede ser la actividad locomotora o el ciclo de sueño-vigilia.
• Infradianos: duran más de un mes, como la hibernación o el ciclo menstrual.

Investigación

La rama de la fisiología que estudia los bioritmos se denomina cronobiología, y persigue entender las características, el origen y las repercusiones de los bioritmos. La cronobiología utiliza una gran variedad de técnicas de estudio, incluyendo estudios a largo plazo con humanos. Los bioritmos tienen efecto sobre muchas áreas de la vida; desde aspectos del día a día de un bebé, hasta la regulación de la fisiología de los antronautas.

Uno de los estudios más interesantes es del biólogo francés Michel Siffre, en 1962, quien vivió un mes dentro de una cueva en los Alpes franceses. Michell reveló que, aún tras semanas de aislamiento, su cuerpo seguía manteniendo un ciclo de 24 horas de sueño y vigilia; aunque este ciclo se fue desplazando ligeramente. Sin embargo, Siffre perdió la noción del tiempo, creyendo que había pasado menos tiempo del real.

Ciclo sueño-vigilia

El ciclo de sueño-vigilia (CSV) se caracteriza por una alternancia entre el reposo y la actividad. Es común a todos los animales y a muchas plantas. Sin embargo, el sueño, definido por unas pautas conductuales y unos patrones electroencefalográficoscaracterísticos, es un fenómeno privativo de los animales de sangre caliente, es decir, de aves y mamíferos.

La investigación del sueño utiliza un procedimiento de registro mediante observación, en los que la persona duerme en una habitación y en la otra están los aparatos de registro, como el polígrafo (registro polisomnográfico) o la captura de vídeo. Se miden muchas variables fisiológicas, entre las que destacan:

• Actividad cerebral (EEG)
• Movimientos oculares (EOG)
• Actividad muscular (EMG)
• Respiración y tasa cardíaca
• Actividad eléctrica de la piel (EDA)
• Erección del pene (falografía) y clítoris (clitografía)
• Flujo vaginal (colpografía)
• Técnicas de neuroimagen

El sueño se mide mediante distintas técnicas, pero es habitual utilizar un hipnograma. Es un gráfico que recoge la duración y la distribución de los estadios de sueño a lo largo de la noche.

Ondas cerebrales

El cerebro funciona con energía bioquímica eléctrica. Es decir, las neuronas generan potencia eléctrica que se puede medir mediante ondas. Estas ondas se llaman ondas cerebrales, y se clasifican en función de su frecuencia. Las ondas cerebrales son:

Onda	Frecuencia	Región cerebral	Estados cerebrales
Delta	0.5 - 4 Hz	En todas las áreas	Asociada con el estado de sueño profundo (fase III y IV del sueño NREM).
Theta	4 - 8 Hz	Región fronto-centro-temporal	Aparece en estados de somnolencia, en las fases I y II del sueño NREM. Asociada a estados de meditación y relajación profunda.
Alpha	8 - 13 Hz	Región occipital	Indica estado de relajación con alerta, atención pasiva. Predominante en estados de relajación y en vigilia con los ojos cerrados.
Beta	13 - 30 Hz	Regiones frontales y frontales superiores	Asociada con la vigilia, razonamiento activo, resolución de problemas, atención y procesamiento cognitivo activo.
Gamma	>30 Hz	Región fronto-central	Asociada a procesos de alta complejidad cognitiva, percepción, atención sostenida, y respuesta a estímulos sensoriales.

La frecuencia también se puede expresar mediante ciclos por segundo. Por ejemplo 4 Hz significa 4 ciclos por segundo.

Durante el sueño, las ondas gamma no se suelen producir.

Las ondas delta son las que se el cerebro emite cuando disfruta de un sueño profundo y reparador.

Fases del sueño

El sueño se divide en dos fases principales, caracterizadas por la presencia o aucencia de movimientos oculares rápidos.

Característica	REM	Non-REM
Movimientos oculares	Rápidos	Ausentes
Actividad cerebral	Alta, similar a la vigilia	Menor, especialmente en las etapas profundas
Parálisis muscular	Presente	Ausente
Sueños	Vivos y detallados	Menos frecuentes y menos vívidos
Etapas	Una sola etapa	Dividido en tres etapas principales (1, 2 y 3)
Función principal	Consolidación de la memoria y procesamiento emocional	Recuperación física, reparación del cuerpo, conservación de energía

Hay una relación cíclica entre el sueño non-Rem y el sueño REM, ya que cada una de ellas tiene un propósito. El sueño non-REM sirve para la restauración de la homeostasis y la consolidación de la memoria explícita, mientras que el sueño REM sirve para el establecimiento de conexiones sinápticas y la consolidación de la memoria implícita.

REM

REM proviene del inglés Rapid Eye Movement, que significa Movimiento Ocular Rápido o MOR. Aparece 90 minutos después de inicio del sueño. Tiene una duración de entre 20 y 60 minutos.

En esta fase, se producen ondas PGO (Ponto-Genículo-Occipitales); es decir, una comunicación neuronal entre estas tres estructuras. La actividad de estas regiones se propaga hasta el nervio ocular, produciendo los movimientos oculares rápidos. También parece estar relacionado con la memoria y con la emoción.

Es una fase del sueño que se caracteriza por los siguientes aspectos:

• Movimientos oculares rápidos: los ojos se mueven rápidamente en diferentes direcciones.
• Sueños vívidos: durante el sueño REM, las personas suelen tener sueños más vívidos y complejos.
• Actividad cerebral: el cerebro está muy activo, casi tanto como cuando estamos despiertos.
• Parálisis muscular o atonia muscular: la mayoría de los músculos del cuerpo están temporalmente paralizados para evitar que actuemos nuestros sueños. Sin embargo, se pueden producir sacudidas musculares.
• Función: se cree que el sueño REM está relacionado con la consolidación de la memoria y el procesamiento de la información emocional.

En el sueño REM, se produce una desincronización del EEG (oscilaciones rápidas, alta frecuencia, baja amplitud).

Non-REM

Non-REM significa Non-Rapid Eye Movement o sueño Sin Movimiento Ocular Rápido. Es un sueño de frecuencia inferior a 8 Hz y de gran amplitud en el EEG.

Va acompañado por una disminución progresiva en la frecuencia cardíaca, la presión sanguínea, la respiración, la temperatura encefálica y el flujo sanguíneo cerebral, así como por una elevada secreción de hormona del crecimiento.

Esta fase del sueño se divide en 4 etapas:

1. Etapa 1, también llamada de sueño ligero: se caracteriza por el predominio de ondas alfa y algunas ondas theta, así como por una reducción significativa del ritmo cardíaco. Tiene una duración de 10 minutos.
2. Etapa 2: se caracteriza por el predominio de ondas theta y por la aparición de patrones característicos en el EEG como husos de sueño y complejos K, a la vez que el individuo es cada vez más insensible al entorno. Los complejos K son ondas agudas que aparecen de forma abrupta y actúan como mecanismo de inhibición para que el sujeto no se despierte. Tiene una duración de 15 minutos.
3. Etapa 3 y 4: caracterizan por el predominio de ondas delta (1 Hz).

Los husos de sueño, que aparecen en la etapa 2, son ondas de 11-14 hz. Se cree que están relacionados con diversas funciones, como la consolidación de la memoria, además de ayudar a modular la influencia de estímulos externos durante el sueño.

Ontrogenia del sueño

En el desarrollo ontogénico el sueño varía significativamente:

• Neonatos duermen entre 16 y 18 horas
• Adolescentes duermen 8 horas
• Adultos duermen entre 7 y 8 horas
• Ancianos duermen 6 horas

A medida que envejecemos, disminuye la candidad de sueño REM y aumenta el non-REM. De hecho, el envejecimiento produce marcadores en el sueño. Esto permite determinar la edad cronobiológica de una persona a partir del estudio de sus ciclos de sueño. Por otro lado, la investigación muestra que las personas expuestas a situaciones cronodisruptoras presentan puntuaciones más altas en marcadores de envejecimiento, y este cronoenvejecimiento parece estar relacionado con otras patologías como la diabetes, la presión arterial o incluso el cáncer y la infertilidad.

Fisiología

En cuanto a la fisiología del sueño y la vigilia, Curt Richter (1965) averiguó que las lesiones del hipotálamo alteran los ciclos de actividad, ingesta de comida y bebida en ratas. A partir de esta observación, postuló que el reloj biológico podría estar localizado en el hipotálamo.

Zucker y Moore (1972) estudiaron lesiones del núcleo supraquiasmático (NSQ) del hipotálamo y observaron que desorganiza los ritmos circadianos de actividad, secreción de hormonas y ciclo de sueño. Es decir, los organismos con lesiones en el NSQ no afectan a la cantidad total de sueño, pero sí a la distribución de las fases.

Núcleo supraquiasmático (NSQ)

El núcleo supraquiasmático está situado en el hipotálamo medial, justo por encima del quiasma óptico. La investigación muestra que el NSQ actúa como un reloj biológico endógeno.

El proceso funcional comienza con la percepción de luz, que actúa como principal sincronizador. La luz envía información.

Es decir, el proceso es el siguiente:

1. Aparición de luz
   1. La luz estimula las células ganglionares de la retina
   2. El tracto retinohipotalámico libera glutamato en las neuronas del NSQ
   3. Se inicia una cascada de transcripciones genéticas que permite la síntesis de nuevas proteínas
2. Con la ausencia de luz
   1. La cascada de transcripciones genéticas se detiene.
   2. Cesa de lberación de melatonina por la glándula pineal o epífisis.

Este mecanismo de activación y degradación de las proteínas tiene una duración de 24 horas

La abundancia de melatonina es lo que permite, por ejemplo, la hibernación de animales como los osos.

Sistema Reticular Activador Ascendente (SARA)

El SARA es una red de neuronas situadas en el tronco encefálico que proyectan hacia el tálamo y la corteza cerebral. Mantiene el estado de alerta y la excitación cortical a través de la liberación de neurotransmisores como acetilcolina, noradrenalina y dopamina.

Prosencéfalo basal

El área pre-óptica ventrolateral del hipotálamo anterior genera GABA, que inhibe las estructuras que mantienen la vigilia. Esto lo hace el prosencéfalo basal, que inhibe la actividad del SARA. También ejerce la función opuesta, deteniendo la generación de GABA y por tanto activando la vigilia.