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Cronobiología

Universidad Nacional de Quilmes

 
Tutorial de cronobiología muy básica
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Cronobiología desde cero

Más de una vez nos hemos despertado justo antes de que suene el molesto despertador y más de una vez tuvimos hambre justo al mediodía sin saber la hora. Por otro lado ya nos dimos cuenta que tenemos horas determinadas del día en las que somos más aptos para hacer diferentes tareas: por ejemplo estar concentrados por la mañana o tener actividad física por la tarde... estos son, nada más y nada menos, que indicios de que podemos de alguna manera “leer” el transcurso del tiempo y responder a este.

Si tienen la posibilidad de observar alguna planta podrán ver que su follaje se mueve a lo largo del día y a lo largo de todos los días. Entonces más allá de que este movimiento le sea o no favorable a la planta, podemos preguntarnos ¿Qué fenómeno físico o biológico controla tal movimiento? Ustedes podrán decir – El sol! – Ahora, ¿es el Sol y los factores ambientales en general, o existe algún mecanismo de control dentro de la planta?... esta pregunta también de la hizo DeMairan por los años 30 del 1700. Simplemente tomó su plantita que tanto quería y la colocó dentro de un ropero, en donde no llegaba luz... fantásticamente, el movimiento del follaje seguía el mismo patrón que en condiciones normales de luz; ¿Entonces? Dentro de la planta existe un mecanismo que le avisa la hora del día y que tiene que mover su follaje para tomar una posición determinada. Más tarde DuMonceau demostró que el fenómeno anterior no dependía de variaciones de temperatura y bastante más tarde, ya en el siglo XX, por fin se aceptó en forma general el origen endógeno de la ritmicidad. Estos acontecimientos dieron comienzo a la fase logarítmica del crecimiento de la Cronobiología, la cual estudia la relación que existe entre el factor tiempo y los fenómenos biológicos en general.

¿Por qué tener un mecanismo que permita leer los cambios Temporales del ambiente?

Nuestro planeta, como cualquier otro, se encuentra en continuo cambio, muchos de ellos cíclicos: días y noches, estaciones, mareas, por ejemplo. Estos fenómenos cíclicos afectan directa o indirectamente variaciones biológicas y ambientales. Para un ser viviente el sólo hecho de predecir alguno de estos cambios constituye una herramienta vital para su supervivencia. Por supuesto, no todos estos cambios se pueden predecir.

Yendo a los organismos vivos, podemos ver que la gran mayoría de las variables bioquímicas, fisiológicas y comportamentales presentan ritmos. Estos ritmos biológicos intentan predecir aquellos cambios externos (disponibilidad de alimento, peligros como por ejemplo depredación, períodos de apareamiento y parición, momento de migración, etc) y así preparar al organismo, con anticipación, para superar o aprovechar mejor dicho cambio ambiental. Visto desde otra óptica, si una célula o un organismo posee la virtud de predecir lo que le acontecerá en un futuro mediato, podrá de esta manera predisponerse mejor que una célula u organismo sin tal virtud (Homeostasis Predictiva). Los ritmos biológicos son generados a partir de un reloj con esta capacidad: leer cambios externos, aprender a predecirlos y así comunicarlo al tejido o célula correspondiente para que respondan correctamente.

Algunas definiciones
En las oscilaciones rítmicas podemos encontrar diferentes parámetros definidos de la siguiente manera: (Figura 1)

- Período: intervalo de tiempo en que un ciclo se completa (por ejemplo lapso de tiempo entre dos máximos continuos).

- Fase: punto de referencia, en la escala de tiempo, que indica el inicio de una oscilación y el final de la anterior.

- Amplitud: valor que arroja la diferencia de la media con el valor máximo (o mínimo) de la oscilación.

- Acrofase: valor temporal puntual, generalmente definido como el punto en el que ocurre el valor máximo de la amplitud.

- Cambio de fase: corrimiento temporal de fase (positivo o negativo)que sufre la oscilación en respuesta a estímulos foráneos al marcapasos.

 

Figura 1

 

De acuerdo con el período los ritmos biológicos pueden ser:

· Circadianos: períodos de aproximadamente 24 horas (entre 20h y 28h).

· Ultradianos: oscilaciones menores a 20 horas de perìodo.

· Infradianos: con períodos de más de 28 horas.

· Circanuales: alrededor del año de período.

· Circamareales: ritmos que dependen de las oscilaciones de las mareas.

· Circalunares: relacionados con los 28 días de las oscilaciones lunares.

“Zeirgeber” o dador de tiempo: este término se refiere al factor ambiental sincronizador. Para el caso de los ritmos circadianos el Zeitgeber más poderoso es la luz, o el ciclo luz oscuridad; aunque también la temperatura, disponibilidad de alimentos y hasta factores sociales pueden actuar como sincronizadores.

“Free Running” o Libre Curso: este término se utiliza para denominar a las condiciones constantes de laboratorio, en donde el individuo estudiado se encuentra libre de factores ambientales sincronizadores. Por lo tanto los ritmos biológicos observados se producen por causa de relojes endógenos. En estas condiciones el período de las oscilaciones, denominado t (tau), es ligeramente diferente al observado en condiciones naturales y el valor depende de cada especie; por ejemplo para el caso de los ritmos Circadianos, en individuos colocados en free running vemos que los períodos se alejan por encima o por debajo de 24 horas.

“Entrainment” o sincronización: es el proceso por el cuál el zeitgeber produce un cambio de fase (Dj) en las oscilaciones; como resultado los ritmos biológicos dejan de tener el tau (t) correspondiente a esa especie para tener el nuevo período impartido por dicho zeitgeber. En la figura 2 mostramos los actogramas que ejemplifican la sincronización por parte de la luz, de ritmos circadianos de actividad locomotora en hámsters.

 

Figura 2


PRC “phase response curve” o curva de respuesta de fase: el efecto sincronizador del zeitgeber, visto más arriba, no es el mismo a lo largo de la oscilación. Este efecto depende del momento o de la fase en que se produzca; de hecho existen brechas en donde no se dan tales efectos. Es por eso que cada zeitgeber en cada especie posee su PRC ( phase response curve). Estas se construyen dando un estímulo sincronizador, a individuos colocados previamente en free running, a diferentes tiempos a lo largo de un mismo período. Como resultado se obtiene un cambio de fase (Dj) diferente según el momento en que se aplicó dicho estímulo sincronizador. Estas curvas se construyen generalmente para zeitgebers de ritmos circadianos en animales. La PRC clásica muestra el efecto de la luz sobre el cambio de fase en la actividad locomotora de animales colocados en oscuridad constante (figura 3).

 

Figura 3