Si está buscando una indicación de cuán intrincadamente está ligada la fisiología humana al entorno en el que evolucionó nuestra especie, no necesita buscar más allá de nuestro reloj circadiano. Porque el entorno interno de nuestro cuerpo está regulado por ciclos de 24 horas que reflejan fielmente el tiempo que tarda la tierra en girar una vez sobre su eje. Además, estos ciclos están determinados por cambios en el entorno externo (por ejemplo, niveles fluctuantes de luz diurna) asociados con esa rotación. De hecho, este ciclo de 24 horas regula todo, desde el sueño hasta la tasa de metabolismo y la liberación de hormonas, y es tan refinado que continúa incluso en ausencia de señales ambientales. En otras palabras, incluso si coloca a una persona en una habitación sin ventanas para ver cuándo sale y se pone el sol y sin relojes para saber la hora,mantendrá un ritmo circadiano regular que se aproxima a las 24 horas .
Sin embargo, a pesar de la capacidad de los ritmos circadianos de persistir en ausencia de señales ambientales, nuestro reloj biológico responde muy bien a la presencia de luz en el entorno externo. Utiliza información sobre los niveles de iluminación para sincronizar las funciones fisiológicas diurnas para que ocurran durante el día y las funciones nocturnas para que ocurran durante la noche. Así, la presencia o ausencia de luz en el ambiente puede indicar si se deben activar sistemas que favorezcan la vigilia o el sueño . De esta manera, la luz ambiental (o la falta de ella) se convierte en una señal importante que puede conducir al inicio de una serie de funciones biológicas.
Puede que no sea sorprendente entonces que las anormalidades en la iluminación ambiental (por ejemplo, hay luz cuando el reloj del cuerpo espera que esté oscuro) puedan tener un efecto generalmente perturbador en la función fisiológica. De hecho, los cambios inesperados en los niveles de exposición a la luz se han asociado con trastornos del sueño, irregularidades cognitivas e incluso trastornos del estado de ánimo. Se cree que muchos de estos problemas ocurren debido a la falta de concordancia entre los ritmos circadianos y la luz ambiental; sin embargo, ahora también se reconoce un papel en la capacidad de la luz para afectar el estado de ánimo directamente, sin influir primero en los ritmos circadianos.
Fisiología de la detección de luz.
Para que la luz pueda influir en el reloj de 24 horas, primero se debe comunicar al cerebro la información sobre la luz en el entorno. En los vertebrados que no son mamíferos (p. ej., peces, anfibios), existen fotorreceptores fuera del ojo que pueden realizar esta tarea. Por ejemplo, algunos animales como los lagartos tienen un área fotorreceptora debajo de la piel en la parte superior de la cabeza . Esta área, a veces denominada tercer ojo , responde a la estimulación de la luz y envía información sobre la luz en el entorno a las áreas del cerebro involucradas en la regulación de los ritmos circadianos.
Sin embargo, en los humanos y otros mamíferos, parece que los ojos actúan como los principales dispositivos para llevar información sobre la luz al cerebro, incluso cuando esa información no se usa en el proceso de formación de imágenes. El hecho de que algunos pacientes ciegos puedan mantener los ritmos circadianos y mostrar cambios fisiológicos relacionados con el ritmo circadiano.en respuesta a la estimulación de la luz sugiere que el mecanismo de la retina para detectar la luz para funciones que no forman imágenes puede implicar células distintas de los fotorreceptores tradicionales (es decir, bastones y conos). Si bien hasta hace unos diez años se pensaba que los bastones y los conos eran las únicas células fotorreceptoras de la retina, ahora se cree que puede haber una tercera clase de células fotorreceptoras. Estas células, denominadas células ganglionares de la retina intrínsecamente fotorreceptoras (ipRGC), pueden responder a la luz independientemente de los conos y bastones. Se cree que tienen un papel limitado en la visión consciente y la formación de imágenes, pero pueden desempeñar un papel importante en la transmisión de información sobre la luz ambiental al cerebro.
Los ipRGC se proyectan a varias áreas del cerebro que se cree que están involucradas en la coordinación de los ritmos circadianos, pero su conexión más importante es con los núcleos supraquiasmáticos (SCN) . Los SCN son estructuras emparejadas que se encuentran en el hipotálamo y cada una contiene solo alrededor de 10,000 neuronas . Aunque 10 000 neuronas es un número relativamente insignificante en comparación con otras áreas del cerebro, estas 20 000 neuronas combinadas forman lo que a menudo se conoce como el “reloj maestro” del cuerpo. A través de un ingenioso mecanismo que involucra ciclos de transcripción y supresión de genes ( ver aquípara obtener más información sobre este mecanismo), las células del SCN muestran de forma independiente patrones circadianos de actividad, actuando como cronometradores confiables para el cuerpo. Las proyecciones del SCN a varias otras regiones del cerebro son responsables de coordinar la actividad circadiana en todo el cerebro.
Aunque las células del SCN son capaces de mantener los ritmos circadianos por sí mismas, necesitan información del entorno externo para hacer coincidir su actividad oscilatoria con el día solar. Aquí es donde entra la entrada de ipRGC; la mayor parte de esta entrada se suministra a través de una vía que viaja directamente desde la retina hasta el SCN llamada tracto retinohipotalámico . Este tracto utiliza la señalización de glutamato para notificar al SCN cuando hay luz en el ambiente externo, asegurando que la actividad del SCN esté en la fase diurna cuando hay luz natural presente.
Por lo tanto, existe una maquinaria compleja responsable de mantener la actividad fisiológica en una apariencia de horario de 24 horas y hacer coincidir ese ciclo circadiano con lo que realmente sucede en el mundo exterior. Sin embargo, cuando el funcionamiento de esta maquinaria se interrumpe de alguna manera, puede contribuir a una variedad de problemas.
Efectos indirectos de la luz en el estado de ánimo
El cerebro ha desarrollado una serie de mecanismos que permiten que los ritmos circadianos permanezcan sincronizados con el día solar. Sin embargo, cuando hay cambios rápidos en el momento de la iluminación en el ambiente externo, esto puede conducir a una desincronización de los ritmos circadianos. Entonces, esta desincronización parece tener un efecto perturbador sobre la cognición y el estado de ánimo; por lo tanto, estos efectos se describen como efectos indirectos de la luz sobre el estado de ánimo porque la luz primero debe afectar los ritmos circadianos, que a su vez afectan el estado de ánimo.
Viajes transmeridianos y trabajo por turnos
Un ejemplo de este tipo de interrupción circadiana ocurre durante un viaje transmeridiano rápido, como volar de Nueva York a California. Cruzar múltiples zonas horarias hace que el reloj del cuerpo se vuelva discordante con el día solar; en el caso de volar de Nueva York a California, el cuerpo esperaría que el sol se pusiera tres horas más tarde de lo que realmente lo haría en la nueva zona horaria. Esto puede resultar en una condición conocida coloquialmente como jet lag, pero médicamente conocida por términos que implican interrupciones circadianas: desincronización o disritmia circadiana.
Los viajes transmeridianos pueden provocar una serie de síntomas físicos y cognitivos. Los trastornos del sueño posteriores son comunes , al igual que otros trastornos del estado de ánimo como la irritabilidad y la fatiga . Las molestias físicas como dolor de cabeza también ocurren con frecuencia, y los estudios han encontrado que las personas que se someten a un viaje transmeridiano posteriormente muestran una disminución del rendimiento físico y la resistencia . Incluso se ha descubierto que los viajes transmeridianos retrasan la ovulación e interrumpen el ciclo menstrual en las mujeres. Un estudio encontró que los trabajadores de líneas aéreas que habían estado expuestos a viajes transmeridianos durante cuatro años mostraban deficiencias en el rendimiento cognitivo , lo que sugiere que puede haber un efecto acumulativo del desfase horario en la cognición.
Se pueden observar alteraciones similares en la cognición y la función fisiológica en individuos que están expuestos a altos niveles de iluminación nocturna (por ejemplo, aquellos que trabajan en un turno de noche). Las personas que están despiertas durante la noche e intentan dormir durante el día generalmente experimentan trastornos del sueño que se asocian con déficits cognitivos e incluso síntomas de depresión . Los efectos a largo plazo de la interrupción continua del ciclo de sueño/vigilia debido al trabajo por turnos implican una variedad de resultados negativos, incluido un mayor riesgo de cáncer .
Trastorno afectivo estacional
En algunos casos de depresión, los síntomas comienzan a aparecer a medida que las horas de luz se acortan en los meses de otoño e invierno. Luego, los síntomas a menudo disminuyen en la primavera o el verano y reaparecen anualmente . Este tipo de oscilación estacional de los síntomas depresivos se conoce como trastorno afectivo estacional (SAD, por sus siglas en inglés), y se supone que los ritmos circadianos están en el centro de la aflicción. Las principales hipótesis sobre la etiología del SAD sugieren que está asociado con una desincronización de los ritmos circadianos causada por cambios estacionales en la duración del día.
De acuerdo con esta hipótesis, en pacientes con SAD, los ritmos circadianos que están influenciados por la luz se retrasan cuando sale el sol más tarde en el invierno. Sin embargo, algunos ciclos (como el ciclo sueño-vigilia) no se retrasan de la misma manera, lo que lleva a una desincronización entre los ritmos biológicos y las oscilaciones circadianas del SCN. Un enfoque para tratar el SAD que se ha mostrado prometedor ha sido exponer a los pacientes a luz artificial brillante por la mañana . Esto pretende imitar el tipo de exposición a la luz de la mañana que los pacientes recibirían durante la primavera y el verano, y posiblemente cambiar sus ritmos circadianos (a través del tracto retinohipotalámico, ver arriba) para recuperar la sincronía. De hecho, los estudios han encontrado que la terapia de luz brillante es tan efectiva como la fluoxetina (Prozac)en el tratamiento de pacientes con SAD.
Efectos directos de la luz en el estado de ánimo
En los ejemplos discutidos hasta ahora, se supone que la exposición a la luz provoca cambios en el estado de ánimo debido a los efectos que puede tener en los ritmos circadianos. Sin embargo, también se está reconociendo que la exposición a la luz puede alterar directamente la cognición y el estado de ánimo. Los mecanismos subyacentes a estos efectos aún no se conocen bien, pero dilucidarlos puede ayudarnos a comprender cómo la luz puede estar implicada en los trastornos del estado de ánimo.
Los primeros estudios en esta área encontraron que la exposición a la luz brillante disminuyó la somnolencia, aumentó el estado de alerta y mejoró el desempeño en las tareas de vigilancia psicomotora . Más recientemente, se observó que la exposición a la luz de longitud de onda azul activaba áreas del cerebro involucradas en funciones ejecutivas ; otro estudio encontró que la exposición a la luz de longitud de onda azul aumentaba la actividad en áreas del cerebro como la amígdala y el hipotálamo durante el procesamiento de estímulos emocionales.
Si bien aún no está claro qué significan algunos de estos efectos directos sobre la actividad cerebral en términos funcionales, la conciencia de los efectos potenciales de la luz de longitud de onda azul ha llevado a la investigación de cómo el uso de dispositivos electrónicos antes de acostarse podría afectar el sueño. Los resultados son desgarradores para aquellos de nosotros que somos propensos a usar una computadora, un teléfono o un lector electrónico antes de acostarnos: un estudio reciente descubrió que leer un lector electrónico durante varias horas antes de acostarse generaba dificultad para conciliar el sueño y disminución del estado de alerta en la mañana y también causó retrasos en el tiempo del reloj circadiano.
Por lo tanto, parece que la luz es capaz de afectar la cognición y el estado de ánimo directamente, y los efectos pueden ser sorprendentemente extensos. Curiosamente, este tipo de efectos también se han observado en estudios con personas ciegas , lo que sugiere que los efectos directos de la exposición a la luz (como los efectos indirectos) pueden desencadenarse por la información enviada a través de las células que no forman imágenes en la retina (p. ej., ipRGC). A pesar de que esta es una vía por la cual la luz puede afectar el estado de ánimo sin influir primero en los ritmos circadianos, sin embargo, existe evidencia de que los ritmos circadianos aún pueden moderar ese efecto, ya que los efectos directos de la luz pueden diferir según la hora del día en que se produce la exposición. .
La poderosa influencia de la luz
La investigación sobre los efectos de la luz en el cerebro ha identificado un papel potencialmente importante para la exposición a la luz al influir en el estado de ánimo y la cognición. Sin embargo, aún queda mucho por aprender sobre las formas en que la luz es capaz de ejercer este tipo de efectos. Sin embargo, esta importante área de investigación ha sacado a la luz (sin doble sentido) un factor previamente no considerado en la etiología de los trastornos del estado de ánimo. Además, ha comenzado a generar conciencia sobre los efectos que la luz podría tener incluso durante actividades aparentemente inocuas, como usar dispositivos electrónicos antes de acostarse. Cuando se considera la importancia del papel que ha jugado la luz del sol en la supervivencia de nuestra especie, tiene sentido que el funcionamiento de nuestros cuerpos esté tan estrechamente relacionado con el momento del día solar. Quizás lo sorprendente es que el advenimiento de la iluminación artificial nos hizo creer que podíamos superar la influencia de esa relación. Sin embargo, investigaciones recientes sugieren que nuestra conexión con la luz del día es más poderosa de lo que habíamos imaginado.
LeGates, T., Fernández, D. y Hattar, S. (2014). La luz como modulador central de los ritmos circadianos, el sueño y el afecto Nature Reviews Neuroscience, 15 (7), 443-454 DOI: 10.1038/nrn3743
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