La Cronobiología es la ciencia (logía) que estudia los ritmos (cronos) biológicos (bios). Los ritmos biológicos no constituyen un fenómeno casual, sino que forman parte de la adaptación del organismo al entorno, hecho fundamental para la supervivencia de las especies. En 1971 se crea la Sociedad Internacional de Cronobiología. Destacan las investigaciones realizadas por Hellbrüge, Parmelee, Kleitman, Englemann, Dreifus?Brisac, Anders, y entre ellos el Laboratorio de Cronobiología de la Universidad de Minneapolis, que bajo la dirección de F. Halberg, desarrolla un modelo matemático necesario para el análisis de la ritmicidad de los procesos biológicos.
Los términos conceptuales más frecuentes en la ciencia de la Cronobiología [1-4] son:
· Ritmo biológico: es el cambio de una función fisiológica que recurre con un patrón de onda reproducible con significación estadística.
· Ciclo: consiste en la sucesión de acontecimientos que tienen lugar de forma repetitiva siempre en el mismo orden. Cuando un ciclo ocurre en un intervalo de tiempo constante y previsible se habla de ritmo. Cualquier fenómeno cíclico puede asimilarse a una función sinusoidal y a su correspondiente representación gráfica. Cuando se encuentra un sinusoide que se aproxima a la serie temporal de valores observados del fenómeno estudiado, se puede aplicar el método cosinor. El análisis coseno o cosinor consiste en la adaptación de una serie temporal de datos observados a una curva coseno, por el método de los mínimos cuadrados (FIGURA I). Los parámetros de esta función matemática, se emplean para describir las características de cada ritmo biológico concreto.
· Frecuencia: nos indica el número de ciclos que tiene lugar por unidad de tiempo y el periodo (su inversa) es el tiempo que tarda en repetirse un ciclo.
· MESOR (Midline Estimating Statistics of Rhythm): es el valor medio en torno al cual oscilan todas las mediciones u observaciones del fenómeno experimental.
· Amplitud: es la mitad de la altura que separa un máximo y un mínimo.
· Fase: señala en qué punto del ciclo se encuentra el fenómeno en un momento dado (una oscilación completa correspondería a un recorrido de 360º cuando se expresa en grados).
· Acrofase: es el tiempo en el que se observa el valor máximo de la variable en la curva coseno adaptada.
· Batifase: es el tiempo en el que se observa el valor mínimo de la variable en la curva coseno adaptada.
FIGURA I Definición de los parámetros de una función sinusoidal ajustada a los datos. A : amplitud, f: acrofase
Los ritmos biológicos se caracterizan por ser endógenos, hereditarios, de adquisición ancestral, por su universalidad, individualidad y estabilidad. Se pueden clasificar según su frecuencia en:
– Ritmos circadianos: aquellos que tienen una frecuencia próxima a la diaria, es decir entre 20 y 28 horas (secreción de cortisol, ritmo sueño- vigilia).
– Ritmos ultradianos son aquellos que tienen una frecuencia superior a la diaria, es decir un periodo inferior a 20 horas (latido cardiaco, ventilación pulmonar)
– Ritmos infradianos: cuando su frecuencia es inferior a la diaria, es decir, con un periodo entre las 28 horas y los 6 días.
– Ritmos con periodo superior a seis días: circaseptanos o semanales, circatrigintanos o mensuales, estacionales, circanuales.
Hablamos de ritmo de curso libre cuando el ritmo endógeno posee un periodo espontáneo, solo posible bajo condiciones experimentales. La señal u observaciones estudiados, están enmascarados por factores que proceden de la propia irregularidad de los acontecimientos biológicos (valores fuera de rango), y a veces por errores inevitables, introducidos por el proceso de medida empleado o por valores perdidos. La consecuencia de todo esto es que, la representación gráfica de los datos no manifiesta a menudo ningún tipo de ritmicidad, al ser sometida a un análisis visual o macroscópico.
Cualquier oscilación biológica, está formada como mínimo por una frecuencia dominante, que habitualmente se presenta acompañada de variaciones al azar, las cuales reciben la denominación de técnica de ruido. El estudio del espectro de frecuencias que presenta una señal concreta se denomina análisis espectral, y se realiza por métodos automatizados debido a la gran cantidad de cálculos repetitivos necesarios. Por indagar sobre aspectos, no facilmente identificables con la observación de conjunto, los métodos informáticos se equiparan al análisis microscópico de una pieza anatómica. De ahí la denominación de análisis microscópico en cronobiología.
Según la teoría jerárquica, existe un oscilador central (en nuestro organismo el más conocido es el núcleo supraquiasmático), sobre el que influyen sincronizadores exógenos o ambientales (el más importante la alternancia luz-oscuridad), y sincronizadores endógenos (mediante un mecanismo de retrocontrol de naturaleza principalmente hormonal). El oscilador central ejerce su acción, bien de forma directa o a través de osciladores periféricos. Otras teorías no jerárquicas, propugnan la existencia de sistemas multioscilantes jerárquicamente equivalentes. La luz/oscuridad es el sincronizador dominante. Otros secundarios serían los factores sociales, laborales, presencia o ausencia de alimentos, el ruido, la temperatura ambiental, campos eléctricos, etc.
El interés despertado por los ritmos oscilatorios, es debido al papel que desempeñan en el mantenimiento de la salud y en el desarrollo de algunos estados patológicos, así como a su importancia en la cronofarmacología y cronotoxicología.
REFERENCIAS
1. Ardura J, Andres J, Aldana J, Revilla MA. Development of sleep-wakefulness rhythm in premature babies. Acta Paediatr 1995,84:484-489.
2. Circannuals, persisting rythmicity. http://www.msi.umn.edu/hslberg/introd/ca.html.
3. Halberg F. A few more points on chronobiology. Minn Med 2006,89:6.
4. Ardura J, Andres J, Aldana J, Revilla MA, Aragon MP. Heart rate biorhythm changes during the first three months of life. Biol Neonate 1997,72:94-101.