¿Qué es el reloj biológico y cómo funciona?

Los relojes biológicos dictaminan toda nuestra existencia desde que nos levantamos hasta que nos vamos a dormir. ¿Quieres conocer en qué consisten?
¿Qué es el reloj biológico y cómo funciona?
Samuel Antonio Sánchez Amador

Escrito y verificado por el biólogo Samuel Antonio Sánchez Amador el 29 septiembre, 2021.

Última actualización: 29 septiembre, 2021

Los seres vivos requerimos de cierto grado de rutina en nuestras vidas. Nos acostamos a unas horas preestablecidas a nivel social, comemos en momentos específicos del día y asignamos un periodo concreto al trabajo y al tiempo lúdico. Aunque toda esta organización parezca fruto del azar, en realidad tenemos un reloj biológico interno que dictamina todas nuestras acciones desde que nos levantamos.

El término “reloj biológico” puede llevar a cierta confusión, pues a veces le atribuimos ciertas connotaciones que van más allá de las capacidades de este sistema, o en su defecto, nos cuesta comprender hasta qué punto la conducta humana viene determinada por una serie de ciclos y ritmos. Sigue leyendo para saber más sobre estos mecanismos y cómo funciona nuestro reloj interno.

¿Qué es el reloj biológico?

Tal y como indica el National Institute of General Medical Sciences, el reloj biológico es un dispositivo de tiempo natural del organismo vivo que regula el ciclo de los ritmos circadianos. Dicho de otro modo, se trata de un parámetro biológico dependiente de una serie de mecanismos internos que se sincronizan con eventos ambientales.

Más que un solo “reloj biológico”, el cuerpo de todos los seres vivos consta de varios “relojes”, los cuales hacen referencia a proteínas específicas que interactúan con las células de todo el cuerpo. Casi todos los tejidos y los órganos del cuerpo humano tienen relojes biológicos y los genes que los codifican son muy similares en humanos, plantas, ratones, hongos y muchos más organismos.

Si bien los relojes biológicos representan una función abstracta presente en casi todos los tejidos, cabe destacar que existe un lugar en el que toda esta actividad se centraliza. En específico, nos referimos a un grupo de unas 20 000 neuronas que conforman el núcleo supraquiasmático. Te contamos las particularidades de esta estructura en las siguientes líneas.

El núcleo supraquiasmático: reloj central del organismo humano

El reloj biológico y las neuronas
El cerebro humano contiene múltiples “núcleos” encargados de funciones vitales. Es el caso del núcleo supraquiasmático, una estructura importante para regular los ciclos circadianos.

Tal y como indican estudios, el núcleo supraquiasmático (NSQ) es el principal reloj biológico del organismo. Mediante diversas proyecciones, esta estructura sincroniza los ritmos periféricos y estimula a la glándula pineal a través de una vía polisináptica para que esta libere melatonina, una hormona que juega un papel esencial en los ciclos del sueño (entre otras cosas).

El NSQ se encuentra en la sección del hipotálamo medial y está compuesto por unas 20 000 neuronas dorsales al quiasma óptico (de ahí su nombre). A su vez, el núcleo supraquiasmático se puede dividir en dos secciones: ventrolateral (núcleo) y dorsolateral (corteza).

Estas secciones difieren en la expresión de sus genes y en la forma de sincronizarse con los ritmos externos. Mientras que el núcleo del NSQ responde a los estímulos, la corteza expresa los genes de forma constitutiva, es decir, que se transcriben de forma permanente, independientemente de las condiciones ambientales.

Cuando hablamos de “expresión” de los genes nos referimos a los mecanismos de transcripción traducción. Dicho de forma sencilla, a veces se sintetizan proteínas codificadas por el genoma tras la exposición a un estímulo ambiental (expresándose así el evento codificado), mientras que en otros casos la síntesis del material proteico es ininterrumpida.

El núcleo supraquiasmático contiene varios tipos celulares y produce péptidos y neurotransmisores diversos.

La glándula pineal

El portal Cancer.gov define a la glándula pineal como ‘un órgano pequeño situado en el cerebro que produce melatonina’. También se conoce como “cuerpo pineal” y “órgano pineal”, aunque su función es siempre la misma. A nivel histológico, se describe como una pequeña glándula endocrina (que vierte hormonas a la sangre) de color gris rojizo y del tamaño de un grano de arroz.

Entender el papel de la glándula pineal en el reloj biológico central es muy complejo, así que te lo resumimos en un par de ideas básicas. Comenzamos por destacar que las células fotosensibles presentes en los ojos de los humanos detectan la presencia de luz durante el día y envían las señales pertinentes al núcleo supraquiasmático.

Las señales circadianas creadas viajan al núcleo paraventricular, a la médula espinal, al ganglio cervical superior y, por último, a la glándula pineal. Esta pequeña estructura interpreta la información brindada por el NSQ y produce (o no) melatonina en consecuencia, la que hoy en día conocemos como “la hormona del sueño”. Dicho de forma sencilla, se sintetiza más melatonina cuanta menos luz haya.

El pico de melatonina circulante se alcanza entre las 2:00 y las 4:00 horas de la mañana. Cuando es de día y estamos activos, la cantidad de esta hormona es mínima.

El reloj biológico y los ritmos

Ahora ya conoces qué es el reloj biológico central y cómo regula nuestro ciclo del sueño de forma somera. De todas formas, cabe destacar que este intrincado sistema no funciona por sí solo, ya que es necesaria la existencia de ciertos “ritmos” o “patrones” que influencien su funcionamiento.

Estos parámetros se conocen como ritmos biológicos y hacen referencia a una serie de oscilaciones en las variables ambientales e internas del organismo. Los ritmos nos modulan como seres vivos, ya que todas nuestras actividades vitales se manifiestan siempre con una variación regular (y no como un continuo inamovible). En las siguientes líneas, exploramos los distintos tipos de ritmos que existen.

Ritmos circadianos

Sin duda, son los más conocidos en este ámbito. El NIH define a estos parámetros como ‘oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo’. Todos los seres vivos poseemos ritmos circadianos relacionados con el reloj biológico que se repiten de forma cíclica cada 24 horas. Estos se inician en el organismo (endógenos) y responden a estímulos externos (exógenos).

Para que un ritmo circadiano se considere como tal, debe cumplir con las siguientes características:

  1. Es endógeno y persiste sin la presencia de claves temporales: los ritmos circadianos se repiten cada 24 horas aunque las condiciones del medio sean constantes (por ejemplo, oscuridad durante todo el día). Aunque sí es cierto que estos parámetros responden a estímulos externos al cuerpo del animal, son capaces de persistir con independencia del entorno.
  2. Es susceptible a la sincronización (entrainment): los ritmos circadianos se pueden resetear si el organismo se expone a ciertas condiciones ambientales, como la luz y el calor. Un ejemplo muy claro de esto tiene lugar cuando viajamos de un continente a otro; aunque las condiciones cambien, las rutinas se adaptan y se mantienen.
  3. Se desincroniza ante ciertas condiciones disruptivas: si un ser humano se expone a luz brillante durante 24 horas seguirá manteniendo sus ritmos circadianos como concepto, pero estos se trastocarán y no funcionarán bien. Esto significa que existen con independencia del entorno, pero se modulan por él.

Los ritmos circadianos son regulados por el reloj biológico (o relojes biológicos) presentes en el organismo. El mecanismo que mejor ejemplifica este conglomerado terminológico es el circuito núcleo supraquiasmático-glándula pineal-melatonina. Este depende del fotoperiodo y la cantidad sintetizada de esta hormona varía según las horas de luz a las que se exponga el organismo.

De todas formas, cabe destacar que los ritmos circadianos van mucho más allá de la producción de melatonina. La secreción de estas hormonas también se ve modulada por las siguientes sustancias:

  • Hormona adrenocorticótropa.
  • Hormona estimulante de la tiroides.
  • Cortisol.
  • Hormona foliculoestimulante.
  • Hormona luteinizante.

Ritmos lunares

A pesar de que los circadianos sean los más conocidos, no se tratan de los únicos ritmos existentes. Por ejemplo, las variaciones lunares (ritmos selenianos) son muy importantes para explicar ciertas conductas en los seres vivos. Algunos ciclos biológicos se presentan en una fase concreta de la luna, mientras que otros se efectúan en un ciclo concreto o a la mitad de este.

Diversos estudios han explorado el efecto de los ciclos lunares sobre el sueño y la conducta del ser humano, pero los resultados continúan envueltos de controversia. A día de hoy queda mucho por estudiar para alcanzar el mismo nivel de conocimiento en este ámbito que en el de los ritmos circadianos.

Algunas medusas del género Alatina se sincronizan para aparearse según la fase lunar. Esto ha sido demostrado de forma científica. 

Otros ritmos y el reloj biológico

El reloj biológico de las mujeres
Solemos asociar los relojes biológicos únicamente con el sueño, pero hay muchísimos ejemplos más. Uno de los más representativos es el ciclo menstrual.

A continuación, te traemos una lista con otros ritmos que no son ni lunares ni circadianos. Es de esperar que estos también afecten al funcionamiento del reloj biológico del ser humano, pero queda mucho por investigar:

  • Ritmos infradianos: son los que duran más de 24 horas. Un ejemplo muy claro en este ámbito es el ciclo menstrual (dura 1 mes).
  • Ritmos ultradianos: duran menos de 24 horas. El ciclo nasal de descongestión tiene lugar cada 4 horas.
  • Ritmos tidales: las mareas suben y bajan en intervalos de 12 horas. Los animales marinos ajustan su periodo de actividad según este parámetro.

En todos los ritmos biológicos, el periodo de mayor actividad se conoce como acrofase. Por otro lado, cuando los procesos internos son menos activos se dice que el ser vivo se encuentra en la batifase. La amplitud registra la diferencia entre ambos periodos a lo largo del ritmo biológico.

El reloj biológico y la mente humana

El reloj biológico controla los ritmos circadianos y, a su vez, estos últimos modulan las respuestas fisiológicas del organismo. El resultado tras la exposición a los estímulos parece bastante directo (si se produce melatonina y hay oscuridad, el humano se duerme), pero no es del todo así. En realidad, cada vez la ciencia se da más cuenta de que el reloj biológico va mucho más allá de la producción hormonal.

Un estudio muy interesante publicado en la revista Frontiers in Behavioral Neuroscience exploró el papel del reloj biológico en los circuitos de enfado y agresión de los seres vivos. Para ello, se postularon las siguientes hipótesis:

  1. Hay ritmos predecibles en las conductas de agresión y enfado en los animales.
  2. La disrupción de los ritmos circadianos fomenta la agresividad.
  3. La expresión crónica del enfado podría impedir el correcto funcionamiento de los ritmos fisiológicos. Esto podría favorecer la aparición de ciertas condiciones, como enfermedades cardiovasculares.

En animales no humanos se ha demostrado la variación estacional en el ámbito emocional según ritmos infradianos. En general, los seres vivos se vuelven mucho más territoriales y hostiles cuando están seleccionando territorios o apareándose. Dicho de otro modo, su reloj biológico dictamina que deben atacar a otros de su especie (o de especies diferentes).

En nuestra especie queda mucho por investigar, pero sí se intuye que ciertos seres humanos con ritmos circadianos específicos (cronotipos diferentes) son más propensos a la agresión y la agresividad. Se requieren más estudios en este ámbito, pero es de esperar que pronto se acabe encontrando una correlación férrea.

Los ritmos circadianos pueden modular la liberación de ciertos neurotransmisores relacionados con el estado anímico del humano. 

Reloj biológico y ritmos circadianos: el ambiente nos da la vida

En este espacio hemos tratado conceptos bastante complejos, pero todos se resumen en una premisa: el centro del reloj biológico es el núcleo supraquiasmático (NSQ) y existen otras muchas “subunidades” que lo componen en casi todos los tejidos del cuerpo. Los ritmos circadianos se ven modulados por este conjunto de tejidos biológicos y son endógenos.

Dependiendo de las condiciones ambientales, los ritmos circadianos pueden desajustarse o variar, pero siempre van a estar ahí, incluso si las condiciones siempre son las mismas. Sin duda, el mejor ejemplo que nos viene a la mente es el viaje de un país a otro: más allá del jet lag inicial, eres capaz de adaptarte al entorno, ¿verdad? Ahora ya sabes que tu reloj biológico es el responsable de esta y muchas más cosas.

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