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Cronobiología y Experimentación Animal

La existencia de ritmos biológicos en las manifestaciones vitales es una característica fundamental de todo ser vivo.Ello supone que éste es un sistema bioquímico, funcional e incluso morfológico distinto según el momento del día enel que se estudie.

La aproximación clásica a la experimentación animal no tiene en cuenta, habitualmente, la existencia de ritmos bio-lógicos en los sujetos sometidos a estudio. Esto puede implicar la aparición de importantes errores en la interpretaciónde los datos experimentales. Errores que se podrían evitar fácilmente mediante un mejor conocimiento de las propiedadesde los ritmos biológicos y la toma en consideración de ciertos imperativos metodológicos.

En esta revisión expondremos algunas definiciones, resumiremos las propiedades principales de los ritmos biológi-cos, comentaremos cómo y dónde pueden aparecer estos ritmQS y, finalmente, enunciaremos una serie de consideracionesmetodológicas que ayudarán a integrar los ritmos biológicos en la experimentación biomédica.

PARA METROS QUE DEFINEN UNRITMO

Por ritmo biológico podemos entender cualquier varia-ción periódica y previsible de una variable de un organis-mo. Este carácter de cambio periódico ha sido determinan-te a la hora de utilizar funciones sinusoidales para intentaruna aproximación objetiva al estudio de los ritmos. Ladescripción de un ritmo mediante una función sinusoidal(no siempre esto es posible) permite la caracterización deaquél y su cuantificación por la estimación de varios pará-metros.

Los valores de proteína hepática de la rata constituyenun buen ejemplo que permitirá ilustrar mejor estos con-ceptos (Figura 1). Si determinamos la proteína hepática enratas habituadas a vivir bajo un ciclo de LO (LO) de 12 hde luz y 12 h de oscuridad (12: 12), de tal modo que laúnica diferencia entre los diferentes lotes sea la hora del díaen que se realiza el sacrificio, nos encontramos con que lamedia de los valores obtenidos cada 3 h dibuja en formaaproximada una función sinusoidal con un valor máximoal comienzo de la fase de oscuridad y un mínimo al iniciode la fase luminosa. El ajuste, mediante el procedimientode los mínimos cuadrados, de una función del tipo Y=M+A COS (wt + 1) permite el cálculo de cuatroparámetros que definen este ritmo: el periodo (t), laacrofase (1), la amplitud (A) y el nivel medio, denominado"mesor" (M).

El periodo es el intervalo de tiempo que media entredos episodios (o accidentes) idénticos de la variación; en elejemplo anterior el periodo es de 24 h. La acrofase es eltiempo que separa el máximo de la variación, del origen ofase de referencia; de nuevo volviendo al ejemplo, la acro-fase se produce a las 12 h y 10 min (hemos tomado comoreferencia de fase la media noche). La batifase. término

INTRODUCCIONSi bien es cierto que la noción de riUDos biológicos es

algo que fonna parte de la experiencia común del hombre,baste recordar aquí los ciclos de sueño-vigilia, los ciclosmenstruales o los que tienen lugar asociados a loscambios estacionales, el estudio objetivo de los riUDos esalgo que se ha retrasado hasta la aparición de la Cronobio-logía en la última mitad del siglo xx. La Cronobiologíasurge así como una nueva disciplina biológica que, par-tiendo de un enfoque multidisciplinar, se propone el estu-dio de la organización temporal de los seres vivos, de susmecanismos y de sus alteraciones.

La toma en consideración de la organización temporalde un ser vivo entraña que éste es un sistema bioquímico,funcional e incluso morfológico distinto según el momen-to del día en el que se estudie, y, además, supone que lasdiferentes variables que caracterizan la biología de un orga-nismo muestran una definida relación entre ellas en lo quese refiere al momento en el que ocurren sus valores máxi-mos y mínimos. La pérdida o alteración de esa coordina-ción entraña la aparición de trastornos funcionales en lavida del ser vivo.

Por tanto si, como está ampliamente demostrado, laorganización temporal es una propiedad fundamental de losseres vivos eucariotas, cualquier tipo de experimentaciónbio~ógica no podrá pennanecer con una cierta credibilidaden el futuro si no es a condición de integrar, en los proto-colos de estudio, elementos tomados de la Cronobiología,con independencia de que se trate de investigaciones de ca-rácter básico o aplicado.

El objetivo que ha guiado esta revisión ha sido el demostrar, junto con algunas definiciones y propiedades bá-sicas de los riUDos biológicos, cómo afectan los fenóme-nos ríUDicos a la experimentación animal.

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Departamento de Fisiología y Farmacología. Facultad de Biología. Universidad deMurcia.

Figura 1.Parámetros que caracterizan el ritmo circadiano de la proteína hepática en la rata. Cada tres horas s" ,,~. EEM d 6 . al M ed " d d l .. T .

00 F "'I""$entado la

media :t e anim es. =mesor. m la ajusta a e ntn\o; A = amphtud. =pen o; = acr()fl\~" (1' d

Y cols. 1988. Chronobiologia. 15: 205-212). ."11'" o de Soler

PROPIEDADES FUNDAMI~N'rl\l,":S DE

LOS RITMOS BIOLOGICOS

Las propiedades f~n~mentaIcs dl' Illk li'/lI()~ biológi-cos son básicamente sImIlares entre IIIH clllc'r(~/lIcS catego-rías de ritmos. si bien. ~lgunos ~e el/lllk 11111i()S puedenmOSlrar ciertas caractensucas propla~.

Carácter EndógenoQuizás la primera p~opi~d que dt~IIIIIIII": (;omentar sea

la de que los ritmos bl0lóglC~S per~I~II'11 '~II au~ncia de~ñales externas que aporten mfo~ma('I(II' 1¡~IIIJK)ral. Ellopermite diferenciar un verdad~ro ntll"II"',I('I~i(;o de cual-quier otra oscilación forzada dlrec~II(:I't/. /11 n la~ condicio-nes ambientales. Rigurosos expenm(:llt/ll¡ ,1,: ai~lamientotemporal, en los que el ~imal se matlt"'I":I';ljo unas con-diciones ambientales estrictamente CO'I::IIII"/::; (luz u oscu-ridad continua, ausencia de ruidos, kl"/II";III"a (;onstante,etc.), han puesto de manifie,sto que !(¡:: "1/'"", biológicos~ mantienen, aunque eso SI, su perll"l, I '11: '1¡~~vía ligera-mente de las 24 h (en la rata y en elluII""I'; :;uclc ser ma-yor de 24 h, mientra~ qu~ en el ratón y 1',1' JiJ ¡jrdilla vola-dora es ligeramente mfen~r a 24 h). J~::I;, J"'J{¡icdad se a-precia claramente en el registro de aclJ vj,I;j/J iJl/rncntaria dela rata Wistar, representado en la figurll Z I~j representa-mos las entradas de una rata a su COffU.,iJ¡:r,¡ Ilf' día debajodel otro observamos que durante la C1.f¡l':;It.,¡/¡rJ del animala un ciclo LO 12: 12la mayoría de I~~ (.1"',1/1;,:; la'! efectúapor la noche. Ello genera en l,a 8!á!iC¡j 1;, IIfr4fí<;ión de unabanda vertical más oscura comCldlcndt¡ (,(", /'), ~riodo deoscuridad. Si en un cierto momento k "'lIr,fI-,rl(:.rfIOS la luzapagada continuamente el animal CC¡ff,jJ'-,,/;, ~J ~riodo de

I TIPOS DE RITMOS BIOLOGICOS

Los ritmos biológicos abarcan una gran gama de fre-cuencias, desde un ciclo por ms, como el EEG, hasta unoen varios años. Es precisamente esta característica, la fre-cuencia, la utilizada para identificar las grandes familias deritmos. Así, en los mamiferos, el cortisol, la insulina y latemperatura, entre otros, muestran ritmos cuyo periodoestá próximo a 24 h (concretamente entre 20 y 28 h). Es-tos ritmos se conocen como circadianos (de alrededor de undía) y son con mucho los más estudiados y los mejorcomprendidos. Tienen, también, ritmos más rápidos (superiodo es inferior a 20 h) denominados ultradianos y, porúltimo, también muestran ciclos más amplios (periodomayor de 28 h) denominados infradianos. A su vez, dentrode esta última categoría se incluyen una gran variedad deritmos: circaseptidianos (aprox. 7 días), circamensuales(aprox. 28 días) o circanuales (aprox. 365 días).


Figura 2.Efectos de la luz constante débil (LL) sobre el ritmo de comportamiento alimentario de la rata. Las bandas oscuras

representan el tiempo que la rata está comiendo. Para facilitar la observación en cada fila se han representado dos díasconsecutivos. Del día l al 16 el animal estuvo expuesto a ciclos LO 12.12. A partir del día 16 se le mantuvo en

condiciones ambientales estrictamente constantes (LL). Nótese la persistencia del ritmo de comidas en estas condicionesiel periodo del ritmo de curso libre fué de 25 h Y 10 mino

HORAS

LO 12:12

LJ..

frecuentes comidas cada día un poco más tarde. Ello produ-ce una banda oblicua hacia la derecha en el registro. En es-tas condiciones es el riUDo endógeno del animal el que semanifiesta (ritmo de curso libre). Su periodo es, en estecaso, de 24 h 50 mino

La sincronización a los ciclos de LO se consigue fá-cilmente aislando las instalaciones donde se alojan los ani-males de cualquier influencia ambiental y encendiendo y a-pagando la iluminación siguiendo ciclos de 24 horas. Elciclo más usual es el de 12 h de luz: 12 h de oscuridad, sibien a veces se simulan fotoperiodos más cortos de 10 oincluso 8 h de luz, para que los ciclos de roedores noctur-nos se asemejen más a las condiciones en las que vive elhombre. En cualquier caso, en todo trabajo de investiga-ción es imprescindible reflejar las condiciones de sin-cronización en el que han vivido los animales (Ej. LO12:12, LO 14:10 etc).

Para la mayoría de los animales el sincronizador másimportante son los ciclos de LO con un periodo de 24 h;sin embargo, la sincronización también es posible por laactuación de otras variables cíclicas del ambiente tales co-mo ciclos de alimentación, de temperatura, de roído, etc.

En relación con el papel jugado por los ciclos de LOhay que destacar el peligro que, para la correcta sincroniza-ción de los animales, entraña el que en un determinadomomento del periodo de oscuridad se encienda la ilumina-ción del recinto donde se alojan los animales, aunque sólosea durante unos segundos. En general, sucede que si este

Capacidad de SincronizaciónAunque como ha quedado claro los ritmos biológicos

tienen un origen endógeno, sus características: acrofase,amplitud y periodo, pueden ser modificadas por las varia-ciones cíclicas de ciertos factores ambientales denomina-dos sincronizadores o "zeitgebers". Dicho de otro modo,cuando un ritmo se desarrolla bajo condiciones ambienta-les constantes, su acrofase tiene lugar cada día a diferenteshoras. Si, por el contrario, se expone a un "zeitgeber", co-mo puede ser el ciclo de LO, al cabo de varios días sellega a una relación estable de fase con el sincronizador, demodo que su periodo se iguala al del "zeitgeber".

En ausencia de sincronizadores las funciones de un ani-mal se encuentran en condiciones de curso libre y cada ani-mal podría presentar un comportamiento diferente a los de-más. Esta situación constituiría una fuente de variabilidaden los resultados que no podríamos controlar (Figura 3).

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Research In Surgery, Suplemento 9. Diciembre 1991

Figura .3.Valores hipotéticos de concentracion honnonal calculados a partir de un grupo de animales sincronizados (izquierda) o en

curso libre (derecha). Los animales de la izquierda están todos sincronizados a un ciclo de 12 h de luz y 12 de oscuridad (LO12:12). Sus ritmos están sincronizados de modo que la media del grupo es un fiel reflejo del patrón rítmico del grupo. Losanimales de la derecha se encuentran todos en curso libre. Debido a que sus periodos endógenos son diferentes, los ritmosh0nnonales de los distintos animales se encuentran desincronizados. Debido a estas diferencias de fase. la media del grupono refleja los patrones rítmicos de los animales individuales.(Redibujado de Moore-Ede. M.C. y cols. (1982). The clock

that time us.p. 26).

Slncronlzados (L/O)

12En curso libre (LL)

12Datos indiv.

~Periodo

o o 24

~2010

00

2010

A

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Media del grupo

~c : C' X ' ::KJI: : 1"';;1[/, : ¡ : ;LV 1 .I I

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-I

o 12 24 O

Tiempo del día (horas)

menos, durante todo el periodo de oscuridad, de tal modoque no proporcione al animal ninguna información tempo-ral.

encendido tiene lugar durante la primera mitad de la fase deoscuridad, inducirá en los animales una tendencia a retrasarlas acrofases de sus ritmos biológicos, mientras que si tie-ne lugar en la segunda mitad del periodo de oscuridad pro-dlllcirá un adelanto de fase. Para evitar el peligro que encie-mn las manipulaciones nocturnas de los animales se sueleaconsejar la utilización de una luz roja, como las que se u-san en fotografía. No obstante, la luz roja, a pesar de sumenor potencia sincronizadora, no está exenta de efectoscomo zeitgeber. Por ello, si se prevee que se van a realizarmanipulaciones nocturnas, lo indicado es mantener la luzrqja contínuamente encendida durante las 24 h, o, al

Es particulannente importante la influencia que los ci-clos de comida-ayuno tienen sobre el sistema circadianoanimal. La rest,ricción de la comida a un periodo de 2 ho-ras cada 24 puede desplazar las acrofases de la mayoría delas variables fisiológicas con independencia del ciclo deLO al que los animales hayan sido expuestos. Por tanto,si se quiere evitar el riesgo de la alteración de lasincronización del animal a los ciclos de LO, los animalesdeberán ser alimentados "ad libitum".

13

::K)

201

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3)

20

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:JJ2010


Figura 4.Respuesta testicular del hámster macho a fotoperiodos comprendidos entre O y 24 h de luz en 24 h. Cada punto representala media:!: EEM del peso testicular de un grupo de hámster sometidos al fotoperiodo indicado en abcisas durante un tiempo

previo de 3 meses. Para el mantenimiento del periodo reproductor se precisan fotoperiodos por encima de 12.5 h.(Redibujado de Elliot, l.A. Fed. Proc. 35: 2339-2346, 1976).

.-..-~s~..~o..M~

En el segundo caso, los ritmos infradianos sí suelenpermanecer sincronizados a determinados factores ambien-tales, aunque esta sincronización puede ocurrir de muydiferentes maneras. Los ciclos ciocalunares, con un periodode aproximadamente 28 días pueden sincronizarse con al-gún factor físico ligado al ciclo lunar. Por su parte losritmos circanuales habitualmente pennanecen sincroniza-dos a algún factor cíclico ambiental cuyo periodo sea deun año. Entre todos los existentes, son los cambiosanuales en el fotoperiodo (Figura 4) el sincronizadorelegido por la mayoría de los organismos para estructurartemporalmente actividades de una gran importancia para lasupervivencia de la especie, como son: la época de repro-ducción, migraciones, hibernación, etc.

La capacidad de sincronización que muestran los ani-males se viene utilizando desde hace tiempo en la experi-mentación animal para facilitar el trabajo del investigador.Tal es el caso de la obtención de muestras biológicas du-rante el periodo de descanso del personal. Esto se puedeconseguir desplazando el horario de encendido y apagado dela iluminación de tal modo que la fase luminosa se hagacoincidir con el horario de trabajo que nos interese. Estesistema requiere que se tomen algunas precauciones: porun lado, se requiere un largo periodo de adaptación, paraunas 12 h de desplazamiento horario se precisan de 2 a 3semanas; por otro, hay que llevar cuidado con las manipu-laciones nocturnas.

Los sincronizadores son diferentes en lo que respecta alos ritmos ultradianos e infradianos. En el primer caso, sibien persisten en ausencia de sei\ales externas, no suelenestar sincronizados a ningún ciclo ambiental. Quizás laúnica excepción a esta regla sea la de los organismos ma-rinos sincronizados a los ciclos mareales. La ausencia desincronizadores ambientales priva a estos ciclos de unacierta estabilidad en sus fases por lo que no se puede prede-cir con exactitud cuando tendrá lugar el siguiente pico deun ritmo ultradiano.

Es indispensable saber cómo un sujeto se encuentrasincronizado para poder interpretar las alteraciones even-tuales en su estructura temporal. En el caso de un animal,en la práctica, basta conocer las condiciones de ilumi-nación para saber cómo se encuentra sincronizado, porejemplo luz de 6 a 18 h; oscuridad de 18 a 6 h. En elhombre se utiliza el ciclo de actividad-reposo para conocersu sincronización.

Research In Surgery, Suplemento 9, Diciembre 1991

Figura S,Actividad de la N-acetil-transferasa (NAT) de pineal de pollo cultivada "in vitro", En la parte superior del gráfic..l se ha

representado el ciclo de W al que fueron expuestos los animales con anterioridad al sacrificio. (Redibujado de Binkley. 5.

y cols. Science, 202:1198-1201, 1978).

Luz LuzOscuridad8

,..J~Z 6

>":pC,)<x:

4

2

oo 6 12 18 24 30 36

Horas

42

res vivos, y, dentro de cada organismo, en todos su"; nivc-les de organización, la enumeración de las variablc..; cn lasque se manifiestan rebasaría con mucho los límitcs dc c..;tarevisión. Sin embargo, es importante que el invc..;lig¡ldortenga una noción de dónde y cómo pueden aparecer c..;lOSritmos. Tres son en principio los ámbitos en lo..; qucpueden manifestarse: a nivel celular, a nivel dc lcjidos Yórganos y a nivel del organismo completo. Esta división.aunque es adecuada para los fines descriptivos de esta revi-sión, no debe ser tomada en cuenta de una forma d(~masia-do estricta ya que los tejidos dependen de las célul¡ls, el or-ganismo completo de sus tejidos y órganos, etc.

Es factible imponer a un organismo un ritmocircadiano diferente de las 24 h mediante la manipulaciónde sincronizadores. Si por ejemplo exponemos a la rata oal ratón a la alternancia de L=ll h/ü=ll h induciremos enestas especies un ritmo circadiano de 22 h. No obstante,en los mamíferos, la sincronización no es posible mas quedentro de unos límites, generalmente entre 20 y 28 h, detal modo que si se superan estos límites los ritmos circa-dianos escapan a la sincronización y se manifiestan comoritmos de curso libre.

Origen MultioscilatorioEl carácter endógeno de los ritmos biológicos ha im-

pulsado gran número de investigaciones encaminadas a lalocalización de los reloj('.s biológicos que gobiernan estosritmos. Recientemente se ha podido demostrar que los or-ganismos superiores, como los mamíferos, están dotadosde mecanismos, los relojes biológicos centrales (tambiénllamados osciladores o marcapasos) que gobiernan un con-junto de ritmos biológicos. Este es el caso del núcleosupraquiasmático del hipotálamo, que aparece como elmarcapasos circadiano predominante. Va a controlar losritmos circadianos de ACTH, prolactina, del ciclo sueño-vigilia, la temperatura corporal, etc. Otros osciladoresparecen localizarse en la glándula pineal, que controla elritmo de la melatonina y el de los ciclos reproductores demuchos mamíferos; en la glándula adrenal, que produce elritmo de cortisol plasmático; en el núcleo ventromedialdel hipotálamo, relacionado con los ritmos de comida, etc.

Ritmos CelularesEn metazoos se han puesto de manifiesto numerows

ritmos circadianos uúlizando órganos o tejidos cn condi-ciones "in vitro", sin embargo, mucho más rara ha sido lademostración de que persisten en culúvos celulares. Unejemplo parúcularmente interesante ha sido demostrado cnculúvos de células pineales de pollo. Los pineal()Cilt)s dcave son capaces de mantener la periodicidad circadiana delenzima N-aceúl transferasa (NA1), enzima responsai>le della producción rítmica de la melatonina pineal in vivo(Figura 5). Esto ocurre además en una suspensión de célu-las parcialmente disociadas, lo que sugiere que cada célulacontiene su propio reloj para la producción cíclica deNA T, Y que, por tanto, básicamente, la secreción rítmicade melatonina en la pineal de pollo se debe a los esfuerzoscoordinados de todos sus "relojes" celulares individuales.

Ritmos en Tejidos y OrganosLos riUDos de variables fisiológicas, aunque ~n el

producto de un determinado tejido, se determinan habi-tualmente en un organismo completo, por lo que .'le hacedifícil disociar el papel de determinados tejidos en su

NIVELES DE MANIFEST ACION DERITMOS BIOLOGICOS

Dado que la manifestación de los ritmos biológicos estan amplia, recordemos que éstos aparecen en todos los se-

5


UJZ OSCURIDAD

ACROFASE

Hn:Ur ALAM o CRF

HIPOF1SIS

Gl. ADRENAL

AClli

Cortirosterona

Mitosis (parénquirna)

Mitosis (stroma)

Sensibilidad a ACfH

5 -HidroxitriptarninaCEREBRO

ffiRNFA

EPillERMIS

~

Mitosis

Mitosis

Mitosis

HIGAOO Contenido en glucógenoMalico deshidrogenasa

FosfolípidosMetabolismo ARNMetabolismo ADNMitosis (parénquima)

DlK)l)Er-K)

SANGRE

Captación de timidina

CortirosteronaFosfatolnsulinaLeurocitos totalesLinfocitosEosinófilos

FAcroRES INMUNESIgMTítulos de hemaglutinación

OONJUNroORGANISMO

RES (índice fagocítiro)Células formadoras de placa (bazo)Células formadoras de rolonia (bazo)Temperatura (rolon)Actividad motoraPeso rorporalSUSCEPfIBILillADA:Rayos XRuido blanro (% ron tum.)Endotoxina de E. roli (mortalidad)Etanol (mortalidad)Librium (l/tiempo supervivencia)Ouabaína (mortalidad)Daunomicina (mortalidad)Adriamicina (mortalidad)Arabinosil citosina (mortalidad)Ciclofosfamida (mortalidad)Vincristina (mortalidad)

16


En vertebrados hay algún ejemplo particularmente in-teresante que merece la pena ser comentado aquí. Cuandose aisla la glándula adrenal de hámster y se le mantienelargo tiempo en un cultivo de órganos, ésta muestra unclaro ritmo circadiano en la producción de esteroides. Laadministración de pulsos de ACTH es capaz de desplazarbruscamente estos ritmos, indicando que si bien en el or-ganismo completo es el hipotálamo el que controla elritmo de cortisol, la propia glándula adrenal es capaz degenerar el ritmo.

La forma que muestran los ritmos endocrinos havariado a medida que se han puesto a punto nuevas técni-cas de determinación de la actividad hormonal. Hace algu-nos años la mayoría de los ritmos endocrinos parecían te-ner un perfil casi sinusoidal, sin embargo, cuando se ha a-nalizado la secreción hormonal de forma continua se hapodido comprobar que ésta es casi siempre episódica. Lospulsos secretores son breves y su frecuencia e intensidad

aparición. No obstante vamos a comentar algunos ejem-plos de ritmos pertenecientes a esta categoría (Figura 6).

-Ritmos endocrinos. Debido al papel que juegan en laooordinación de las funciones corporales, uno de los rit-mos más importantes del organismo son los ritmos en-docrinos. La determinación de las oscilaciones circadianasen la actividad endocrina se ha abordado de cuatro maneras:

a) Mediante el sacrificio, la extracción de glándulas en-docrinas y el análisis de su actividad hormonal en unamUt(Stra de animales previamente sincronizados.

b) Mediante la determinación de los niveles urinariosdF hormonas o sus metabolitos.

c) Realizando determinaciones seriadas de los nivelesd~ hormonas en sangre, y

d) cultivando en un medio apropiado el tejidoendocrino y midiendo su secreción en el fluido del bafio.Actualmente casi todas las hormonas que se hanexaminado han mostrado ritmicidad circadiana.


manifiesto la esb"echa correlación temporal de diferentesfunciones regulOOoras relocionadas.

Las enzimas responsables del metabolismo del glucó-geno muestran también amplias oscilaciones en sus nive-les, lo que lógicamente se refleja en variaciones en la can-tidad de glucógeno almacenado en hígado y en la gluce-mia. La acrofase para el contenido en glucógeno ocurre enla rata hacia las 2 h, coincidiendo con el máximo de laglucógeno sintetasa y el mínimo en la glucógeno fosfori-lasa. También estos ritmos se mantienen en condicionesde ayuno.

La existencia de un ritmo en el metabolismo de los lí-pidos es un hecho conocido desde las investigaciones deHolrngreen en Ig32. En la rata hay un claro predominio delos procesos lipogénicos durante la noche, mientras quedurante el día es la lipolisis la que predomina. Por su parteen animales diurnos estos procesos están desplazados 12h.

varían ampliamente a lo largo de las 24 h. En el hombreestá demostrndo que al menos cuatro sistemas hipotálamo-hipofisarios (ACTH-cortisol, honnona de crecimiento,prolactina y LH) funcionan de este modo.

-Ritmos excretores. Los ritmos que aparecen en losconstituyentes urinarios tienen dos orígenes:

a)cambios en la actividad excretora renal (filtraciónglomerular y captación tubular),

b) cambios en los niveles sanguineos de metabolitos,hormonas, electrolitos, etc. Además, estos ritmosurinarios son fácilmente enmascarados ("masking effect")por la propia ingesta de alimento, la ingestión de agua, lapostura corporal, etc., lo que puede llevar a errores en lainterpretación de los resultados.

En el hombre, el Na+, K+, Cl- Y H+ muestrnn nive-les plasmáticos práctic~ente constantes, sin embargo a-parecen rítmicamente en orina, la causa aparente de ello esque el riñón los excreta más activamente durante el pe-riodo diurno. Este efecto puede estar causado por una com-binación de factores, unos inherentes a las células renalesy otros inducidos en las células tubulares renales por hor-monas como ADH y cortisol. Sin embargo, hay otros

iones, como el Ca++ y Mg++ Y metabolitos, como laurea, acido úrico o metabolitos de las honnonas corticos-teroides, cuyos niveles plasmáticos varían ampliamente yque alcanzan unas concentraciones urinarias en una pro-porción que refleja sus concentraciones plasmáticas. Otracaracterística importante de la ritmicidad renal es la fuertereducción que se produce en el volumen urinario durante elperiodo de reposo, nocturno o diurno según los hábitos dela especie. Este efecto no se puede achacar únicamente a lareducción en la ingestión de agua durante la noche, ya quese sigue produciendo en individuos que ingieren durantelas 24 h, a intervalos constantes, pequeñas cantidades deagua.

Tampoco la síntesis protéica es, en modo alguno, unproceso ajeno a estas oscilaciones. Cuando se mide la in-corporación de leucina H3 en proteínas de hígado de rata sedetecta un ritmo circadiano con una acrofase aproximada-mente a las 22 h y un mínimo entre las 8 y las 12 h.

Ritmos en el Animal CompletoComo hemos podido ver, la ritmicidad que aparece en

los tejidos es el resultado de la capacidad que tienen suscélulas de medir el tiempo. Del mismo modo los ritmosque aparecen en el animal completo son, a su vez, el pro-ducto de la actividad marcapasos de los tejidos. Sin em-bargo, hay cuatro categorías principales de ritmos que enla práctica s610 son identificables en el animal completo.Estos son: los ritmos metabólicos, los de sensibilidad quí-mica, los ritmos del desarrollo y los de comportamiento.

Ritmos Metabó/icosEl hígado de los roedores ha sido utilizado por muchos

investigadores como modelo para el análisis de la riunici-dad metabólica circadiana, hecho que no es accidental porser este órgano uno de los más extensamente estudiadospor la bioquímica de los organismos eucariotas.

Los principales enzimas clave en la degradación de losaminoácidos y en la gluconeogénesis muestran actividadesvariables a lo largo del nictámero. Llama la atención elhecho de que estas enzimas alcancen su máxima acúvidadaproximadamente a la misma hora del día, en la primeramitad del periodo de oscuridad, lo que pone una vez más de

Ritmos en la sensibilidad a agentes químicosDado que un organismo vivo es un sistema bio-

químico y funcional diferente según el momento del díadel que se trate no es sorprendente, por tanto, que los efec-tos terapeúticos y tóxicos de un fármaco sean diferentes deacuerdo con el momento en que se administra. No obstan-te, en farmacología el concepto "homeostático" del orga-nismo es el que sigue primando actualmente. Según elmismo, los efectos de un medicamento son constantes conindependencia del momento del día en que se aplica. Porejemplo, en todos los tratados clásicos de esta disciplina,la evaluación de la toxicidad de un medicamento, en unaforma y vía de administración determinados, toma comoreferencia la dosis letal 50. Se trata de aquella dosis quecausa la muerte del 50 % de los animales de una especie,sexo, edad y peso determinados. Esta antigua definición notiene en cuenta ni la hora de administración del agentepotencialmente tóxico, ni la sincronización de los anima-les, es decir, en la práctica, el ciclo de LO al que estánsometidos. Hoy día se sabe que la DL50 debe completarsecon puntualizaciones cronotoxicológicas. En efecto, ya en1958 Franz Halberg realizó el siguiente experimento:tomó ratones de una cepa genéticamente definida, si-milares en edad, sexo y peso, sincronizados mediante laalternancia de 12 h de luz y 12 de oscuridad. Cada 4 h,durante 48 h, 20 ratones recibieron una dosis única de en-dotoxina de E. ¿oli, de tal modo que la diferencia entre unlote y otro era la hora del tratamiento. Como índice de to-xicidad se tomó la mortalidad observada en cada lote. Enesta situación observaron que la dosis de endotoxina capazde provocar la muerte del 80% de los ratones a las 16 h,dejaba con vida al 90% de los mismos si se les inyectabacerca de la media noche.

La efectividad de una droga va a venir dada en funciónde sus tasas de absorción, metabolismo y excreción, del

1.8


Figura 8.Organización jerárquica del sistema circadiano animal. Las bandas oscuras representan conexiones nerviosas directas;

las flechas, mecanismos de acoplamiento hormonales o de otro tipo. (Redibujado de Brady, J. (1979). Biological clocks.Amold. Londres).

1 Ritmos 11 Ritmos 11 celulares 11 tisulares I

g¡¡ado de dilución en los tejidos corporales donde se dis-tribuye y de la suceptibilidad del tejido;iiana (Figura 7).Los ritmos circadianos en cada uno de estos factores con-tribuyen a la variación circadiana en la respuesta terapéu-tica.

La tasa de absorción de cualquier droga administradaOmImente depende, en parte, de la cantidad de alimento quehaya en el estómago, con la consiguiente variación entreanimales nocturnos y diurnos. Pero también en ausenciade alimento hay ritmos en la acidez gástrica y en la activi-dad enzimática intestinal. Todo ello contribuye a que lastasas de absorción en el tracto gastrointestinal cambiencon el tiempo.

Una vez que el fármaco ha penetrado en el interior delorganismo éste se liga con mayor o menor afinidad a lasproteínas plasmáticas que lo inactivan temporalmente. Lafracción libre es la única difusible y por tanto la farma-cológicamente activa. Esta fijación depende de numerososfactores farrnacológicos, en particular de la hora de admi-nistración del fármaco. Muy relacionado con este factor es-tá la variación circadiana que existe en el volumen sanguí-

neo yen el volumen extracelular, contribuyendo con un e-fecto adicional a la modificación del grado de dilución delfánnaco.

La existencia de variaciones circadianas en las tasas deinactivación y metabolismo está bien documentada, por e-jemplo, al examinar las actividades de enzimas hepáticosresponsables de la inactivación del hexobarbital, la hexo-barbital oxidasa hepática muestra un ritmo inverso al de laactividad anestésica de este medicamento. La actividad má-xima de esta enzima corresponde al momento en el cuallos animales permanecen menos tiempo anestesiados. Lastasas de excreción también están sujetas a variación circa-diana; por ej. la excreción urinaria de salicilato en hom-bres sanos muestra un ritmo circadiano, de tal modo que lamenor excreción ocurre por la mai\ana. Estas variacionesen la excreción urinaria se relacionan probablemente conel ritmo en la acidez urinaria. La orina excretada durante lanoche es más ácida que la producida por el día.

Todos los factores mencionados anteriormente tienenun efecto neto sobre la variación circadiana de la concen-tración de una droga que llega al órgano diana. Pero, ade-

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más, existe un ritmo en la suceptibilidad de la célula dianaya que se producen cambios en la densidad de receptorescelulares o incluso en la inducibilidad de sistemas enzimá-ricos celulares.

Lo expuesto anteriormente pone de manifiesto quemultitud de factores, cada uno con su propio ritmo cÍr-cadiano, influyen sobre la efectividad de la droga. Sonprecisamente aquellos campos de la farmacología en losque los efectos adversos de los fármacos son más intensoslos que muestran un más rápido desarrollo de la Cronofar-macología aplicada. Tal es el caso de la quimioterapia on-cológica, de los tratamientos inmunosupresores, de la me-dicación frente al asma bronquial, de los fármacos anticoa-gulantes, de los hipotensores, etc.

Ritmos en el desarrolloHay un tipo de acontecimientos fisiológicos que sólo

ocurren una vez en la vida de un individuo y que sin em-bargo están controlados a su vez por el sistema circadiano.Tal es el caso del momento del nacimiento y muda deartrópodos, la pubertad de mamíferos, la muerte, etc. Estetipo de fenómenos, lógicamente, no puede ser detectadocomo un ritmo en un solo individuo, sino que solamentese pone de manifiesto cuando se estudian poblaciones

El momento en la vida de un mamífero en el que tienelugar la pubertad está fuertemente condicionado por el sis-tema circadiano. En todas las especies estudiadas la mela-tonina, hormona producida cíclicamente por la glándulapineal, muestra un amplio ritmo circadiano, caracterizadopor bajos niveles diurnos y elevados valores nocturnos. A-demás, al menos en el hombre, se ha demostrado que seproduce un descenso progresivo en la melatonina séricadesde el momento del nacimiento hasta la presentación dela pubertad, momento en el cual los niveles de melatoninase estabilizan en unos valores similares a los del adulto.Este efecto antigonadal de la melatonina también se ha de-mostrado que ocurre en la rata, especie que, al igual que elhombre, muestra un único periodo de maduración sexualen su vida. La melatonina en la rata se ha visto que es ca-paz de retrasar la pubertad, inhibiendo la liberación deFSH y LH, pero solamente cuando el indol pineal se in-yecta en determinados momentos del ciclo circadiano, lamisma dosis de melatonina administrada a otras horas esineficaz para alterar la época de maduración gonadal. Estoviene a corroborar un hecho demostrado para otras muchassubstancias y es que el momento del día en que se admin-istra una hormona influye en su efectividad. Probablemen-te la maduración del sistema circadiano de la rata tengamucho que ver con la época de aparición de la pubertad yaque la pubertad y el momento en que el patrón rítmico deactividad motora y de ingesta de alimento alcanzan el esta-dQ adulto son coincidentes.

Uno de los fenómenos rítmicos más evidentes entrelos animales es la distribución circadiana de los periodosde actividad y reposo y de sueño y vigilia. La alternanciade luz y oscuridad es el srncronizador circadiano predomi-nante en este ciclo, sin embargo, cuando se elimina su in-fluencia, por ejemplo mediante el cegamiento de las ratas,éstas continúan mostrando un patrón circadiano de activi-dad-reposo, aunque habitualmente se produce un desplaza-miento de fase.

La conducta alimentaría también ocurre de una fonDaperiódica y en la mayoría de las especies es claramente cir-cadiana. Ratas adultas, mantenidas con un ciclo de 12 h deluz y 12 de oscuridad ingieren entre el 80 y 90 % de sualimento por la noche. Estos ritmos de ingesta de alimen-to persisten bajo gran cantidad de condiciones. Continúandurante la privación de agua, aunque con una ingesta totalreducida. Durante la lactación, cuando las demandas de e-nergía y alimento se duplican o triplican, el ritmo circa-diano se sigue manteniendo, pero proporcionalmente seingiere más alimento durante el día.

La capacidad de mostrar anticipación al momento en elque el alimento estará disponible es una de las característi-cas de los ritmos circadianos de ingesta. En la naturalezaesta anticipación es importante pues a menudo el animalha de emprender un viaje desde el lugar donde duenDe hastadonde obtendrá el alimento. Recientemente se ha demos-trado que la capacidad de anticipación a la disponibilidad dealimento está controlada por un marcapasos diferente a losnúcleos supraquiasmáticos, probablemente los núcleosventromediales del hipotálamo.

La ingestión de agua también muestra un fuerte ritmocircadiano. Debido a su relación con los ciclos de activi-dad-reposo y comida-ayuno la mayor parte del agua se in-giere durante el periodo principal de actividad del animal,coincidente con el periodo de máxima ingesta de alimento.Sin embargo, estos dos ritmos, de ingesta de alimento yde bebida, no dependen totalmente uno del otro sino queen detenninadas circunstancias se pueden desacoplar. Unadiferencia importante entre la organización temporal de lacomida y de la rebida es que mientras que la disponibilidadde alimento puede actuar como un agente sincronizador delsistema circadiano, la disponibilidad de agua no. La res-tricción del agua a unas pocas horas cada día no sincronizalos ritmos circadianos de curso libre del mono, de la ardi-lla o de la rata.

Ritmos de comportamientoDesde hace mucho tiempo se conoce que los ritmos

circadianos más evidentes en los animales son aquellosque tienen lugar en fenómenos de conducta. Entre éstos,los ciclos de actividad-reposo. el comportamiento alimen-tarío y la ingestión de agua son, por este orden, las tresvariables comportamentales más estudiadas.

Organización del Sistema Circadiano deMamíferos

Muchas células de metazoos complejos no son rítmi-cas únicamente cuando están en el animal intacto, sinoque pueden mantener sus carncterísticas rítmicas cuando semantienen en un cultivo. Aparentemente cada célula de unorganismo complejo posee su(s) propio(s) reloj(es) circa-diano(s), presumiblemente heredados de un protista ances-tral. Sin embargo, cuando se incorporan a un tejido, lascélulas no sólo cooperan pala desempeí\ar la función nor-mal del tejido, sino que lo hacen de una forma coordinadade manera que los relojes celulares oscilan al unísono.

Quizás la mejor forma de exponer cómo se organiza elsistema circadiano sea la que se ha esquematizado en la

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Research In Surgery, Suplemento 9, Diciembre 1991

figura 8. Este esquema supone que existen unos marcapa-sos "primarios" (núcleos supraquiasmáticos, glándula pi-neal), sincronizados mediante la actuación de la luz a tra-vés de la retina, que, a su vez, actúan sobre unos marcapa-sos de segundo orden, principalmente las glándulas endo-crinas. Las secreciones rítmicas de las glándulas endocri-nas pueden conducir o sincronizar los relojes jerárquica-mente inferiores localizados en otros tejidos o en célulasindividuales, o bien actuar sobre tejidos incapaces de osci-lar por sí mismos. Como resultado de estos procesos sevan a producir los diferentes tipos de ritmos que aparecenen un organismo.

2. (*)¿Muestreo serialmente dependiente oindependiente?

Las variaciones circadianas de la concentración plas-mática de una substancia pueden ser estudiadas a partir delas tomas de sangre realizadas mediante la colocación deun catéter en un pequeño número de animales (> 6 ani-males) de tal modo que para cada animal podemos obtener6 valores a lo largo de 24 h (si el muestreo se realiza cada4 h) (muestreo serial mente dependiente), o bien podemosobtener la sangre tras decapitación de un determinadonúmero de animales (> 6 animales) cada 4 h. En este casocada animal sólo proporcionará un dato (muestreoserialmente independiente). En principio estos dos modosde muestreo producen resultados coherentes, sin embargo,a menudo no siempre es posible elegir entre ambosmodelos. Por ejemplo, si lo que pretendemos es estudiarla variación ciocadiana de ciertos receptores cerebrales, o larealización de determinados estudios cronotoxicológicos,nos veremos obligados al muestreo serialmente indepen-diente.

I CONSIDERACIONES METODOLOGICASE~ EXPERIMENTACION ANIMAL

Una de las claves básicas de toda experimentacióncientífica es la posibilidad de reproductibilidad de los resul-tados de un experimento, siempre que éste se desarrolle enunas determinadas condiciones prefijadas. Otra es la posi-bilidad de deslindar los efectos de un "tratamie,nto" com-parando sus efectos con los de los correspondientes anima-les sometidos a un "placebo". Las dos situaciones única-mente podrán ser rigurosamente científicas si todas la va-riables, con la excepción lógicamente de todas aquellas quese quieran hacer intervenir, se mantienen estrictamenteconstantes o, al menos, controladas. Sin embargo, aúnhoy nos encontramos con que no se toma en consideraciónel factor tiempo como una variable más que, junto con elsexo, especie, edad, etc. pueda afectar a los resultadostanto cuantitativos como cualitativos de un experimento.Para tratar de evitar este error expondremos a continuaciónuna serie de consideraciones que a modo de lista de che-queo se deberían tener en cuenta a la hora de disefiar y pu-blicar un trabajo científico. Aunque esta lista no existe demanera formal, los elementos metodológicos que deberíacomprender han sido formulados hace algunos afios a par-tir de estudios cronobiológicos y recopilados por el Dr.Alain Reinberg. Las consideraciones marcadas con un as-terisco (*) son únicamente imprescindible; en estudios deCronobiología.

3. Especificación de la especie ysubespecie, variedad y cepa estudiada

El papel de los diferentes osciladores centrales puedevariar de una especie a otra, incluso entre especiesconsideradas como vecinas. Además, dentro de la mismaespecie existen variaciones importantes en lo que se refierea sus ritmos biológicos. Por ejemplo, se han aislado mu-tantes de Drosophila melanogaster que se distinguen entreellos por las modificacíones del periodo de sus ritmos cir-cadianos dependientes del gen "per" localizado en el cros-mosoma X. y si bien es cierto que los genes que contro-lan las propiedades de los ritmos biológicos en aves y ma-míferos no han sido hasta el momento identificados, síson evidentes las variaciones que se producen en ciertasvariedades dentro de una misma especie. Este es el caso delas ovejas en lo que respecta a su sensibilidad a los cam-bios en el fotoperiodo responsables de la inducción de sureproducción.

4. Especificación del sexo \Son muchos los trabajos que han puesto de manifiesto

la existencia de diferencias sexuales en los ritmoscircadianos y circanuales de muchas variables. Se han ob-servado en la Drosophila, en mamíferos de laboratorio eincluso en el hombre. AsÍ, por ejemplo, en el hombre seha detectado un ritmo anual para la prolactina. mientrasque no lo ha sido en la mujer.

1 1. (*)¿La recogida de datos o muestras se hade hacer de forma longitudinal o transversal?

El estudio de una oscilación temporal obliga a trabajara partir de datos obtenidos en diferentes momentos del ci-clo. Tomando como ejemplo el ritmo circadiano, la cuan-tificación de éste en una variable fisiológica o biológicarequiere como mínimo la obtención de datos cada 4 h a lolargo de 24 h. Para ello se puede proceder de forma trans-versal, por ej. obteniendo datos de 10 animales diferentescada 4 horas (60 datos en 60 animales) o de forma longitu-dinal, obteniendo datos en un solo animal cada 4 horas alo largo de 10 días (60 datos en un animal). En principiolos dos modos de recogida de datos son correctos, sin em-bargo, el primero permite conocer las características deuna muestra de sujetos estandarizados y, por tanto, compa-rables entre ellos.

5. Especificación de la edad y del pesoLos ritmos circadianos fetales y de las crías son muy

diferentes de los del animal adulto. Se precisa una ciertamaduración d~l sistema nervioso para que se produzca laexpresión de los ritmos circadianos y para que muestrencapacidad de ser sincronizados por los zeitgebers ambien-tales. El embrión ya suele mostrar ritmos circadianos en-trenados por la madre, sin embargo en el recién nacido,

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numerosos los experimentos en los que se constata que lavulnerabilidad de los roedores a agentes tóxicos o a anti-bióticos varía en el curso de un afta. Resulta. por tanto,indispensable saber la época del año en la que se han reali-zado los experimentos, incluso si los factores ambientalesen el animalario se han mantenido constantes. Además, enla medida en que la acrofase circadiana de un ritmo se pue-da desplazar a lo largo del año, es absurdo pensar que reali-zando el experimento todos los días a la misma ho-ra podemos evitar la interferencia de los ritmos circadia-nos.

estos ritmos desaparecen dando paso a ritmos en el domi-nio de frecuencia ultradiano para poco a poco ir aparecien-do de nuevo los ritmos circadianos. Al final de la vida, enel animal viejo, los ritmos circadianos pierden gran partede su amplitud.

La edad de paso de la periodicidad ultradiana a la circa-diana, en función del crecimiento, difiere de una variable aotra en la misma especie y de una especie a otra para lamisma variable. En la rata Wistar, por ejemplo, el ritmocircadiano característico del adulto, para la temperatura cor-poral, actividad motora y comportamiento alimentario, sealcanza hacia los 40-45 días de edad.

9. Especificación de las horas del día en quese realiza el experimento

Como ya se ha expuesto en varios lugares de esteartículo, el momento del día, en relación con el ciclo LOen que se mide una variable influye poderosamente en losresultados obtenidos, y no sólo de un modo cuantitativo.Por ejemplo, la noradrenalina inyectada en el hipotálamolateral puede estimular el consumo de alimentos si se ad-ministra al inicio de la fase de actividad. Pero la mismadosis de noradrenalina puede disminuir el consumo de ali-mento si se administra al inicio de la fase de reposo.

Sabemos que la mayoría de los roedores de laboratorio(rata, ratón, hárnster) presentan generalmente un máximode actividad nocturna. Sin embargo, se puede constatar quesolamente un tercio de los artículos publicados en 1987 enrevistas de alto nivel del área de Etología se han realizadodurante el periodo de oscuridad del roedor. Por el contrario,los dos tercios restantes se han realizado cuando el animalse encontraba en su periodo de reposo diurno.

6. Especificación de la sincronizacióncircadiana

El conocimiento de la los ciclos de LO utilizados parala sincronización de los. animales, así como las horas enlas que se ha efectuado el experimento son necesarios parala interpretación con-ecta de los valores obtenidos para cadavariable. Esto es particularmente importante entoxicología y en farmacología, en la medida en que losroedores, que son activos durante la noche, pueden servircomo modelos para el hombre que es activo durante el día.

Se admite generalmente que para la sincronización ade-cuada de los animales es suficiente con un ciclo de LO es-tabilizado durante 8 o más días, sin embargo, si los ani-males han sido sometidos a un desplazamiento de fase demás de 6 horas se precisa más tiempo para conseguir susincronización. Como regla general, se puede establecerun tiempo mínimo de sincronización de al menos dos díaspor cada hora de desplazamiento a que haya sido sometidoel animal.

Tampoco conviene olvidar el poder de sincronizaciónque tienen otras variables rítmicas del ambiente, como lapresencia y ausencia de alimento, la presencia y ausenciade la madre, etc.

10. (*) Recurso a los ritmos marcadorespara las comparaciones intra e interespecíficas.

En todas las especies animales existen ritmos mar-cadores que constituyen índices de la organización tempo-ral del resto de los ritmos que muestra el animal. Así, lasacrofases de la corticosterona y de la temperatura corporal,la mitad del periodo de sueño, o el comienzo del periodode actividad, pueden servir de referencia de fas~ para lo-calizar las acrofases circadianas de otras funcioneS. De estemodo se pueden realizar comparaciones intra e inter espe-cíficas ya que se tiene en cuenta la estructura temporal dela especie.

7. Especificar los posibles factoresenmascarantes del ritmo

Muchos factores del ambiente, no necesariamente rít-micos, pueden modificar las características de un ritmo, eincluso pueden hacer aparecer un ritmo donde no lo habíaanteriormente. Este es el caso de muchos ritmos diges-tivos en el perro, cuya aparición y características son fuer-temente dependientes de la hora en la que se le da de co-mer.

También, la simple manipulación, durante algunosminutos, del animal de laboratorio, incluso si ésta se repi-te diariamente de modo que el animal se "habitúe" a ella.puede modificar la forma de la curva del ritmo circadianode la corticosterona. Además el efecto de esta manipula-ción es mucho más acentuado a unas horas que a otras.

CAMPOS DE APLICACION DE LACRONOBIOLOGIA y PERSPECTIVASFUTURAS

La Cronobiología es claramente una ciencia multidis-ciplinar. Este carácter multidisciplinar constituye a la vezun factor de enriquecimiento y de desmembramiento parauna determinada ciencia. Desde nuestro punto de vista, laCronobiología es claramente una nueva ciencia. Si paradefinir a una nueva ciencia se precisa el que ésta poseaunos objetivos y una metodología propia, ésto ocurre conla Cronobiología. La Cronobiología posee unos objetivosespecíficos no cubiertos por ninguna otra ciencia, el estu-dio de la organización temporal de los seres vivos, de sus

8. Especificación de la sincronización anualLos animales, mantenidos en condiciones ambientales

constantes a lo largo de todo el año, ciclos de L/O=12/12,temperatura y humedad fijas, etc., muestran ritmos anua-les persistentes en numerosas variables. Quiere ésto decirque la acrofase, amplitud y mesor de un ritmo circadiano,puede cambiar en función de los meses del año. Son

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Los recientes avances experimentados por la bio-química y la biología molecular no se han mantenido aje-nos a la Cronobiología. Los ritmos que aparecen en lasestructuras subcelulares, los ritmos en actividades enzimá-ticas "in vivo" e "in vitro", así como la localizaci6n de al-gunos genes y la identificaci6n de proteínas implicadas enla génesis de ritmos biol6gicos son algunos de las líneasde trabajo de la Cronobioquímica.

La constataci6n de que al igual que sucede con muchosprocesos fISiológicos, también los procesos mentales, tan-to normales como patológicos, tienen una estructura tem-poral determinada es lo que ha permitido en los últimosaños el desarrollo de una potente área de trabajo, la Crono-psicología.

Perspectivas FuturasSi siempre es difícil especular acerca de cuál será la

evolución de una determinada ciencia, ésto es aún máscierto en el caso de una ciencia de reciente aparición comoes el de la Cronobiología. No obstante hay varias líneasde trabajo especialmente interesantes.

El estudio de la fisiología de los "relojes biológicos",así como la elaboración de mapas de fases cada vez máscompletos de los ritmos que presenta cada especie animalhan de ayudar al desarrollo de cualquier tipo de investiga-ción biológica al proporcionar adecuados valores de refe-rencia con fines experimentales o de diagnóstico médico.

El estudio de los ritmos de toxicidad y de efectosterapeúticos de un fármaco permitirá su utilización de unaforma más racional para aumentar sus efectos terapeúticossin que lo hagan paralelalamente sus efectos tóxicos. Sinduda, áreas como la cardiología, alergología, inmunologíay oncología se verán especialmente afectadas por la Cro-nobiología.

El desarrollo de nuevos aparatos automáticos que per-mitan la dosificación modulada a lo largo del tiempo delos medicamentos permitirá la aplicación práctica de losconocimientos aportados por la Cronofarmacología.

La toma en consideración de los ritmos de rendimientohumano deberá permitir el replanteamiento de fos ritmosde trabajo a turnos, de la docencia en las escuelas, así co-mo la mejora del rendimiento deportivo.

El diagnóstico precoz, mediante el análisis de las al-teraciones que tiene lugar en determinados ritmos marcado-res con anterioridad o al comienw de una determinada pa-tología, permitirá ganar el tiempo suficiente para su trata-miento con éxito

En definitiva nos encontramos ante una ciencia muyjoven que en los próximos años, superada la resistenciaactual, deberá ir cobrando cada vez más un peso específicomayor entre el resto de las ciencias biológicas y en espe-cial entre las ciencias biomédicas.

mecanismos y de sus alteraciones. Además, si bien utiliza

métodos que son propios de otras ciencias, el diseño ex-

perimental diferenciado y el análisis de resultados basado

en el estudio de series de tiempo, constituyen su metodo-

logía particular. Nos encontramos por tanto, con una cien-

cia que se encuentra a caballo entre las disciplinas que es-

tudian la forma, en este caso la organización en el tiempo

de los procesos que tienen lugar en un ser vivo, y la fun-

ción, puesto que se ocupa de los mecanismos que generan

los ritmos.

Los campos de aplicación de la Cronobiología son tan

amplios como los que abarca la biología, sin embargo con

el fin de no extendemos más allá de los objetivos de este

artículo, únicamente comentaremos aquellos en los que se

producen un mayor número de aportaciones.

En el nacimiento de la Cronobiología ha tenido mu-

cho que ver la Fisiología, por ello, la ~ronofisiología es

una de las áreas que han sido más decisivas a la hora de a-

portar un sólido cuerpo de doctrina que ha permitido el

desarrollo posterior de la Cronobiología. El estudio de las

propiedades de los ritmos biológicos, la descripción de los

ritmos que tienen lugar en los principales sistemas fisio-

lógicos, y el descubrimiento de algunos "relojes biológi-

cos", han sido algunas de las aportaciones más importan-

tes de la Cronofisiología.

Por su parte, la Cronopatología se ha desarrollado

alltededor de tres campos de estudio: los ritmos que se pro-

ducen en las manifestaciones patológicas (epilepsia, úlcera

péptica, etc.), las patologías que producen una alteración

de los ritmos (diferentes tipos de cáncer producen determi-

nados ritmos marcadores específicos), y, finalmente, las

patologías producidas por alteraciones en la estructura

temporal (jetlag, desincronización por trabajo a turnos, in-

somnio por retraso de fase, etc.).

Uno de los mayores campos en los que ha encontrado

su aplicación la Cronobiología es el de la Cronofarmaco-

logía y Cronotoxicología. El descubrimiento de que los

efectos terapeúticos y tóxicos de una droga variaban según

riunos circadianos y circanuales constituyó el paradigma

sobre el que se ha desarrollado la Cronofarmacología. Las

variaciones circadianas en la concentrac~n que alcanzan

los medicamentos en los humores (cronofarmacocinética),

las variaciones circadianas en la susceptibilidad de los te-

jidos diana (cronestesia) y los ritmos circadianos en los

efectos cuantitativos y cualitativos de los medicamentos

(cronoergia), constituyen los tres conceptos básicos sobre

los que se asienta la Cronofarmacología. La optimización

de los medios terapeúticos mediante un esquema cronofar-

macológico apropiado se nos aparece, pues, como un mé-

todo nuevo, con un gran interés teórico y práctico. Con

toda seguridad, los enfermos crónicos que padecen asma,

af'rCciones reumáticas, trastornos psiquiátricos y cáncer

~án beneficiarse en los próximos años de las ventajas

de~ Cronoterapeútica. Lo expuesto anteriormente para un fármaco es igual-

m te válido para un nutriente. La existencia de ritmos en

el metabolismo, en la absorción, en la eficacia de los pro-

cesos digestivos, y en el mismo comportamiento alimen-

tario constituyen las bases de los estudios sobre Crononu-

trición.

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