Cronobiología: ¿cómo sincronizar nuestros relojes para ser más saludables?

Una de las definiciones más hermosas que tenemos del tiempo se atribuye a Platón: “Una imagen móvil de la eternidad”. Para Newton, en cambio, el tiempo era “absoluto, verdadero y matemático”, y fluye “uniformemente, sin relación con nada externo”. Esta última visión fue modificada por la Teoría de la Relatividad de Einstein, para quien “la distinción entre pasado, presente y futuro es solamente una ilusión persistente y molesta”. 

Más allá de las concepciones filosóficas y físicas, el tiempo es también “un aspecto de nuestra percepción del mundo” vital para la existencia. La mayoría de nosotros, personas ocupadas, vivimos sometidos al reloj. Rígidos horarios determinan nuestras actividades y configuran nuestros ciclos de vida. 

Alguien podría pensar que se trata de una condición exclusiva de los seres humanos. Sin embargo, se ha demostrado que desde organismos unicelulares más primitivos hasta los mamíferos más complejos comparten mecanismos genéticos y moleculares que regulan sus relojes biológicos en armonía con los ritmos del planeta, e incluso más allá. 

Además, nuestra vida, en tanto seres biológicos, puede verse como un conjunto de ciclos cuya duración puede variar desde segundos hasta décadas. De hecho, toda la vida no es más que la sumatoria de estos ciclos. 

Estas ideas se han sistematizado para dar lugar a una nueva rama de la ciencia que se conoce como Cronobiología. Esta se encarga de estudiar los ritmos biológicos y de ella han derivado nuevas ramas del conocimiento, como la Cronofisiología, la Cronofarmacología y la Cronomedicina.

Breve historia de la Cronobiología

La historia comienza en 1729, cuando el astrónomo francés Jean Jacques d’Ortous de Mairan se dio cuenta de que las hojas de la Mimosa púdica, una planta sensitiva que tenía junto a su telescopio, por la noche se cerraba para abrirse nuevamente durante el día. En un destello de genialidad, el científico colocó la planta en un sitio alejado de la luz natural y, contra todo pronóstico, las hojas siguieron abriéndose y cerrándose respetando el mismo ritmo. Esto le permitió sugerir que este ciclo dependía de mecanismos propios de la planta y lo comparó con los pacientes que, aún sin saber la hora, mantenían un horario de sueño regular.

A principios del siglo XX, los científicos alemanes Forel von Frisch, Beling y Renner demostraron que las abejas tenían lo que ellos llamaron “memoria del tiempo”, lo que les ayudaba a encontrar sus alimentos todos los días a la misma hora. Entonces, decidieron cruzar el Atlántico y comprobaron que los insectos “seguían buscando su comida a la misma hora local alemana”.

Pero el nacimiento oficial de la Cronobiología ocurrió en 1960, cuando Jürgen Aschoff y Colin Pittendrigh organizaron el primer congreso de esta disciplina. En ese momento se identificaron las primeras características de los ritmos circadianos, los cuales tendrían las características de ser ubicuos, es decir, están presentes en todas partes; endógenos, pues se producen en el interior de los organismos; auto-sostenidos, innatos y encontrados en todos los niveles de organización; además, dependen de períodos diferentes según la especie, y, finalmente, se sincronizan por periodicidades ambientales, la más significativa de las cuales es el ciclo luz-oscuridad (LO).

Todo esto entraba en contradicción con uno de los pilares de la Fisiología que había regido la medicina durante más de un siglo: la homeostasia. Este principio define la capacidad de los organismos vivos de autorregularse  para mantener la estabilidad de su medio interno, adaptándose a los cambios en el ambiente externo. 

El surgimiento de la Cronobiología llevó a la ampliación de este concepto, pues se clasificó la homoestasia como reactiva y predictiva. La primera es la condición que nos permite adaptarnos a los cambios del ambiente, mientras la segunda prepara al organismo para estos cambios antes de que ocurran.

La gran debilidad científica de esta teoría era la falta de bases moleculares que la explicaran. Es decir, se sabía el qué, pero faltaba entender el cómo. A principios de los 70, Seymour Benzer y Ron Konopka, investigadores del Instituto Tecnológico de California, decidieron modificar el cromosoma X de la Drosophila, conocida como “mosca de la fruta”. Escogieron esta especie porque el sistema nervioso y el comportamiento del insecto tenían una complejidad intermedia y, además, porque era posible estudiarla genéticamente. 

Los resultados fueron sorprendentes: los investigadores encontraron que las mutaciones en un sitio de este cromosoma determinaban drásticos cambios en el comportamiento de las moscas con tres patrones de tiempo diferentes: uno arrítmico (24 horas); otro corto, cuya duración era de 18 horas y, finalmente, uno largo, con una duración de 28 horas, como se muestra en la Figura 1. Además, fueron capaces de identificar el sitio específico dentro del cromosoma X donde habían ocurrido las mutaciones. 

Figura 1. Ritmo circadiano en las moscas de las frutas. Fuente: Revista PNAS (online).

El 1ro. de septiembre de 1971 publicaron sus descubrimientos en un artículo que resultó histórico a pesar del escepticismo que generó en su momento. Por primera vez se demostraba que la mutación de un gen era capaz de modificar de manera decisiva el comportamiento de un organismo vivo, afectando de manera particular su ritmo circadiano. 

No obstante, debieron pasar más de diez años para que se desarrollaran las técnicas que les permitieron a los investigadores estadounidenses Jeffrey Hall y Michael Rosbash, mientras trabajaban en la Universidad de Brandeis, aislar y clonar este gen, llamado Período. Además, descubrieron que era responsable de la producción de una proteína a la que llamaron PER, cuya concentración aumenta durante la noche y disminuye en el día, en función de la cantidad de luz. Esto significa que oscila rítmicamente en un ciclo con una duración que se acerca a las 24 horas. Cuando la proteína PER alcanza niveles elevados, ingresa al núcleo de la célula y bloquea la producción de más proteínas. 

En 1994, el científico estadounidense Michael Young, quien trabajaba en la Universidad Rockefeller, aisló otro gen (TIM) responsable de la producción de la proteína “timeless” (eterna), necesaria para mantener el ritmo normal. La “proteína eterna” se une a PER, y le abre la puerta al núcleo de las células para que inactive el gen período. Young también identificó el gen llamado “doubletime” (Doble Tiempo) que codifica la proteína DBT, responsable por retrasar la acumulación de la proteína PER. 

Este fascinante trabajo les mereció el Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 2017 por “escudriñar nuestros relojes biológicos y aclarar su mecanismo de funcionamiento”. Hoy se sabe que otros genes y otras proteínas participan y complejizan este proceso básico de funcionamiento. 

Ritmos biológicos y sus bases fisiológicas

Se entiende por ritmos biológicos a los cambios que ocurren periódicam