¿Existen ritmos biológicos endocrinos anuales?

Índice

• ¿Qué son los ritmos biológicos?
• Tipos de ritmos biológicos
• ¿Y las hormonas? ¿También están regidas por ciclos anuales?
• ¿A qué se deben estas variaciones en los ciclos de las hormonas?
• ¿Cómo afecta este conocimiento a nuestra salud?

¿Qué son los ritmos biológicos?

Nuestro comportamiento, nuestra fisiología e incluso los procesos moleculares y celulares que ocurren en nuestro organismo se modifican de manera rítmica. La periodicidad, es decir, el tiempo que transcurre entre una repetición y la siguiente, determina tres tipos de ritmos biológicos principales: los ritmos ultradianos, que presentan un periodo menor de 24 horas; los ritmos infradianos, que tienen un periodo mayor de 24 horas; y, por último, los ritmos circadianos, que son aquellos que presentan un periodo de alrededor de 24 horas.

Los ritmos biológicos son cambios o procesos que ocurren en un intervalo de tiempo regular en un ser vivo, como el latido cardiaco, el ciclo menstrual, la respiración, etc.

Todos los organismos experimentan ritmos biológicos, los cuales pueden ser:

- Extrínsecos: determinados por factores externos al organismo, como la luz, la humedad, la alternancia entre día y noche, la temperatura, las fases de la luna, las estaciones, etc.

- Intrínsecos: provocados por fenómenos que ocurren dentro de ese ser vivo.

Tipos de ritmos biológicos

- Ritmos circadianos: se repiten más o menos cada 24 horas (pueden variar entre 20 y 28 horas) ya que dependen del movimiento de rotación de la Tierra y los cambios de luz a oscuridad que se producen como consecuencia de ella. Aunque son ritmos endógenos, es decir, internos a cada organismo, están influidos por diversos factores externos. Por eso, están regulados por una especie de "reloj" interno que, en los mamíferos, se encuentra en el núcleo supraquiasmático, situado en el cerebro (en el hipotálamo). Sin embargo, como decíamos, pueden verse alterados por factores externos.

- Ritmos lunares (también llamados selenianos o multinictemerales): relacionados con las fases lunares. Afectan, por ejemplo, a la mareas.

- Ritmos mareales: aquellos que se ven afectados por alta o baja marea. Afectan a los organismos que viven en el mar o cercanos a ella. Indirectamente, los ritmos mareales están afectados por la gravedad que la Luna ejerce sobre los espejos de agua terrestres, por eso los ritmos mareales y lunares están íntimamente relacionados.

- Ritmos anuales: procesos biológicos de los seres vivos que se repiten siempre en la misma época del año, como la época de celo y reproducción, la hibernación, la polinización, etc.

- Ritmos ultradianos: ritmos que duran menos de 24 horas, normalmente de entre 30 minutos y 6 horas. Los ejemplos más claros son los procesos motores, alimentarios y de sueño en ciertas edades como la infancia. 

- Ritmos infradianos: tienen un periodo mayor de 24 horas. Un ciclo infradiano característico es el conocido ciclo ovárico o menstrual de las mujeres, que se completa en 28 días aproximadamente.

¿Y las hormonas? ¿También están regidas por ciclos anuales?

Las hormonas controlan las principales funciones biológicas de la respuesta al estrés, el crecimiento, el metabolismo y la reproducción.

En los animales, estas hormonas muestran una estacionalidad pronunciada, con diferentes puntos de ajuste para diferentes estaciones. En los seres humanos, la estacionalidad de estas hormonas sigue sin estar clara. Por eso, una investigación reciente parece arrojar luz sobre este tema: parece que sí que existen patrones estacionales claros: las hormonas efectoras alcanzan su punto máximo en invierno-primavera, mientras que la mayoría de las hormonas hipofisarias reguladoras alcanzan su punto máximo solo meses después, en verano.

Este retraso de meses es sorprendente porque los retrasos conocidos en los circuitos hormonales duran horas, por lo que esta investigación afirma que podría deberse a un reloj circular: las masas de las glándulas productoras de hormonas crecen con una escala de tiempo de meses debido a los efectos tróficos de las hormonas, generando un circuito de retroalimentación con una frecuencia natural de aproximadamente un año que puede arrastrar a las estaciones. Por lo tanto, los humanos pueden mostrar puntos de ajuste estacionales coordinados con un pico invierno-primavera en los ejes de crecimiento, adaptación al estrés, metabolismo y reproducción.

Las principales funciones biológicas de los mamíferos (crecimiento, reproducción, metabolismo y adaptación al estrés) están controladas por ejes hormonales. En cada eje, las señales del hipotálamo provocan la secreción de hormonas hipofisarias específicas al torrente sanguíneo. Las hormonas pituitarias instruyen a un órgano periférico para que secrete hormonas efectoras con efectos generalizados en muchos tejidos. Por ejemplo, la respuesta al estrés se rige por el eje hipotalámico-pituitario-adrenal (HPA): las señales de estrés fisiológico y psicológico hacen que el hipotálamo induzca la secreción de hormona adrenocorticotropa, corticotropina o corticotrofina (ACTH) de la pituitaria, que le indica a la corteza suprarrenal que secrete cortisol. Estos ejes actúan para mantener los puntos de ajuste fisiológicos. Pero los puntos de ajuste pueden cambiar para adaptarse a diferentes situaciones, un concepto conocido como reostasis.

Una de las principales razones por las que los organismos cambian sus puntos de ajuste son las estaciones.

Los animales muestran cambios estacionales en las hormonas hipofisarias y efectoras que gobiernan la estacionalidad en la reproducción, actividad, crecimiento, pigmentación, morfología y migración. Esta fisiología adaptativa incluye cambios en la composición corporal, el tamaño y la función de los órganos. En general, se cree que la estacionalidad hormonal es un regulador dominante de los rasgos fisiológicos y de comportamiento en los animales.

Los animales muestran estos cambios con un ritmo anual incluso cuando se mantienen en condiciones constantes de fotoperiodo y temperatura.

Si las hormonas muestran estacionalidad en los seres humanos no se ha estudiado exhaustivamente mediante el seguimiento de muchas hormonas en un gran número de participantes. Cada eje se ha estudiado por separado, generalmente con pequeñas muestras. Estos estudios sugieren que las hormonas tiroideas y el cortisol muestran variaciones estacionales del orden del 10%.

Los datos consideran todas las hormonas hipofisarias y efectoras en un solo marco. Las hormonas secretadas por la hipófisis anterior para la reproducción (hormona luteinizante LH), el metabolismo (tirotropina u hormona estimulante de la glándula tiroidea TSH), el estrés (ACTH) y la lactancia (prolactina) mostraron oscilaciones estacionales que alcanzan su punto máximo en verano, julio o agosto.

Las hormonas efectoras, secretadas por los órganos periféricos bajo el control de las hormonas pituitarias, también mostraron estacionalidad, con amplitudes de uno a seis percentiles. En contraste con el pico de verano de muchas de las hormonas hipofisarias, las pruebas de hormonas efectoras alcanzaron su punto máximo en invierno o primavera. La hormona tiroidea T3 alcanzó su punto máximo en invierno, de acuerdo con estudios previos, en consonancia con su papel en la termogeneración. Su precursor T4 alcanzó su punto máximo a finales del otoño. Las otras hormonas efectoras alcanzaron su punto máximo a fines del invierno o la primavera, incluidas las hormonas sexuales testosterona, estradiol y progesterona y la hormona del crecimiento insulínico tipo 1 (GF1). Las hormonas efectoras de andrógenos también muestran una estacionalidad similar. Para el cortisol, tanto los análisis de sangre como los análisis de orina de 24 horas alcanzaron su punto máximo en febrero.

Varias hormonas mostraron un pico secundario, formando un ritmo semestral. La TSH mostró un pico importante en agosto y un pico menor en invierno. La prueba prolactina mostró un perfil semestral similar, quizás debido al regulador que comparte con TSH. Las pruebas para las principales hormonas efectoras sexuales estradiol en las mujeres y testosterona en los hombres mostraron un patrón semestral con un pico secundario de verano.

Por lo tanto, hay un retraso de primavera para la mayoría de las hormonas efectoras, cambiando su pico del 21 de diciembre a más tarde en el invierno o en la primavera. Además, hay un cambio de fase entre muchas de las hormonas efectoras y sus reguladores de hormonas hipofisarias, colocándolas en antifase aproximada.

¿A qué se deben estas variaciones en los ciclos de las hormonas?

Los cambios de fase pueden deberse a cambios impulsados por hormonas en las masas de las glándulas.

El retraso de primavera de las hormonas efectoras y la antifase aproximada entre las hormonas pituitaria y efectora son desconcertantes, dada la comprensión clásica de estos ejes.

El modelo clásico es que cada hormona pituitaria instruye la liberación de sus hormonas efectoras de las glándulas periféricas y, a su vez, es inhibida por las hormonas efectoras a través de circuitos de retroalimentación negativa. Los retrasos en estos procesos son del orden de minutos a horas, y son insignificantes en comparación con la escala de meses requerida para comprender el retraso de primavera y la antifase. A diferencia de los análisis de sangre observados, el modelo clásico predice que las hormonas hipofisarias deben coincidir con sus hormonas reguladas y, por lo tanto, tener la misma fase estacional que las hormonas efectoras que controlan (sin antifase). Para las hormonas controladas por fotoperiodo, el pico debe ser en el momento del fotoperiodo extremo (por ejemplo, 21 de diciembre).

Para comprender el posible mecanismo para el retraso de primavera y la antifase, se han tenido en cuenta mecanismos adicionales que pueden proporcionar una escala de tiempo de meses. Si nos centramos en el eje HPA, la ACTH no solo hace que la suprarrenal secrete cortisol, sino que también aumenta el crecimiento de las células suprarrenales. Asimismo, la hormona liberadora de hormona adrenocorticotropa CRH no solo hace que los corticotrofos de la hipófisis secreten ACTH, sino que también aumenta su tasa de crecimiento. Por tanto, las masas funcionales totales de las células corticotrofas y de la corteza suprarrenal son variables dependientes del tiempo. Cambian en una escala de tiempo de semanas, como lo demuestran los experimentos en roedores, debido tanto a la hiperplasia como a la hipertrofia. También se sabe que las masas de las glándulas suprarrenales y pituitarias cambian en los seres humanos, crecen bajo estrés prolongado o depresión mayor y retroceden cuando se alivia el estrés o la depresión.

Los modelos de masa de glándulas también pueden proporcionar un mecanismo para el reloj circular que se encuentra en los animales mantenidos en condiciones de fotoperíodo constante.

¿Cómo afecta este conocimiento a nuestra salud?

En resumen, se encontró que las hormonas humanas muestran un patrón estacional con amplitudes del orden de un pequeño porcentaje. La mayoría de las hormonas pituitarias alcanzan su punto máximo a finales del verano, y las hormonas efectoras de los órganos periféricos situados aguas abajo alcanzan su punto máximo en invierno/primavera.

No obstante, el efecto fisiológico de tales cambios no está claro ni cómo nos puede servir para mejorar nuestra salud. Debido al pico coordinado en todos los ejes en la misma temporada de invierno/primavera, y los efectos generalizados de cada hormona en muchos sistemas metabólicos y conductuales, incluso los pequeños cambios de las bases hormonales pueden tener un impacto seleccionable en la aptitud del organismo. Las amplitudes son mayores en latitudes más altas y es probable que tengan efectos más fuertes. Desde una perspectiva clínica, incluso un pequeño efecto sistemático puede causar un diagnóstico erróneo si los rangos normales no se adaptan a las estaciones, con los costos asociados de pruebas y tratamientos adicionales.

Una prueba de la relevancia fisiológica de los cambios estacionales es preguntar si el pico coordinado de la hormona efectora en invierno/primavera se correlaciona con un momento de alto punto de ajuste para la reproducción, el metabolismo, la adaptación al estrés y el crecimiento en humanos. Esto se relaciona favorablemente con las observaciones sobre un pico de invierno-primavera de la tasa de crecimiento humano, funciones cognitivas, funciones inmunes y calidad del esperma. La fecundidad humana también alcanza su punto máximo en invierno-primavera en Israel (lugar del estudio) y otros países en latitudes similares, y cambia a finales de año en latitudes más altas. La relación entre los análisis de sangre con hormonas y la fecundidad es compleja, ya que la fecundidad se ve afectada por factores culturales. Sin embargo, los datos acumulados sugieren un pico invierno/primavera no solo en las hormonas efectoras sino también en las funciones biológicas que controlan.

Es decir, sabiendo esto, y si se confirma este modelo, quizá sería una buena idea programar la fecundidad en cada país teniendo en cuenta cuándo se da el pico más alto de las hormonas sexuales, tanto femeninas como masculinas, para aumentar la posibilidad de lograr un embarazo rápidamente.

Otras pruebas del presente modelo pueden medir los volúmenes de las glándulas con las estaciones y, más específicamente, las masas funcionales totales de los tipos de células secretoras de hormonas. Es probable que los cambios en la masa de las glándulas operen junto con otros procesos lentos, como la regulación epigenética, para proporcionar inercia estacional. El modelo de masa de glándulas está en línea con una evidencia más amplia de estudios en animales que indican que el tamaño funcional de los órganos y los aspectos de la fisiología metabólica de un individuo pueden mostrar flexibilidad en escalas de tiempo de semanas e incluso días, dependiendo del estado fisiológico, las condiciones ambientales y los objetivos de comportamiento.

Esto también podría ayudarnos a mejorar nuestra salud al entender mejor cómo funciona nuestro organismo y cómo debemos respetar sus ciclos y ritmos para no ir contra de nuestro organismo. Al igual que debemos respetar los horarios diurnos de descanso y sueño que marcan los ritmos circadianos, quizá también debamos respetar estos ritmos anuales que dependen de las estaciones.