Este documento describe los ritmos biológicos y la glándula pineal. Explica que los ritmos biológicos son fenómenos que ocurren en intervalos regulares de tiempo y son estudiados por la cronobiología. Luego describe parámetros como periodo, amplitud y fase que se usan para caracterizar los ritmos. También explica que existen ritmos circadianos, ultradianos e infradianos. Finalmente, detalla que la glándula pineal produce melatonina y está involucrada en los ritmos biológicos al ser influenci

1. RITMOS
BIOLÓGICOS
y
GLÁNDULA
PINEAL

2. RITMOS BIOLÓGICOS
- Características de los ritmos biológicos, definición y
nomenclatura
- Osiladores circadianos
- Perfiles hormonales con características rítmicas
- Cronofarmacología

3. RITMOS BIOLÓGICOS
Un ritmo biológico es la recurrencia de un
fenómeno biológico en intervalos
regulares de tiempo (Kalmus, 1935).
La cronobiología es la disciplina que
estudia los mecanismos y las
alteraciones de las estructuras
subyacentes a los procesos temporales
de cada organismo bajo diversas
situaciones (Halberg et al, 1977).

4. Parámetros en la caracterización y el estudio
de los ritmos biológicos
Periodo- lapso entre dos
acontecimientos idénticos, es
el valor de la duración de un
ciclo completo y es el inverso
de la frecuencia de un
evento. El periodo natural del
oscilador se denomina tau y
se expresa en condiciones
constantes cuando no hay
influencia de claves
temporales externas. En
inglés se llama free running y
en español “oscilación
espontánea.

5. Parámetros en la caracterización y el estudio
de los ritmos biológicos
Amplitud- la diferencia
entre los puntos máximo y
mínimo de la oscilación.
Cuando se trata de señales
analizadas mediante un
ajuste a una función coseno
(Método de Cosinor), la
amplitud se define como la
diferencia entre el valor
mesor y el valor máximo que
tiene la variable en un
periodo.
Mesor- el valor medio de la variable ajustada a una función
coseno.

6. Parámetros en la caracterización y el estudio
de los ritmos biológicos
Fase- es un punto
cualquiera del ciclo que sirve
de referencia para determinar
atrasos o avances, los puntos
más usados son el inicio de la
actividad y la acrofase, esta
última corresponde al punto
donde se alcanza el valor
máximo del ciclo.
Ángulo de fase-
corresponde a la diferencia de
fase entre dos oscilaciones,
usualmente las del
sincronizador y del oscilador.
oscilador

7. Los ritmos endógenos circadianos establecen una fase estable con los
ciclos ambientales que poseen un valor de periodo de 24 horas, como los
de la luz y la temperatura. Poseen las siguientes características:
a) Son endógenos, persisten durante
generaciones sin la presencia de claves
temporales
b) En condiciones constantes se presenta una
oscilación espontánea con un periodo
cercano a las 24 horas
c) Son susceptibles de sincronizar con los ritmos
ambientales que poseen un valor de periodo
aprox. de 24 horas como luz y oscuridad
d) Pueden dejar de expresarse bajo ciertas
condiciones ambientales como luz brillante
e) En oscilación espontánea, el periodo para
especies diurnas es mayor de 24 h; para las
nocturnas, menor de 24 h

8. Clasificación de los ritmos biológicos (Enright, 1981)
Ultradianos- periodos menores a 19 h. ritmos
respiratorio, cardíaco
Circadianos- periodos cercanos a 24 h. >29<19.
Ciclos sueño-vigilia, actividad-reposo y
secreciones hormonales como las de cortisol,
melatonina, prolactina
Infradianos- periodos mayores de 29 horas
Circamensuales
Circaanuales
Estrales

9. Características de los ritmos
biológicos
Endógenos
Sincronizables
Ubicuos
Independientes de la temperatura
Hereditarios

10. Existen cambios diurnos rítmicos en la concentración
circulante de varias hormonas. La explicación obvia para
este fenómeno son las fluctuaciones en la tasa de secreción
de estas hormonas, sin embargo existen otros factores
involucrados:
a) actividad de las enzimas de síntesis de las hormonas
b) fluctuaciones en la tasa de degradación y del volumen sanguíneo
c) cambios en la postura relacionados con los ciclos de actividad-
reposo
d) cambios en la respuesta de las células secretoras a factores
estimulantes o inhibitorios.
Además, los efectos de las hormonas circulantes están influenciados
por las fluctuaciones diarias en las concentraciones de proteínas
transportadoras, por el número de receptores y por la capacidad
de respuesta de las células blanco.

11. Los ritmos endocrinos pueden clasificarse con base en su rango
de oscilación y por el grado de independencia del ritmo sueño
vigilia.
Rango de oscilación Hormonas
Grandes, mayores del 100% Cortisol y GH
Intermedias, 50% Aldosterona y prolactina
Pequeñas, 20-30% Testosterona y TSH
Mínimas FSH y LH

12. En ausencia de estímulos ambientales los ritmos circadianos se
separan en dos grandes grupos con características temporales
propias.
El ritmo de GH se ajusta al de la temperatura corporal,
secreción urinaria de potasio y sueño REM.
Los ritmos de GH, temperatura de la piel, excreción de calcio y
el sueño de ondas lentas tienen otro periodo. Estas evidencias
condujeron a Moore-Ede a plantear la existencia de dos
marcapasos primarios.

13. Glucocorticoides (GC)
El pico de concentración de cortisol ocurre a la hora de
despertar y el mínimo a la hora de acostarse. Bajo un
fotoperiodo invertido, el ritmo de cortisol también se
invierte, los humanos requieren de una a tres semanas
para la inversión completa.
Las adrenales tienen un ritmo de secreción
autónomo que se mantiene aun in vitro y es
independiente de la concentración de ACTH. La
respuesta de las adrenales al ACTH es máxima cuando
las concentraciones plasmáticas de cortisol están en el
cenit y viceversa.

14. Hormona del crecimiento
Presenta grandes osilaciones, pero a diferencia de los GC es
dependiente del ciclo sueño-vigilia. En los humanos aumenta
escalonadamente después de comenzar el sueño y pulsos
adicionales de GH ocurren en la primera mitad del sueño.
Sujetos bajo un fotoperiodo de 21 horas despierto por nueve de
sueño exhiben un ritmo de GH de 30 horas, un periodo que excede
los límites normales de los ritmos circadianos.

15. Prolactina
Al igual que la GH, la prolactina
presenta incrementos plasmáticos
nocturnos y está estrechamente
vinculada con los ciclos sueño-
vigilia. Sin embargo, existen
diferencias marcadas, en lugar de
un aumento brusco después de
conciliar el sueño, característico de
GH, la prolactina muestra un
incremento gradual y un máximo
poco después del despertar. La
siesta provoca picos de PRL y la
vigilia ausencia de incrementos
nocturnos de PRL. Al parecer,
existe una asociación entre la
secreción de PRL y sueño REM.

16. Aldosterona
Aldosterona
Bajo Na+
Incrementa rápidamente
después de levantarse y
alcanza un máximo
alrededor de las 16:00.
Está en relación estrecha
con los ritmos de ACTH
y renina, dos de los
factores principales que
regulan la secreción de
aldosterona.

17. Tirotropina y testosterona
El ritmo de TSH se caracteriza
por un incremento brusco en la
tarde y alcanza su máximo cerca
TSH
de la medianoche. El nadir se
presenta cerca de las 16:00
horas. El sueño parece tener
efectos inhibitorios sobre la
secreción de TSH; la vigilia
mantiene concentraciones altas
de TSH.
La testosterona alcanza valores mínimos en la tarde,
posteriormente se presentan incrementos graduales nocturnos
dados por pulsos episódicos. Los valores máximos se alcanzan a la
hora de despertar.

20. RITMOS BIOLÓGICOS EN EL SISTEMA ENDOCRINO
A diferentes niveles: biosíntesis, secreción, transportadores,
depuración, receptores.
EJEMPLOS:
Melatonina
Hormona de crecimiento
Glucocorticoides
Prolactina
TSH, etc.
IMPORTANCIA CLÍNICA:
1.- Viajes trasatlánticos
2.- Medicina del trabajo
3.- Patología
4.- Farmacología

21. Oscilador biológico
Definición – Estructura marcadora del tiempo, la cual tiene
la capacidad de medirlo.
Características:
a) reconoce las fases del ciclo ambiental
b) tiene mecanismos para ajustar los cambios de fase
c) se puede sincronizar
d) puede dirigir a otros ritmos
e) compensa los cambios de temperatura

22. Oscilador biológico
Localización en mamíferos:
Núcleo supraquiasmático y Glándula pineal.
Núcleo supraquiasmático:
- Neuronas PSA-NCAM
- Neurotransmisores: arginina-vasopresina y VIP
- Regula la liberación de CRH y la oxitocina
- Regula la liberación de melatonina
Modelo molecular:
Genes: CLOCK (cromosoma 4q12), BMAL1 (heterodímero con CLOCK) y
TIM (cromosoma 12q12-13).
Sobrexpresión de CLOCK en núcleo supraquiasmático.

23. Glucocorticoid hormones inhibit food-induced phase-shifting of peripheral
circadian oscillators EMBO J 20:7128-36 (2001) Le Minh N
The circadian timing system in mammals is composed of a master pacemaker in
the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus and slave clocks in most
peripheral cell types. The phase of peripheral clocks can be completely uncoupled
from the SCN pacemaker by restricted feeding. Thus, feeding time, while not
affecting the phase of the SCN pacemaker, is a dominant Zeitgeber for peripheral
circadian oscillators.. Thus, glucocorticoid hormones inhibit the uncoupling of
peripheral and central circadian oscillators by altered feeding time

26. Mammalian circadian clockwork model. The clock mechanism comprises
interactive positive (green) and negative (red) feedback loops. CLOCK (C,
oval) and BMAL1 (B, oval) form heterodimers and activate transcription of
the Per, Cry and Rev-Erb genes through E-box enhancers. As the levels of
PER proteins increase (P, blue circle), they complex with CRY proteins (C,
diamond) and CKI/CKI (/, circle), and are phosphorylated (p). In the
nucleus, the CRY–PER–CKI/CKI complexes associate with CLOCK–
BMAL1 heterodimers to shut down transcription while the heterodimer
remains bound to DNA, forming the negative feedback loop. For the positive
feedback loop, increasing REV-ERB levels (R, circle) act through Rev-
Erb/ROR response elements in the Bmal1 promoter to repress (-) Bmal1
transcription. CRY-mediated inhibition of CLOCK–BMAL1-mediated
transcription de-represses (activates) Bmal1 transcription, because REV-
ERB-mediated repression is inhibited. An activator (A, circle) may
positively regulate Bmal1 transcription (?) alone or by interacting with
mPER2. There are probably kinases (?) other than CKI and CKI that
participate in phosphorylation of clock proteins.

27. Glándula Pineal

31. Glándula pineal
Nombre: cono de pino – Galeno
“Tercer ojo”, centro del alma, etc.- Descartes
Derivado cerebral, con cambios filogenéticos: de fotorreceptor a
glándula endocrina
Evaginación del tercer ventrículo
Pinealocitos
Reciben inervación simpática, visual (gl. cervical
superior vía núcleo supraquiasmático), olfatoria y
acústica (hipotálamo)
Produce melatonina, vasotocina, vasopresina, oxitocina, renina,
péptidos

34. Estructura química de la melatonina

37. Proyecciones neurales

45. Receptores Membranales
ESTRUCTURA FUNCIÓN
NSQ Fotoperiodo
Hipotálamo mediobasal y Reproducción, SOL
área preóptica
Capa plexiforme exterior Función visual, adaptación a
de la retina iluminación ambiental
Corteza cerebral y tálamo Efectos hipnóticos
y regulación de sueño
Porción tuberal de la hipófisis Secreción de LH, FSH, PRL
Arterias cerebrales Acción cardiovascular
y termorregulación

48. Luz
Fotoreceptor en retina
Ganglio retinal
Ganglio retino-hipotalámico Tracto genículo-hipotalámico
+
GABA
Glutamato metabotrópico
NSQ NPY
Núcleos
medial del NMDA Genes de expresión temprana
rafé y del 5-HT
puente
NO Arg-vasopresina
nina
CRH Oxitocina m elato
NPV
ACTH Preganglionares Ganglio
de la columna cervical
intermediolateral
NE Glándula pineal
superior
cortisol de la columna