Los efectos de la luz sobre el ritmo circadiano son los efectos que tiene la luz sobre el ritmo circadiano .
La mayoría de los animales y otros organismos tienen "relojes integrados" en sus cerebros que regulan la sincronización de los procesos biológicos y el comportamiento diario. Estos "relojes" se conocen como ritmos circadianos . Permiten el mantenimiento de estos procesos y comportamientos en relación con el ciclo día / noche de 24 horas en la naturaleza. Aunque estos ritmos son mantenidos por los organismos individuales, su duración varía algo individualmente. Por lo tanto, deben reiniciarse, ya sea de forma continua o repetida, para sincronizarse con el ciclo de la naturaleza. [1] Para mantener la sincronización (" arrastre") a 24 horas, los factores externos deben jugar algún papel. El ritmo circadiano humano ocurre típicamente de acuerdo con el ciclo de la naturaleza. El ciclo de ritmo de actividad promedio es de 24.18 horas en la edad adulta, pero se acorta a medida que aumenta la edad. [2] Uno de los diversos factores lo que influye en este arrastre es la exposición a la luz de los ojos. [3] [4] [5] Cuando un organismo se expone a una longitud de onda específica de estímulo de luz en ciertos momentos del día, la hormona melatonina se suprime o se evita que se secrete por la glándula pineal . [6]
Mecanismo
La luz primero pasa al sistema de un mamífero a través de la retina, luego toma uno de dos caminos: la luz es recolectada por los bastoncillos y los conos y las células ganglionares de la retina (RGC), o es recolectada directamente por estos RGC. [6] [7] [8] [9]
Las RGC utilizan la melanopsina fotopigmentada para absorber la energía luminosa. [6] [7] [8] [9] Específicamente, esta clase de RGC que se está discutiendo se conoce como "intrínsecamente fotosensibles", lo que simplemente significa que son sensibles a la luz. [6] [10] [8] Hay cinco tipos conocidos de células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGC) : M1, M2, M3, M4 y M5. [8] Cada uno de estos tipos de ipRGC diferente tiene diferente contenido de melanopsina y fotosensibilidad. [11] Estos se conectan a las células amacrinas en la capa plexiforme interna de la retina . [8] En última instancia, a través de este tracto retinohipotalámico (RHT), el núcleo supraquiasmático (SCN) del hipotálamo recibe información luminosa de estos ipRCG. [6] [7] [8] [9]
Los ipRGC cumplen una función diferente a los bastones y conos, incluso cuando están aislados de los otros componentes de la retina, los ipRGC mantienen su fotosensibilidad y, como resultado, pueden ser sensibles a diferentes rangos del espectro de luz. [11] Además, los patrones de disparo de ipRGC pueden responder a condiciones de luz tan bajas como 1 lux, mientras que investigaciones anteriores indicaron que se requerían 2500 lux para suprimir la producción de melatonina. [11] Las respuestas circadianas y otras respuestas conductuales han demostrado ser más sensibles a longitudes de onda más bajas que la función de eficiencia luminosa fotópica que se basa en la sensibilidad al receptor de cono. [11]
La región central del SCN alberga la mayoría de neuronas sensibles a la luz. [12] Desde aquí, las señales se transmiten a través de una conexión nerviosa con la glándula pineal que regula varias hormonas en el cuerpo humano. [13]
Hay genes específicos que determinan la regulación del ritmo circadiano junto con la luz. [12] Cuando la luz activa los receptores NMDA en el SCN, la expresión del gen CLOCK en esa región se altera y el SCN se restablece, y así es como ocurre el arrastre. [12] Los genes también implicados en el arrastre son PER1 y PER2 . [12]
Algunas estructuras importantes directamente afectadas por la relación luz-sueño son el colículo superior - área pretectal y el núcleo preóptico ventrolateral . [10] [9]
Efectos
Primario
Todos los mecanismos del arrastre afectado por la luz aún no se conocen por completo, sin embargo, numerosos estudios han demostrado la eficacia del arrastre de la luz en el ciclo día / noche. Los estudios han demostrado que el momento de la exposición a la luz influye en el arrastre; como se ve en la curva de respuesta de fase para la luz para una especie determinada. En las especies diurnas (activas durante el día), la exposición a la luz poco después de despertar avanza el ritmo circadiano, mientras que la exposición antes de dormir retrasa el ritmo. [5] [14] [12] Un avance significa que el individuo tenderá a despertarse más temprano en los días siguientes. Un retraso, causado por la exposición a la luz antes de dormir, significa que el individuo tenderá a despertarse más tarde los días siguientes.
Las hormonas cortisol y melatonina se ven afectadas por las señales que la luz envía a través del sistema nervioso del cuerpo. Estas hormonas ayudan a regular el azúcar en la sangre para darle al cuerpo la cantidad adecuada de energía que se requiere durante el día. Los niveles de cortisol son altos al despertar y disminuyen gradualmente a lo largo del día, los niveles de melatonina son altos cuando el cuerpo entra y sale de un estado de sueño y son muy bajos durante el transcurso de las horas de vigilia. [13] El ciclo natural de luz y oscuridad de la Tierra es la base para la liberación de estas hormonas.
La duración de la exposición a la luz influye en el arrastre. Las exposiciones más prolongadas tienen un efecto mayor que las exposiciones más cortas. [14] La exposición constante a la luz tiene un efecto mayor que la exposición intermitente. [3] En las ratas, la luz constante eventualmente interrumpe el ciclo hasta el punto que la memoria y el manejo del estrés pueden verse afectados. [15]
La intensidad y la longitud de onda de la luz influyen en el arrastre. [6] La luz tenue puede afectar el arrastre en relación con la oscuridad. [16] La luz más brillante es más efectiva que la luz tenue. [14] En los seres humanos, una luz de longitud de onda corta (azul / violeta) de menor intensidad parece ser igualmente eficaz que una luz blanca de mayor intensidad. [5]
La exposición a luz monocromática en las longitudes de onda de 460 nm y 550 nm en dos grupos de control arrojó resultados que mostraban una disminución de la somnolencia a 460 nm probados en dos grupos y un grupo de control. Además, en el mismo estudio, pero probando la termorregulación y la frecuencia cardíaca, los investigadores encontraron un aumento significativo de la frecuencia cardíaca en una luz de 460 nm en el transcurso de un período de exposición de 1,5 horas. [17]
En un estudio realizado sobre el efecto de la intensidad de la iluminación en las ondas delta, una medida de somnolencia, los niveles altos de iluminación (1700 lux) mostraron niveles más bajos de ondas delta medidas a través de un EEG que los niveles bajos de iluminación (450 lux). Esto muestra que la intensidad de la iluminación está directamente relacionada con el estado de alerta en un entorno de oficina. [18]
Los seres humanos son sensibles a la luz con una longitud de onda corta. Específicamente, la melanopsina es sensible a la luz azul con una longitud de onda de aproximadamente 480 nanómetros. [19] El efecto que tiene esta longitud de onda de luz sobre la melanopsina conduce a respuestas fisiológicas como la supresión de la producción de melatonina, aumento del estado de alerta y alteraciones del ritmo circadiano. [19]
Secundario
Si bien la luz tiene efectos directos sobre el ritmo circadiano, se observan efectos indirectos en los estudios. [8] El trastorno afectivo estacional crea un modelo en el que la disminución de la duración del día durante el otoño y el invierno aumenta los síntomas depresivos . [10] [8] Un cambio en la curva de respuesta de la fase circadiana crea una conexión entre la cantidad de luz en un día (duración del día) y los síntomas depresivos en este trastorno. [10] [8] La luz parece tener efectos antidepresivos terapéuticos cuando un organismo se expone a ella en momentos apropiados durante el ritmo circadiano, regulando el ciclo sueño-vigilia. [10] [8]
Además del estado de ánimo, el aprendizaje y la memoria se deterioran cuando el sistema circadiano cambia debido a los estímulos de luz, [10] [20] que se puede ver en estudios que modelan situaciones de trabajo por turnos y desfase horario . [8] Las áreas del lóbulo frontal y parietal involucradas en la memoria de trabajo han sido implicadas en las respuestas de la melanopsina a la información lumínica. [20]
"En 2007, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer clasificó el trabajo por turnos con alteración circadiana o cronodisrupción como un probable carcinógeno humano". [21]
La exposición a la luz durante las horas de producción de melatonina reduce la producción de melatonina. Se ha demostrado que la melatonina mitiga el crecimiento de tumores en ratas. Al suprimir la producción de melatonina durante el transcurso de la noche, las ratas mostraron un aumento de las tasas de tumores en el transcurso de un período de cuatro semanas. [22]
La luz artificial nocturna que causa una alteración circadiana también afecta la producción de esteroides sexuales. Se encontró un aumento en los niveles de progestágenos y andrógenos en los trabajadores del turno de noche en comparación con los trabajadores de "horas de trabajo". [21]
La exposición adecuada a la luz se ha convertido en una forma aceptada de aliviar algunos de los efectos del TAE. Además, se ha demostrado que la exposición a la luz por la mañana ayuda a los pacientes de Alzheimer a regular sus patrones de vigilia. [23]
En respuesta a la exposición a la luz, los niveles de alerta pueden aumentar como resultado de la supresión de la secreción de melatonina. [7] [10] Se ha encontrado una relación lineal entre los efectos de alerta de la luz y la activación en el hipotálamo posterior . [7] [24]
La alteración del ritmo circadiano como resultado de la luz también produce cambios en el metabolismo . [8]
Iluminación medida para sistemas de clasificación
Históricamente la luz se medía en las unidades de intensidad luminosa ( candelas ), luminancia (candelas / m 2 ) e iluminancia (lumen / m 2 ). Después del descubrimiento de ipRGC en 2002, se han investigado unidades adicionales de medición de luz para estimar mejor el impacto de diferentes entradas del espectro de luz en varios fotorreceptores . Sin embargo, debido a la variabilidad en la sensibilidad entre bastones, conos e ipRGC y a la variabilidad entre los diferentes tipos de ipRGC, una unidad singular no refleja perfectamente los efectos de la luz en el cuerpo humano. [11]
La unidad de corriente aceptada es el lux melanópico equivalente, que es una relación calculada multiplicada por la unidad de lux. La relación melanópica se determina teniendo en cuenta el tipo de fuente de luz y los valores de iluminancia melanópica de los fotopigmentos del ojo. [25] La fuente de luz, la unidad utilizada para medir la iluminancia y el valor de la iluminancia informa la distribución de potencia espectral. Se utiliza para calcular la iluminancia fotópica y el lux melanópico de los cinco fotopigmentos del ojo humano, que se pondera en función de la densidad óptica de cada fotopigmento. [25]
El estándar WELL Building fue diseñado para "promover la salud y el bienestar en los edificios a nivel mundial" [26]. Parte del estándar es la implementación del Crédito 54: Diseño de iluminación circadiana. Se designan umbrales específicos para diferentes áreas de oficina con el fin de obtener créditos. La luz se mide a 1,2 metros sobre el piso terminado para todas las áreas.
Las áreas de trabajo deben tener al menos un valor de 200 lux melanópicos equivalentes presentes para el 75% o más de las estaciones de trabajo entre las 9:00 a.m. y la 1:00 p.m. para cada día del año en que se incorpore la luz del día en los cálculos. Si no se tiene en cuenta la luz del día, todas las estaciones de trabajo requieren iluminación al valor de 150 lux melanópicos equivalentes o más. [27]
Ambientes de vida, que son dormitorios, baños y habitaciones con ventanas, al menos un accesorio debe proporcionar un valor de lux melanópico de al menos 200 durante el día y un valor de lux melanópico menor de 50 durante la noche, medido a 0,76 metros sobre el piso terminado. . [27]
Las salas de descanso requieren un lux melanópico promedio de 250. [27]
Las áreas de aprendizaje requieren que los modelos de luz que pueden incorporar luz natural tengan un lux melanópico equivalente de 125 al menos el 75% de los escritorios durante al menos cuatro horas por día o que las luces ambientales mantengan las recomendaciones de lux estándar establecidas en la Tabla 3 de IES-ANSI RP-3-13. [27]
El estándar WELL Building también proporciona una dirección para la emulación circadiana en residencias multifamiliares. Para replicar con mayor precisión los ciclos naturales, los usuarios de iluminación deben poder establecer una hora para despertarse y acostarse. Se debe mantener un lux melanópico equivalente de 250 en el período del día comprendido entre la hora indicada para despertar y dos horas antes de la hora indicada para acostarse. Se requiere un lux melanópico equivalente de 50 o menos para el período del día que va desde dos horas antes de la hora indicada para acostarse hasta la hora del despertar. Además, a la hora indicada de vigilia, el lux melanópico debe aumentar de 0 a 250 en el transcurso de al menos 15 minutos. [28]
Otros factores
Aunque muchos investigadores consideran que la luz es la señal más fuerte para el arrastre, no es el único factor que actúa sobre los ritmos circadianos. Otros factores pueden mejorar o disminuir la efectividad del arrastre. Por ejemplo, el ejercicio y otras actividades físicas, cuando se combinan con la exposición a la luz, dan como resultado una respuesta de arrastre algo más fuerte. [3] Otros factores como la música y la administración en el momento adecuado de la neurohormona melatonina han mostrado efectos similares. [29] [30] Numerosos otros factores también afectan el arrastre. Estos incluyen horarios de alimentación, temperatura, farmacología, estímulos locomotores, interacción social , estímulos sexuales y estrés. [31]
Ver también
- Cronobiología
- Ventaja circadiana
- Reloj circadiano
- Oscilador circadiano
- Trastornos del ritmo circadiano
- Medios electrónicos y sueño
- Terapia de luz
- Escotobiología
Referencias
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