Un equipo de investigación de la Charité – Universitätsmedizin Berlin ha desarrollado un método para determinar el reloj biológico individual de una persona utilizando tan solo unos pocos folículos pilosos. Los resultados, publicados en la revista PNAS, se consideran un avance significativo para el campo de la medicina circadiana. Este campo de investigación examina cómo los ritmos biológicos diarios influyen en la salud, las enfermedades y la eficacia de los tratamientos médicos. A largo plazo, la nueva prueba podría ayudar a adaptar mejor los medicamentos, los diagnósticos y las terapias al ritmo natural del cuerpo, allanando así el camino hacia una medicina aún más personalizada.

Los investigadores, liderados por el cronobiólogo Achim Kramer, consideran que su desarrollo es una forma de resolver un problema central de la cronobiología. Aunque se sabe desde hace años que casi todos los procesos biológicos del cuerpo siguen un horario interno, hasta ahora no existía un método sencillo y práctico para determinar de forma fiable este ritmo individual. Aquí es precisamente donde entra en juego el nuevo análisis del folículo piloso.

Por qué es tan importante el reloj interno

La mayoría de las personas son más conscientes de su reloj interno cuando este se desincroniza. Tras un vuelo de larga distancia, durante el cambio al horario de verano o al horario estándar, o tras varias noches de sueño insuficiente, se nota claramente lo mucho que reacciona el cuerpo a los cambios de hora. La fatiga, los problemas de concentración y la disminución del rendimiento son consecuencias típicas. Sin embargo, la importancia del reloj interno va mucho más allá del sueño.

Casi todas las funciones del cuerpo humano siguen un ritmo circadiano, un ciclo biológico de aproximadamente 24 horas. La presión arterial, la temperatura corporal, los niveles hormonales, los procesos metabólicos y la actividad del sistema inmunitario fluctúan constantemente a lo largo del día. Incluso la función cerebral, la percepción del dolor y la capacidad regenerativa de las células están sujetas a este horario biológico. Los científicos creen ahora que el cuerpo humano reacciona de forma diferente al estrés, las enfermedades y la medicación en distintos momentos del día. Por lo tanto, el tiempo se considera cada vez más como un factor biológico independiente al que se podría prestar mayor atención en la medicina en el futuro.

Esto es especialmente evidente en las hormonas. Mientras que la hormona del estrés, el cortisol, alcanza su nivel máximo por la mañana y prepara al cuerpo para despertarse, la producción de la hormona del sueño, la melatonina, aumenta por la noche. Esta indica al cuerpo que se acerca la noche. El sistema inmunitario también funciona según un ritmo fijo. Los estudios sugieren que ciertas respuestas inmunitarias y procesos inflamatorios pueden variar en intensidad dependiendo de la hora del día.

Además, el reloj biológico del cuerpo influye en el metabolismo y la función cardiovascular. Así, la presión arterial, la frecuencia cardíaca y la capacidad del cuerpo para procesar el azúcar fluctúan a lo largo del día. Por ello, los investigadores sospechan que no solo el tipo de tratamiento, sino también el momento en que se administra, puede influir en el éxito de la terapia. Esta relación se está investigando intensamente en la medicina oncológica, la investigación cardiovascular y la medicina del sueño.

El centro de control se encuentra en lo más profundo del cerebro

En los últimos años, también ha quedado claro que las alteraciones persistentes del ritmo circadiano están asociadas a diversos problemas de salud. El trabajo por turnos, la privación crónica del sueño o un conflicto persistente entre el tiempo biológico y el social se asocian, entre otras cosas, a un mayor riesgo de enfermedades cardiovasculares, trastornos metabólicos, depresión y obesidad. Para muchos científicos, el reloj interno del cuerpo es desde hace tiempo algo más que un simple temporizador para el sueño: se considera un sistema de control central para todo el organismo.

Una diminuta estructura del cerebro, conocida como núcleo supraquiasmático, es la responsable de coordinar estos procesos. Este centro nervioso, de tan solo unos pocos milímetros de tamaño, se encuentra en el hipotálamo y funciona como el reloj maestro del cuerpo. Recibe información sobre la luz diurna entrante y utiliza estas señales para sincronizar los ritmos biológicos del organismo. Durante mucho tiempo, los investigadores creyeron que este reloj central era el único responsable de controlar el sistema circadiano. Sin embargo, ahora sabemos que casi todas las células del cuerpo tienen sus propios relojes moleculares. Estos llamados relojes periféricos se encuentran en el hígado, el corazón, el sistema inmunitario e incluso en los folículos pilosos, entre otros lugares. El reloj maestro del cerebro garantiza que todos estos relojes descentralizados funcionen de la forma más sincronizada posible. Si este sistema tan bien ajustado se desincroniza, puede tener consecuencias de gran alcance. Las alteraciones crónicas del ritmo biológico se relacionan ahora con numerosas enfermedades, entre ellas las cardiovasculares, la diabetes, la obesidad, la depresión y diversos trastornos metabólicos.

La investigación galardonada con el Premio Nobel sentó las bases

La comprensión actual del reloj interno se basa en décadas de investigación básica. Un avance decisivo lo lograron los científicos estadounidenses Jeffrey Hall, Michael Rosbash y Michael Young. Consiguieron descifrar los mecanismos genéticos que subyacen al ritmo circadiano. Por este trabajo, recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2017.

Los investigadores pudieron demostrar que ciertos genes de las células del cuerpo se activan y desactivan siguiendo un ritmo regular. Estos denominados «genes del reloj» generan bucles de retroalimentación biológica que producen un ciclo de 24 horas casi exacto. Hoy en día, se considera un hecho establecido que estos procesos genéticos constituyen la base de la percepción del tiempo en el ser humano a nivel celular. El descubrimiento revolucionó la cronobiología y abrió nuevas perspectivas para la medicina. Y es que, si los genes y las células siguen un horario fijo, es lógico pensar que las enfermedades y las terapias también siguen un curso dependiente del tiempo.

Medicina circadiana: terapias basadas en el reloj biológico

La medicina circadiana surgió a partir de esta idea. Este campo de investigación explora cómo se pueden optimizar los tratamientos en cuanto al momento de su administración. El objetivo es seleccionar los medicamentos no solo en función del diagnóstico y la dosis, sino también del momento biológicamente óptimo para su administración.

Hoy en día ya hay pruebas de que algunos medicamentos funcionan mejor en determinados momentos del día que en otros. Algunos medicamentos para la presión arterial parecen ser especialmente eficaces por la noche, ya que permiten controlar mejor los picos nocturnos de presión arterial. La hora del día también parece influir en el asma, las alergias y el dolor crónico. Muchas afecciones siguen un ritmo característico y se producen con mayor frecuencia en momentos específicos.

Actualmente, la investigación es especialmente intensa en el campo de la medicina oncológica. Los científicos están investigando si las inmunoterapias y las quimioterapias podrían tener más éxito si se administraran de acuerdo con los ritmos biológicos de las células tumorales e inmunitarias. Los estudios iniciales aportan pruebas prometedoras, aunque aún se necesita más investigación. A pesar del creciente interés por la cronomedicina, su aplicación práctica sigue siendo difícil hasta ahora. La razón es que determinar el reloj interno de una persona ha requerido un esfuerzo considerable.

El llamado método «Dim-Light-Melatonin-Onset» se considera el método de referencia. En este procedimiento, se mide la liberación de la hormona del sueño, la melatonina, durante varias horas en condiciones de iluminación controladas. El momento en el que aumentan los niveles de melatonina proporciona una indicación muy precisa del cronotipo de una persona. Sin embargo, este método es caro, requiere mucho tiempo y solo puede realizarse en condiciones de laboratorio. Por lo tanto, no es adecuado para su uso rutinario en consultas médicas o clínicas.

17 genes en las raíces del cabello revelan el reloj interno del cuerpo

Aquí es precisamente donde entra en juego el nuevo avance desarrollado en Berlín. Los investigadores simplemente recogieron unos pocos cabellos de sus sujetos, junto con las raíces capilares. Las células vivas de los folículos pilosos son cruciales en este caso. Estas células también poseen relojes biológicos funcionales y reflejan el ritmo circadiano del cuerpo. Los científicos se centraron en 17 genes cuya actividad cambia de forma característica a lo largo del día. Algunos de estos genes están activos principalmente por la mañana, otros más por la tarde o por la noche. En conjunto, esto crea un patrón biológico que permite extraer conclusiones sobre el reloj interno del cuerpo.

Utilizando técnicas modernas de biología molecular y métodos de aprendizaje automático, el equipo desarrolló un algoritmo capaz de analizar esta actividad génica. A partir de los datos, el sistema calcula el estado individual del reloj biológico con una precisión que, según los investigadores, se acerca a la de las mediciones previas de melatonina. Para verificar la fiabilidad del método, el equipo de investigación analizó muestras de cabello de más de 4000 participantes. El estudio demostró que las muestras podían enviarse fácilmente por correo. Muchos participantes recogieron el cabello ellos mismos en casa y luego lo enviaron a los investigadores.

Los resultados confirmaron numerosos hallazgos de estudios anteriores sobre cronotipos. En promedio, los adultos más jóvenes tienen un ritmo biológico más tardío que las personas mayores. Esto explica, entre otras cosas, por qué muchos adultos jóvenes pueden permanecer despiertos más tiempo por la noche y tienen mayor dificultad para levantarse por la mañana. También se hicieron evidentes las diferencias entre hombres y mujeres. Curiosamente, estas diferencias eran significativamente menores de lo que habían sugerido estudios de encuesta anteriores.

El estilo de vida influye en el reloj interno más de lo que se pensaba

Los resultados relativos a la influencia de los factores sociales en el ritmo biológico fueron especialmente reveladores. El análisis de los datos mostró que las personas con horarios de trabajo fijos tenían, de media, un reloj interno ajustado unos 30 minutos antes que aquellas sin una rutina diaria regular. A primera vista, esta diferencia puede parecer pequeña, pero para los cronobiólogos es significativa. Incluso cambios de tan solo unos minutos pueden tener efectos a largo plazo en los patrones de sueño, el rendimiento y la salud. Los resultados sugieren que el reloj interno se ve influido por las condiciones sociales en una medida mucho mayor de lo que se había supuesto durante mucho tiempo. El horario laboral, las horas de inicio de las clases, las obligaciones familiares y las rutinas sociales proporcionan a muchas personas un ritmo diario fijo al que el cuerpo se adapta, al menos en parte. Aunque el reloj biológico está determinado en parte genéticamente, también responde a influencias externas y puede cambiar a lo largo de la vida.

En este contexto, los científicos suelen referirse a lo que se conoce como «jet lag social». Esto se refiere a la discrepancia persistente entre la hora biológica interna del cuerpo y las exigencias de la vida social cotidiana. Este fenómeno es especialmente evidente en personas que tienen que levantarse temprano entre semana, aunque su reloj interno esté realmente ajustado para horarios de sueño y despertar más tardíos. Muchas de las personas afectadas compensan este déficit de sueño durante el fin de semana durmiendo mucho más tiempo. Para el cuerpo, esto crea un estado que se asemeja a un cambio constante entre diferentes zonas horarias.

Las investigaciones de los últimos años muestran que el jet lag social está muy extendido. Los adolescentes y los adultos jóvenes se ven especialmente afectados, ya que su reloj interno está naturalmente programado para acostarse más tarde. Al mismo tiempo, el colegio, los entrenamientos o el trabajo suelen comenzar temprano por la mañana. Esto crea un desajuste persistente entre las necesidades biológicas y la realidad social. Los expertos sospechan que este desajuste crónico no solo provoca fatiga y problemas de concentración, sino que también podría aumentar el riesgo a largo plazo de obesidad, trastornos metabólicos, depresión y enfermedades cardiovasculares.

Además, los estilos de vida modernos están alterando cada vez más los relojes biológicos del cuerpo. Durante miles de años, el organismo humano se guió principalmente por la alternancia de la luz del día y la oscuridad. Sin embargo, con la difusión de la iluminación eléctrica, este ritmo natural ha cambiado radicalmente. Hoy en día, muchas personas pasan la mayor parte del día en interiores y, al mismo tiempo, están expuestas a una cantidad significativamente mayor de luz artificial por las tardes que las generaciones anteriores. Los dispositivos electrónicos, como los teléfonos inteligentes, las tabletas, las pantallas de ordenador y los televisores, desempeñan un papel especialmente importante en esto. Emiten una alta proporción de luz azul, que el cerebro percibe de forma similar a la luz del día. Esto inhibe la producción de la hormona del sueño, la melatonina, que normalmente aumenta al anochecer y prepara al cuerpo para dormir. Como resultado, muchas personas permanecen despiertas más tiempo por la noche y solo se cansan más tarde.

Por ello, los investigadores llevan años observando un cambio progresivo en los horarios de sueño en muchos países industrializados. Mientras que antes la gente se acostaba poco después de la puesta del sol, para muchos hoy en día la noche biológica no comienza hasta mucho más tarde. Esto puede resultar especialmente problemático cuando las exigencias sociales no cambian y sigue siendo necesario levantarse temprano. El resultado es una privación crónica del sueño y una tensión duradera en el sistema circadiano. Otros factores del estilo de vida moderno también influyen en el reloj interno del cuerpo. El trabajo por turnos se considera una de las alteraciones más significativas del ritmo diario natural. Quienes trabajan regularmente por la noche y duermen durante el día obligan a su cuerpo a funcionar en contra de su programación biológica. Numerosos estudios han demostrado que los trabajadores por turnos son más propensos a sufrir trastornos del sueño, problemas metabólicos y enfermedades cardiovasculares. Por ello, la Organización Mundial de la Salud clasifica incluso el trabajo nocturno a largo plazo como un factor de riesgo potencialmente cancerígeno.