La recurrencia de un fenómeno biológico en intervalos regulares de tiempo, constituye lo que se denomina ritmo biológico. Todos los seres vivos, incluidas las plantas, muestran algún tipo de variación fisiológica, ya sea en su tasa metabólica, producción de calor, floración, etc., que se produce en forma recurrente y que suele estar asociada con un cambio ambiental rítmico. Por esta razón, los ritmos biológicos no constituyen un fenómeno casual ni tan solo un seguimiento pasivo de las condiciones ambientales, sino que forman parte de una adaptación al entorno que es fundamental para la supervivencia de las especies. La función de la ritmicidad de las variaciones fisiológicas parece estar así dirigida a lograr una mejor adaptación de los organismos a las condiciones ambientales que fluctúan diariamente, por cuanto aseguran que diversos procesos tengan lugar sincronizadamente en el tiempo y en relación con las oscilaciones cíclicas diarias. En este sentido, se dice que dicho mecanismo es anticipatorio, ya que los organismos han interiorizado las variaciones internas cíclicas permitiéndoles anticipar la producción de respuestas y emitir la óptima en relación con las características ambientales10
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Una cuestión fundamental acerca de los ritmos biológicos, consiste en conocer si éstos se originan en respuesta a fenómenos ambientales cíclicos, en cuyo caso se considerarían de origen exógeno; o bien, si son generados por el organismo mismo, entonces se considerarían de origen endógeno. Es decir, si
9 Ibidem, p. 53. 10 Gruart, Op. Cit. p.41
al mantener al organismo en cuestión en condiciones ambientales constantes, el fenómeno persiste en forma rítmica, se estima que es endógeno. Por el contrario si el ritmo desaparece, entonces se determina que el fenómeno es dependiente de un agente exógeno. El ritmo cardiaco y el respiratorio por ejemplo, se originan en forma endógena, de la misma forma que los impulsos eléctricos de las células nerviosas.
Por otro lado, aquellos ritmos biológicos que son el resultado de la adaptación del organismo a las variaciones cíclicas en el ambiente, se caracterizan porque en condiciones naturales la frecuencia del ritmo endógeno equivale a la de los ciclos geofísicos con los que se relacionan. Entendiéndose por ciclo, la sucesión de acontecimientos que tienen lugar de forma repetitiva siempre en el mismo orden, sin tener en cuenta el tiempo en que tienen lugar. Mientras que cuando un ciclo ocurre en un intervalo de tiempo constante y previsible se habla de ritmo. Sin embargo, cuando se estudian en condiciones constantes, tales ritmos biológicos se presentan con una frecuencia, cercana, pero no necesariamente igual, a la que muestran en condiciones naturales. Así, se tienen ritmos que se repiten con una frecuencia cercana al ciclo producido por la interacción tierra-luna que generan las mareas, otros casi diariamente, otros en concordancia con la rotación o las fases de la luna; y otros más, próximos al ciclo anual. Estos fenómenos biológicos reciben por tanto, el nombre de ritmos circamareales, circadianos, circalunares y circanuales, respectivamente11.
Esta nomenclatura fue introducida por Franz Halberg, hacia 1959, en particular para los ritmos circadianos, de donde su uso se extendió para los restantes ritmos. Debido a que el periodo t de éstos, en condiciones constantes (luz, temperatura, etc.), es aproximado -pero no igual- al del ciclo ambiental con el que se sincroniza T, Halberg introdujo el prefijo circa (alrededor de, próximo a) seguido del sufijo correspondiente al ciclo ambiental al que correspondan.
Por la importancia que han tenido los ritmos circadianos como modelo experimental para entender los restantes ritmos, aquellos se han tomado como referencia para clasificarlos a todos de acuerdo con su periodo. De esa forma se tiene una clasificación general de los ritmos en tres grupos: en ritmos de baja, mediana y alta frecuencia. Los de alta frecuencia, poseen periodos que oscilan entre fracciones de segundos (0.2ms) y treinta minutos; entre ellos son característicos los ritmos de actividad eléctrica neuronal y los ritmos cardiaco y respiratorio. Los ritmos de frecuencia media por otro lado, son ritmos cuyo periodo es superior a treinta minutos e inferior a seis días. Entre ellos se encuentran los circadianos, de aproximadamente veinticuatro horas. Finalmente, los ritmos de frecuencia baja presentan un periodo superior a los seis días, por lo que generalmente reciben específicos, tales como circaseptanos, e incluso pueden incluir ritmos como los circalunares, estacionales y circanuales. Por otra parte, los ritmos circadianos han sido los más estudiados tanto en lo referente a su descripción y fenomenología, como en cuanto a los mecanismos fisiológicos y moleculares de los que dependen; y su valor de periodo les permite sincronizar a los ritmos ambientales que posean un valor de periodo de 24 horas, como son los ciclos de luz y de temperatura. Las propiedades dinámicas de los ritmos circadianos por otro lado, han servido como marco conceptual para entender las propiedades de otros ritmos asociados a los fenómenos geofísicos. No obstante, la precisión de la ritmicidad en la rotación de la Tierra y la intensidad de las variaciones en los fenómenos que esta rotación produce, superan por mucho otros fenómenos ambientales que dependen de la traslación de la Tierra y de la Luna. Por lo anterior, no debe extrañar que otros tipos de ritmos biológicos difieran de los circadianos en algunas de sus propiedades, sobre todo las que se relacionan con el día y la noche12
. Asimismo, cabe señalar que el ciclo de las mareas incide en forma muy importante en la actividad de las especies que viven en la costa y a lo largo de los litorales. Los ritmos circamareales se han observado en conductas de
11 Aguilar Romero, Op. Cit, p.p. 39-65
exploración por locomoción o nado, de migración a lo largo del litoral, así como de alimentación y de reproducción en ciertos animales13
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En 1981, Enright realiza una clasificación de los ritmos biológicos en tres grupos, de acuerdo con su frecuencia de oscilación. Así, se denominan ritmos ultradianos los que tienen una frecuencia mayor que los circadianos; es decir, que ocurren más de una vez durante un día. Y se denominan infradianos aquellos de menor frecuencia que los circadianos; es decir, aquellos que requieren más de un día para que se repitan. Como puede observarse, los ritmos circamareales se superponen con los ritmos ultradianos, mientras que los circalunares se superponen con los ritmos infradianos. Para evitar confusiones derivadas de estas superposiciones, algunos autores han propuesto llamar ultradianos a los ritmos con periodos de 30 minutos a las 6 horas, e infradianos a los de 28 horas a los seis días14. Se observa la presencia de ritmos ultradianos en todos los órdenes de vertebrados estudiados. Si se considera por ejemplo, el comportamiento animal, existen diversos fenómenos que se alternan en forma conspicua más de una vez al día, tales como la actividad y el reposo, la exploración y la ingestión de alimentos. Asimismo, se pueden citar variaciones ultradianas en la formación y en la composición de la orina, en los movimientos del estómago y de los intestinos y en el caso del ciclo menstrual de la mujer. En primates superiores, incluido el hombre, se ha descrito asimismo la presencia de ritmos ultradianos en funciones cognoscitivas, como el nivel de atención, la capacidad de aprendizaje, o la habilidad motora para llevar a cabo complejas secuencias de movimientos.
De esta manera, los ritmos circadianos de carácter endógeno, establecen una fase estable con estos ciclos externos alargando o acortando su valor de periodo e igualándolo al del ciclo ambiental, con base en mecanismos biológicos análogos a las propiedades cronométricas de un reloj. Entre los ritmos circadianos se encuentran los ciclos sueño-vigilia, secreción hormonal como el cortisol, melatonina y la prolactina, el latido cardíaco y la ventilación pulmonar, así como las funciones de reproducción celular, de nutrición, de crecimiento, etc. Dado que esta clase de ritmos se ha puesto de manifiesto en todos los seres vivos, dicha ubicuidad sugiere que tal vez la ritmicidad circadiana se haya originado como una propiedad intrínseca a la vida.
En un contexto adaptativo, el ritmo cardiaco y el respiratorio responden a demandas diferentes que el ciclo sueño-vigilia y los ciclos reproductivos. Así, mientras que los primeros representan una de las estrategias encontradas en la naturaleza para proveer oxígeno a las células de un organismo multicelular complejo, los últimos constituyen la adaptación del organismo a las estaciones del año. Por otro lado, cabe señalar que a pesar de que algunos procesos fisiológicos como el ciclo sueño- vigilia o la ingesta de alimentos, presentan una alternancia o ritmicidad realmente obvia, su estudio sistemático no se inicia sino hasta la década de los años cincuenta del siglo pasado. Ello se debió a la resistencia de los fisiólogos clásicos a aceptar la existencia de variaciones significativas en los parámetros orgánicos, ya que uno de los pilares más sólidos de la medicina experimental, fue el concepto de medio interno desarrollado por Claude Bernard hacia 1865, el cual establecía la constancia de dichos parámetros frente a las variaciones o perturbaciones del medio externo. Más tarde, el concepto homeostasis, propuesto con Walter B. Cannon en 1932, completa las tesis central de Bernard sobre el medio interno. De este modo, Cannon propone la existencia de un estado estable de las variables orgánicas, -por ejemplo la concentración de azúcar en la sangre-, caracterizado por un delicado balance de los parámetros fisiológicos frente a las perturbaciones del medio externo (equilibrio dinámico). Fueron el concepto de estado estable, aislado del equilibrio dinámico, junto con la
13 Gruart, Agnes, Delgado, Escobar, Roblero. Op.Cit. p.66 14 Ibidem.
relevancia de la teoría homeostática, los que obstaculizaron el desarrollo del estudio de los ritmos biológicos en la medicina15
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A pesar de la reticencia inicial, en los años más recientes, se han aceptado como plausibles una multitud de observaciones acerca de la existencia de variaciones periódicas en la mayoría de los procesos bioquímicos, fisiológicos y conductuales, que desempeñan un papel clave en la integración de los procesos funcionales de los seres vivos, incluido el hombre. Esto tiene importantes consecuencias en la concepción de los mecanismos de regulación fisiológica, así como en las posibles causas y manifestaciones de diversos procesos patológicos16
.Por lo que una de las razones para distinguir entre los ritmos biológicos asociados a adaptaciones fisiológicas y aquellos relacionados con fenómenos geofísicos, es que ésta distinción permite realizar generalizaciones útiles para cada una de estas dos clases de procesos, a partir del estudio de las características particulares de sus elementos. En este sentido, el estudio del ciclo diario de actividad-reposo permitiría conocer algunas propiedades de otros ritmos vinculados con procesos geofísicos, como los ciclos reproductivos que se repiten cada mes o cada año. Por otra parte, el estudio de los ritmos cardiaco y respiratorio, por ejemplo, puede brindar información valiosa sobre las propiedades de otros ritmos relacionados con procesos fisiológicos, como son, aquellos relacionados con la actividad eléctrica neuronal, así como en la secreción pulsátil de determinadas hormonas.