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Fisiología de los ritmos circadianos: regulación temporal del organismo y sincronización de las funciones biológicas
(2026-05-08) Victoria Montesinos, Desirée ; Mateo Orcajada, Adrián; Fisiología
La fisiología de los ritmos circadianos estudia cómo el organismo regula sus funciones biológicas siguiendo ciclos de aproximadamente 24 horas. Estos ritmos están controlados por un reloj biológico central situado en el núcleo supraquiasmático del hipotálamo, que se sincroniza principalmente con la luz ambiental. Gracias a este sistema, procesos como el sueño, la temperatura corporal, la secreción hormonal, el metabolismo, el apetito y el estado de alerta se ajustan al ciclo día-noche, favoreciendo la homeostasis y la adaptación del organismo al entorno.
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Influencia de la actividad física sobre el estatus del sistema circadiano en sujetos con síndrome metabólico
(Universidad de Murcia, 2018-02-09) Lillo García, Irene; Madrid Pérez, Juan Antonio; Rol de Lama, María de los Ángeles; Facultad de Medicina
En las últimas décadas los cambios en los estilos de vida que conlleva la sociedad moderna han provocado un aumento importante de la prevalencia de los factores de riesgo cardiovascular. La convergencia de varios de estos factores en el mismo sujeto determinan la existencia del síndrome metabólico, que combinado con el sedentarismo, ha aumentado la morbimortalidad de los pacientes crónicos que generalmente se atienden en Atención Primaria. Por otro lado, diferentes estudios muestran la importancia del sistema circadiano en relación con la obesidad, por lo que el análisis cronobiológico podría ser una herramienta útil en el tratamiento del síndrome metabólico, permitiendo un abordaje más completo, sin limitarnos a las consabidas recomendaciones higiénico-dietéticas y tratamiento farmacológico. Esta tesis tiene como objetivo principal evaluar el estado del sistema circadiano en sujetos diagnosticados de síndrome metabólico y las modificaciones que se producen en sus ritmos tras la realización de un programa de actividad física de 3 meses de duración. Para ello se contó con la participación de 32 sujetos diagnosticados de síndrome metabólico en Atención Primaria, a los que se les realizó una monitorización circadiana ambulatoria durante una semana antes de iniciar el programa y otra tras finalizar el mismo. Mediante un sensor de temperatura, un luxómetro y un actímetro, y los datos obtenidos del diario de sueño auto-cumplimentado obtuvimos información sobre los ritmos circadianos de temperatura, actividad, posición, variable integrada TAP, sueño y exposición a la luz. Con el objetivo de obtener un perfil de paciente sobre el que priorizar este tipo de intervención, analizamos la posible influencia del género, dormir la siesta, padecer síndrome de apnea del sueño, del grado de asistencia al programa, el índice de masa corporal y perímetro abdominal y el estatus del sistema circadiano al inicio del programa. Tras analizar las ondas medias e índices no paramétricos de las diferentes variables estudiadas y realizar diversos análisis estadísticos, llegamos a las siguientes conclusiones: • Los sujetos con síndrome metabólico presentan signos de cronodisrupción según evidencia el adelanto de fase, y la baja amplitud del ritmo de temperatura de la piel. • La realización del programa de ejercicio mejoró el ritmo de temperatura, de tal forma que el patrón se asemeja al de una población más joven. El ritmo de actividad aumenta ligeramente su fragmentación, pero no se observan diferencias significativas en los ritmos de posición corporal, TAP y patrón de exposición a la luz. • El efecto del ejercicio depende del género, de forma que el ritmo de temperatura mejora más en las mujeres, volviéndose más robusto y mejorando la profundidad del sueño. • Dormir siesta y estar diagnosticado de SAHS influyen negativamente en el patrón circadiano del ritmo de temperatura. • El grado de asistencia al programa es el factor que más afecta a la mejora del ritmo de temperatura. Además hay que tener en cuenta el estatus circadiano antes de iniciar el programa, ya que los que más mejoran son los sujetos que parten de un ritmo de temperatura invertido con máximos durante el día. • Tener un mayor IMC/PA implica mayor adelanto de fase del centro de la noche y mayor cronodisrupción. La conclusión final es que desde Atención Primaria se deben recomendar programas de actividad física a los pacientes con síndrome metabólico, especialmente a los que tengan mayor IMC/PA, sabiendo que serán las mujeres quienes más se beneficien, y teniendo en cuenta es necesario asistir al menos a dos terceras partes de las sesiones para que el perfil circadiano mejoreThe lifestyle changes happened to modern society in recent decades has led to a significant increase in the prevalence of cardiovascular risk factors. The convergence of several of these factors in the same subject determines the existence of the metabolic syndrome, which combined with the sedentary lifestyle, has increased the morbidity and mortality of chronic patients who are usually treated in Primary Care. On the other hand, different studies have shown the importance of the circadian system in relation to obesity. Hence, chronobiological analysis could be a useful tool in the treatment of the metabolic syndrome, allowing a more complete approach to be carried out, without limiting it to the usual hygienic-dietary and pharmacological treatment. The main objective of this thesis is the evaluation of the state of the circadian system in subjects diagnosed with metabolic syndrome and the modifications that occur after the accomplishment of a three months program of physical activity. To this end, 32 subjects diagnosed with metabolic syndrome in Primary Care were enrolled. They underwent ambulatory circadian monitoring for one week before starting the program and another after completing it. We used a temperature data logger, a luxometer and an actimeter, and the data obtained from the self-completed sleep diary in order to obtain information about the circadian rhythms of temperature, activity, position, TAP integrated variable, sleep and light exposure. With the aim of building a patient profile on which to prioritize this type of intervention, we analyzed the possible influence of gender, nap, obstructive sleep apnea syndrome (OSA), degree of attendance to the program, body mass index and abdominal perimeter and the status of the circadian system at the beginning of the program. We analysed the mean waves and non-parametric indices of the different variables under study, and we performed various statistical analysis. From these, we obtained the following conclusions: • Subjects with metabolic syndrome show signs of chronodisruption as evidenced by a phase advance, and the low amplitude of the skin temperature rhythm. • The exercise program improved the rate of temperature, so that the pattern resembles that of a younger population. The activity rhythm slightly increases its fragmentation, but there are no significant differences in the rhythms of body position, TAP and pattern of exposure to light. • The effect of exercise depends on the gender, so that the temperature rhythm improves more in women, for whom it becomes more robust and improves the depth of sleep. • Both sleeping a nap and being diagnosed with OSA negatively influence the circadian pattern of temperature rhythm. • The degree of attendance to the program is the most important factor with respect to the improvement of the temperature rhythm. In addition, the status of the circadian system before starting the program must be taken into account, since the subjects who improve most are those who start from an inverted temperature rhythm with maximums during the day. • Having a higher BMI / AP implies greater advance of phase and greater chronodisruption. The main conclusion of this work is that programs of physical activity should be recommended from Primary Care for patients with metabolic syndrome, especially those with a higher BMI / AP, but taking into account that women will benefit most and that, to observe an improvement in the circadian profile, they need to attend at least to two-thirds of the sessions.
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Influencia del ritmo circadiano sobre el rendimiento físico en ejercicios aeróbicos y anaeróbicos. Una revisión
(2015-07-11) Bueno Pérez, Ángel Javier; García Pallarés, Jesús; García Pallarés, Jesús; Actividad Física y Deporte
La cronobiología es la ciencia que se encarga del estudio de los cambios fisiológicos dependientes de los ritmos circadianos, estos se refieren a las variaciones internas que se repetirán cada 24 horas. El objetivo del presente estudio fue realizar una revisión sistemática sobre la influencia provocada por la variabilidad circadiana en el rendimiento cardiorrespiratorio y motor tanto aeróbico como anaeróbico. Los resultados de esta revisión indican que el rendimiento deportivo se ve afectado por la hora del día en condiciones normales, así como la existencia de diversos mecanismos y sustancias exógenas que pueden disminuir las diferencias en el rendimiento que genera esta variabilidad biológica. Las investigaciones se muestran unánimes en afirmar una mejora del rendimiento tanto cardiorrespiratorio (frecuencia cardiaca, volumen de oxigeno máximo, concentración de lactato, etc.) como neuromuscular (potencia máxima, potencia media, velocidad máxima, etc.) de la actividad física llevada a cabo en horario vespertino en comparación con el matutino. Además, sostenemos que la duración e intensidad del calentamiento pre-actividad puede resultar decisivo para equiparar el rendimiento deportivo en distintos momentos del día. Por otra parte, la utilización de sustancias ergogénicas como la cafeína también pueden actuar como mecanismos que igualen el rendimiento en horario de mañana con respecto al de tarde.
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Influencias genéticas y ambientales en la salud del sistema circadiano, el patrón de sueño vigilia y el horario de la comida : estudio clásico en gemelos
(Universidad de Murcia, 2018-02-05) López Mínguez, Jesús; Garaulet Aza, Marta; Facultad de Medicina
Los estudios sobre la heredabilidad del sistema circadiano se han abordado de forma subjetiva (cuestionarios o registros). Sin embargo, hacen falta estudios objetivos sobre la heredabilidad de otros parámetros cronobiológicos mediante el análisis de: a) la temperatura, la actividad y la posición corporal o una combinación de ellas (TAP); b) ritmos de cortisol y melatonina; c) características del sueño; d) horarios de comida. Además, se realizan estudios genéticos para determinar asociaciones entre genes específicos o variantes génicas con fenotipos asociados a enfermedad llamados GWAs. En este sentido un GWAs identificó un polimorfismo en el gen que codifica el receptor 1B de melatonina (MTNR1B) como una variante de riesgo para la diabetes tipo 2. Por ello, nuestro objetivo es el estudio de las influencias genéticas y ambientales en la salud del sistema circadiano, el patrón de sueño-vigilia y el horario de la comida. Además, estudiar si la variante del MTNR1B, se relaciona con una intolerancia al metabolismo de la glucosa, factor de riesgo de diabetes, sobre todo cuando existe una concurrencia entre valores elevados de melatonina e ingesta. El estudio de las influencias genéticas y ambientales en la salud del sistema circadiano se realizó en 53 pares de gemelas (28 monocigóticas (MZ) y 25 dicigóticas (DZ)). Los patrones circadianos se estudiaron analizando la temperatura periférica, la actividad y la posición durante una semana y con muestras de saliva para el cortisol. Las influencias genéticas se estimaron mediante la comparación de las correlaciones de MZ y DZ y el ajuste de los modelos genéticos de ecuaciones estructurales en las variables medidas. El estudio del impacto del MTNR1B en enfermedades asociadas con la cronodisrupción como la diabetes, se realizó en 40 mujeres (20 portadoras del alelo de riesgo y 20 no portadoras). Las participantes cenaron en dos condiciones: tarde (una hora antes) y pronto (cuatro horas antes) de su hora habitual de sueño. En ambas condiciones se obtuvieron valores de glucosa en sangre justo antes de la cena y a los 30’, 60’, 90’ y 120’. Además, se recogieron muestras de saliva cada hora para la melatonina, y se midió la exposición a la luz. En ambas poblaciones se usó el cuestionario de vespertinidad-matutinidad y se rellenó un registro dietético y de características del sueño (siete días). Los resultados obtenidos en esta tesis muestran que el ritmo de temperatura, posee una heredabilidad de moderada a alta para la mayoría de sus parámetros. Estos factores genéticos apuntan a la endogenicidad como la principal causa de la coincidencia entre los ritmos de las hermanas MZ. Sin embargo, aquellos parámetros dependientes de factores ambientales son más susceptibles de cambio a través de intervenciones externas. El TAP presenta una mayor heredabilidad y proporciona datos más precisos sobre el estado del sistema circadiano que la temperatura, la actividad y la posición corporal. Por lo que el uso de variables integradoras mejora la evaluación del sistema circadiano, aumentando la carga genética y reduciendo el efecto ambiental. Existe una asociación significativa y positiva entre la duración de la siesta y la obesidad. Además, el patrón sueño-vigilia muestra heredabilidades significativas tanto en el sueño nocturno como en el diurno. Los horarios de las comidas y de variables relacionadas como el horario del sueño, el cortisol y el cronotipo presentan un mayor componente genético en la mañana, el cual va disminuyendo conforme avanza el día, dando lugar a una mayor carga ambiental en la noche. Los valores elevados de melatonina en la noche, junto con la ingesta de alimentos, causan un deterioro en la tolerancia a la glucosa. Además, este efecto se empeora en portadores homocigóticos del alelo de riesgo del MTNR1B.Previous studies on the circadian system heritability have been approached subjectively (questionnaires or registers). However, objective studies on the heritability of other chronobiological parameters are required by the analysis of: a) temperature, activity and body position or a combination of them (TAP); b) cortisol and melatonin rhythms; c) sleep characteristics; d) timing of food intake. In addition, genetic studies are conducted to determine associations between specific genes or gene variants with disease-associated phenotypes called GWAs. In this sense, a GWAs identified a polymorphism in the gene coding for melatonin 1B receptor (MTNR1B) as a novel risk variant for type 2 diabetes. Thus, our objective is the study of genetic and environmental influences on the circadian system health, sleep-wake pattern and timing of food intake. In addition, to study whether the MTNR1B variant is related to glucose metabolism intolerance, diabetes risk factor, especially when there is a concurrence between high melatonin values and intake. The study of genetic and environmental influences on the circadian system health was performed in 53 twin pairs (28 monozygotic (MZ) and 25 dizygotic (DZ)). Circadian patterns were studied by analyzing peripheral temperature, activity and position during one week and with saliva samples for cortisol. Genetic influences were estimated by comparing the MZ and DZ correlations and adjusting the genetic models of structural equations in the measured variables. The study of the MTNR1B impact on diseases associated with chronodisruption, such as diabetes, was performed in 40 women (20 risk allele carriers and 20 non-carriers). Participants had dinner under two conditions: late (one hour before) and early (four hours before) their usual bed time. In both conditions blood glucose levels were determined by glucometer just before dinner and at 30', 60', 90 'and 120'. In addition, saliva samples were collected every hour for melatonin, and light exposure was measured. In both populations, the morning-evening questionnaire was used and a dietary record and sleep characteristics were completed (seven days). The results obtained in this thesis show that the temperature rhythm has a moderate to high heritability for most of its parameters. These genetic factors point to endogenicity as the main cause of the coincidence between the rhythms of the MZ sisters. However, those parameters dependent on environmental factors are more susceptible to change through external interventions. TAP has a higher heritability and provides more accurate data on the circadian system status than temperature, activity and body position. Therefore, the use of integrative variables improves the circadian system evaluation, increasing the genetic component and reducing the environmental effect. There is a significant and positive association between siesta duration and obesity. In addition, the sleep-wake pattern shows significant heritabilities in both night-time and daytime sleep. The timing of food intake and related variables such as sleep time, cortisol and chronotype present a greater genetic component in the morning, which decreases as the day progresses, leading to a greater environmental component at night. Late evening high melatonin levels in conjunction with food intake causes impairment of glucose tolerance. In addition, this effect worsens in homozygous carriers of the MTNR1B risk allele.
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Ritmos circadianos del tejido adiposo y relación con los hábitos de vida en individuos con obesidad severa
(Universidad de Murcia, 2024-05-03) Zambrano Paredes, Ana Carolina; Garaulet Aza, Marta; Escuela Internacional de Doctorado
Unos hábitos de vida saludable son cruciales para el mantenimiento de unos ritmos circadianos saludables y para la prevención de alteraciones en el tejido adiposo. Los estudios que abordan factores que puedan inhibir o disminuir la lipólisis directamente en cultivos de explantes de tejido adiposo humano son escasos. Por ello, nuestros objetivos fueron: 1) Determinar si existen ritmos circadianos en la actividad de la lipasa sensible a hormona (LSH) y el gen LIPE en el tejido adiposo humano. 1A) Determinar si la hora de la comida y la duración del ayuno, influye en la actividad de LSH y la expresión de LIPE. 1B) Determinar si el hábito de siesta se asocia con los ritmos circadianos del LIPE, gen que codifica la enzima LSH. 2) Determinar si una cena tardía afecta la sensibilidad a la insulina del tejido adiposo humano subcutáneo y visceral en presencia de melatonina. 3) Determinar si el efecto de la alimentación restringida en el tiempo sobre el tejido adiposo humano subcutáneo es una herramienta dietética efectiva para el control del peso corporal. Este estudio se realizó en sujetos reclutados en la región de Murcia, con obesidad, que se sometieron a bypass gástrico por laparoscopia. De estos pacientes se extrajeron explantes de tejido adiposo subcutáneo y visceral para su posterior tratamiento. Se realizaron mediciones antropométricas, se evaluó la composición corporal y se recopiló el historial clínico de los pacientes. Como resultado de esta tesis doctoral hemos confirmado la existencia de ritmo circadiano en explantes de tejido adiposo humano en el gen LIPE, y en la actividad de la LSH, a su vez condicionada con el horario de las comidas y la duración del ayuno nocturno, lo que podría llevar en mayor medida a una movilización de grasas. Esto se ha conseguido mediante la alteración de los parámetros de los ritmos tanto en el gen LIPE como para la enzima LSH. Además, hemos evidenciado la siesta como un factor alterante de los patrones rítmicos del gen LIPE y de la proteína LSH, demostrando que aquellos que duermen habitualmente siesta poseen un ritmo aplanado en comparación con los que no la duermen. Asimismo, hemos demostrado que siestas superiores a 30 minutos se asocian con una mayor circunferencia cintura-cadera y score de síndrome metabólico, en comparación con aquellas inferiores a 30 minutos. También hemos confirmado que la sensibilidad a la insulina en explantes de tejido adiposo humano se ve reducida cuando se expone de manera simultánea a la melatonina e insulina, en especial por la noche. Por lo que, cenas próximas a la hora de acostarse o la administración de melatonina cercana a la cena, podría acarrear problemas metabólicos, como el desarrollo de diabetes y obesidad. Por último, hemos confirmado que una alimentación restringida en el tiempo es capaz de movilizar en mayor medida la grasa que un patrón dietético regular. Pero hemos observado que se produce una mayor movilización de grasa cuando el periodo de alimentación se sitúa estrictamente en horario de mañana. Por todo esto hemos concluido que, para una mejora de la salud circadiana, metabólica y control de peso corporal en personas con obesidad, sería necesario dirigir las recomendaciones hacia un patrón de comidas en consonancia con los ritmos circadianos. Acompañado de consejos sobre la duración de siesta, para reducir alteraciones en la actividad y expresión de los genes que regulan la movilidad de la grasa, así como concienciar del horario nocturno o del manejo de la melatonina en relación con el horario de la cena.

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