Interrelación entre los sincronizadores y el sistema circadiano humano= Crosstalk between synchronizers and the human circadian system

Abstract

OBJETIVOS Establecer el patrón de temperatura de la piel de la muñeca como ritmo marcador para evaluar el sistema circadiano humano. Para ello, se plantearon los siguientes objetivos específicos: 1. Obtener el ritmo endógeno de temperatura periférica distal por medio de procedimientos matemáticos para eliminar y cuantificar los efecto enmascarantes. 2. Describir la ontogenia y el envejecimiento del patrón de temperatura periférica distal. 3. Caracterizar el régimen de exposición a la luz y su influencia sobre el sistema circadiano evaluado mediante el ritmo de temperatura en la muñeca. 4. Analizar el efecto de la temperatura ambiental sobre las variables termofisiológicas y cardiofisiológicas. 5. Evaluar el estilo de vida, la exposición a sincronizadores y la cronodisrupción en ancianos sanos comparados con jóvenes, y proponer un método para evaluar la edad del sistema circadiano sin tener en cuenta la edad biológica. 6. Estudiar la influencia del contraste día/noche en la exposición a sincronizadores y en los hábitos de vida sobre el sistema circadiano humano. 7. Idear una luminaria saludable para el sistema circadiano. MATERIAL Y MÉTODOS La presente tesis cumple los principios bioéticos para investigación humana. Se monitorizaron 456 voluntarios (99 bebés, 250 universitarios, 27 adultos y 80 ancianos) apropiadamente informados sobre el estudio. La temperatura de la piel se monitorizó mediante un data logger (Thermochron iButton, Maxim Integrated Products, Sunnyvale, California, USA). Actividad y posición se registraron mediante un actímetro (HOBO Pendant G Acceleration Data Logger UA-004-64, Onset Computer, Bourne, Massachusetts, USA). La exposición a la luz y la temperatura ambiental se monitorizaron mediante un luxómetro (HOBO Pendant Temperature/Light Data Logger UA-002-64, Onset Computer, Bourne, Massachusetts, USA). Las variables cardiovasculares se registraron mediante un holter de presión arterial (Mobil-O-Graph NG, IEM GmbH, Stolberg, Germany). Además, temperatura, actividad y posición se integraron en una nueva variable compuesta (TAP). Los patrones obtenidos se caracterizaron mediante análisis de series temporales utilizando programas específicos como Cosinor o El Temps (Antoni Díez-Noguera, Universitat de Barcelona, 1999) o diferentes versiones de Excel. Los análisis estadísticos se realizaron con SPSS (Inc. Chicago, Illinois, USA) o R, y los árboles de decisión se realizaron en WEKA 3.0.0 (University of Waikato, New Zealand). CONCLUSIONES Las principales conclusiones de la presente tesis fueron: 1. El ritmo de temperatura periférica distal presenta un fuerte componente endógeno a pesar de la influencia fase-dependiente de otras variables. 2. La maduración del patrón circadiano de temperatura periférica de la muñeca se asocia con un aumento de la circadianidad y el envejecimiento se relaciona con un adelanto de fase. 3. El contraste día/noche en la exposición a la luz y la calidad de la luz se relacionan con mejores patrones de temperatura de la muñeca y de sueño, mientras que la exposición a luz nocturna se asocia a los peores patrones. 4. Las variaciones en la temperatura ambiental afectan la presión arterial a través de cambios en la temperatura periférica distal. 5. El sistema circadiano del anciano se caracteriza por un menor contraste en las variables sincronizadoras, un avance de fase generalizado y un deterioro del orden interno; estas características permiten diferenciar entre jóvenes y ancianos. 6. Las alteraciones en el ritmo de temperatura se asocian con un bajo contraste día/noche. El modelado matemático apunta a que el aumento del contraste en el estilo de vida podría mejorar el ritmo de temperatura. 7. Se patentó un dispositivo de iluminación circadiana saludable.

CONCLUSIÓN GENERAL La temperatura periférica de la piel de la muñeca ha demostrado ser un ritmo marcador fiable y cómodo con un fuerte componente endógeno que permite evaluar la robustez del sistema circadiano y el envejecimiento. OBJECTIVES To establish distal skin temperature pattern as marker rhythm for human circadian system assessing. For this, the following specific objectives were approached: 1. To obtain the endogenous circadian pattern of wrist temperature rhythm by mathematical removing and quantifying masking. 2. To describe and differentiate distal skin temperature during maturation and aging. 3. To characterize human light exposure and its influence on the circadian system assessed by wrist temperature. 4. To analyze the effect of temperature exposure on thermophysiological and cardiophysiological variables. 5. To assess lifestyle, chronodisruption and synchronizers exposure in healthy elders comparing with young people and to propose a method for assessing circadian system aging without taking into account the biological age. 6. To study the influence of day/night contrast in lifestyle and synchronizers, on human circadian system. 7. To create a healthy circadian lighting design. MATERIALS AND METHODS The present thesis accomplishes the bioethical principles for human research. 456 volunteers were recruited (99 babies, 250 undergraduate students, 27 middle-aged adults and 80 elderly people) and properly informed about the study. Skin temperature was recorded using a temperature data logger (Thermochron iButton DS1921H, Maxim Integrated Products, Sunnyvale, California, USA). Activity and position were recorder by an actimeter (HOBO Pendant G Acceleration Data Logger UA-004-64, Onset Computer, Bourne, Massachusetts, USA). Light exposure and environmental temperature were recorded by a luxometer (HOBO Pendant Temperature/Light Data Logger UA-002-64, Onset Computer, Bourne, Massachusetts, USA). Cardiovascular variables were recorded by an automated oscillometric ambulatory system (Mobil-O-Graph NG, IEM GmbH, Stolberg, Germany). In addition, temperature, activity and position were integrated in a new variable (TAP). Rhythm characteristics were extracted by time series analysis using Cosinor or El Temps (Antoni Díez-Noguera, Universitat de Barcelona, 1999) or different versions of Excel. Statistical analysis was performed using SPSS (Inc. Chicago, Illinois, USA) or R, while decision trees were performed in WEKA 3.0.0 (University of Waikato, New Zealand). CONCLUSIONS The main conclusions of the present thesis are: 1. Wrist temperature rhythm has a strong endogenous component, in spite of the influence of other variables, which affect in a phase-dependent manner. 2. Distal skin temperature maturation is associated with an increase in circadianity, whereas aging is related to a phase advance. 3. Day-night contrast and light quality are related with more robust distal skin temperature and sleep patterns, whereas night-time light is associated with worse circadian patterns. 4. Variations in environmental temperature affect arterial blood pressure by changes produced in distal skin temperature. 5. Aged circadian system is characterized by less contrast in synchronizing variables, a generalized phase advance and internal order impairment; these differences allow discerning between a young and elderly people. 6. Temperature rhythm impairment is associated with low contrast between day and night. Mathematical modelling demonstrates that increasing contrast in lifestyle should improve temperature rhythm. 7. A healthy circadian lighting device was patented.

GENERAL CONCLUSION Wrist temperature has demonstrated to be a comfortable and reliable marker rhythm with a strong endogenous component that allows evaluating circadian system robustness and ageing.