La evaluación del sistema circadiano precisa del desarrollo de técnicas que permitan registrar y analizar los ritmos de variables que nos informen del funcionamiento del reloj biológico, tanto en cultivos celulares, como animales y personas.
Nuestro laboratorio dispone de técnicas para monitorizar los ritmos en:
1.- Cultivos celulares de tejidos con actividad rítmica como fibroblastos, o células tumorales.
2.- Modelos animales. Registramos los ritmos en tres especies de especial interés en cronobiología como son el roedor diurno Octodon degus y dos modelos de pez: pez cebra y Nothobranchius. Además de en otros modelos nocturnos como la rata o el ratón.
3.- Humanos. Disponemos de un dispositivo, basado en nuestra patente Kronowise (P201031894), para la monitorización ambulatoria circadiana, que integra en un reloj de pulsera sensores de actividad, posición, temperatura cutánea y exposición a la luz. La integración, mediante los algoritmos apropiados, permite estudiar el ritmo de sueño-vigilia y las posibles alteraciones del reloj biológico en personas que realizan su vida normal.
En aquellos casos en los que interesa estudiar los ritmos en personas encamadas, como es el caso de pacientes de una UCI, disponemos de un dispositivo (Kronobed) que registra variables ambientales y los ritmos de actividad motora y temperatura mediante sensores que actúan a distancia del sujeto.
Para el estudio de los ritmos de la función cardiovascular disponemos de equipos de monitorización ambulatoria de presión arterial, MAPA, que registran los ritmos de presión arterial, y frecuencia cardíaca durante 24 o 48 h, lo que permite un mejor diagnóstico de la hipertensión, evitando el fenómeno de la bata blanca.
El análisis de la gran cantidad de datos que generan los sensores cronobiológicos se realiza mediante un software propio que permite conocer de forma inmediata los índices circadianos básicos (Kronoware) de la serie temporal recogida mediante Kronowise y Kronobed.
El análisis avanzado de los ritmos circadianos y del sueño se realiza subiendo los archivos generados por los dispositivos cronobiológicos a la plataforma on-line Kronowizard. Los datos son procesados mediante el software Circadianware, implementado en dicha plataforma, y en unos minutos se emite un informe automático sobre los ritmos y el sueño del sujeto, incluyendo un archivo apto para su procesamiento en Excel.
(EN) Circadian system assessment requires implementing tools to monitor and analysed those marker rhythms that inform us for the biological clock functioning. Our lab can monitor rhythms on:
To monitor bed-ridden patients, we have implemented Kronobed an ambulatory device that register jointly environmental variables and subject´s activity and temperature rhythms thanks to distance sensors.
To analyse, during 24 or 48h, the arterial pressure and heart rate circadian pattern, helping to diagnosis hypertension, Ambulatory blood pressure monitoring (ABPM) devices are available.
Our monitoring devices generates huge amount of data that can be easily analysed by a specific designed software. Kronoware provides the basic indexes to interpret Kronowise and Knonobed data.
Most advance analysis for circadian rhythms and sleep requires on-line platform Kronowizard by uploading the files generated by Kronowise. Circadianware process data and emits an automatic report on just a few minutes (also raw data as available to be used in Excel).
Estudiar los cambios que experimenta el reloj biológico con la edad es uno de los objetivos de nuestro Laboratorio, integrado en la Red Temática de Investigación Cooperativa en Envejecimiento y Fragilidad (RETICEF). En este contexto analizamos el perfil cronobiológico a diferentes edades, y en especial durante el envejecimiento normal y exitoso. El sistema circadiano envejece al igual que lo hacen el resto de sistemas de nuestro cuerpo, pero la forma en la que cuidamos nuestros ritmos biológicos también influye en el grado de envejecimiento. Detectar cuales son las principales características cronobiológicas asociadas al envejecimiento en personas centenarias (Grupo Español de Centenarios) que han envejecido de un modo saludable, es uno de nuestros principales objetivos en esta línea.
El pez de ciclo vital corto, Nothobranchius, es especialmente interesante en este tipo de estudios, ya que permite evaluar, en cortos periodos de tiempo, el efecto de la alteración de los ritmos biológicos sobre la longevidad y marcadores de envejecimiento.
Our interests in focussed on how aging affects the biological clock. We collaborate in the Network for Collaborative Research in Aging and Frailty (RETICEF). The circadian systems ages as any other system, thus how we wipe our clock affects its working throughout life. Analysing overt rhythms at different age stages, specially in successful aging, such as centenarians thanks to the Centenarian Spanish Group is one of our objectives.
La alteración persistente en el funcionamiento del sistema circadiano y del sueño se asocia a la aparición y agravamiento de diferentes patologías, entre las que se encuentran alteraciones cognitivas, trastornos afectivos, envejecimiento acelerado, cáncer, diabetes, inmunodepresión, alteraciones reproductivas y enfermedad cardiovascular, ente otras. En este campo, nuestro objetivo es desarrollar marcadores objetivos de cronodisrupción y caracterizar, a partir de parámetros cronobiológicos, diferentes patologías que influyen en la cronodisrupción o que se ven influidas por ella. Hasta ahora hemos abordado apnea obstructiva de sueño, síndrome metabólico, obesidad, hipertensión, trastornos del espectro autista, patología dual, narcolepsia y enfermedad de Parkinson.
Una situación que constituye un modelo espontáneo de cronodisrupción es el trabajo a turnos, al que se expone un elevado porcentaje de trabajadores de las sociedades desarrolladas. El objetivo del proyecto SYCE, que desarrollamos con el grupo INVESTEN del Instituto de Salud Carlos III, http://www.isciii.es/ISCIII/es/contenidos/fd-el-instituto/fd-organizacion/fd-estructura-directiva/fd-subdireccion-general-servicios-aplicados-formacion-investigacion/fd-centros-unidades/investen-isciii-2.shtml) es precisamente evaluar el grado de cronodisrupción de personal sanitario en función del tipo de turno de trabajo y determinar cómo se ven afectadas su salud y la provisión de cuidados en enfermería.
Circadian system and sleep impairment is associated with different pathological conditions, such as cognitive and affective disorders, premature aging, diabetes, cancer, reproductive alterations and cardiovascular events among others. We want to develop objective cronodisruption (CD) markers in order to characterize factors affecting CD and how CD affects these pathological conditions. At present, we have addressed Obstructive Sleep Apnoea, metabolic syndrome, obesity, hypertension, autism, narcolepsy and Parkinson disease.
An special condition for CD is shift work, a quite common situation in modern societies. In collaboration with INVESTEN from the Instituto de Salud Carlos III (http://www.isciii.es/ISCIII/es/contenidos/fd-el-instituto/fd-organizacion/fd-estructura-directiva/fd-subdireccion-general-servicios-aplicados-formacion-investigacion/fd-centros-unidades/investen-isciii-2.shtml) we are investigating CD on nursery in relation with their shift and its effect on health and patient care provision.
Dada la importancia de la cronodisrupción en la salud, es importante desarrollar medidas que eviten su aparición, y en el caso de que ésta ya esté presente, que reviertan la situación. Para ello llevamos a cabo tres estrategias, fomento de la regularidad, mejora del contraste entre el día y la noche y potenciación de la sincronización entre los diferentes tiempos que afectan al individuo. En este sentido la regularidad de horarios de alimentación, ejercicio físico, exposición a la luz, melatonina y horarios de sueño constituyen los pilares sobre los que se desarrollan estas estrategias.
Para favorecer la consolidación de hábitos de vida saludables el laboratorio trabaja junto con el grupo AIKE de la Universidad de Murcia en una aplicación Android, llamada Kronohelper, que aconseja y guía a los usuarios en la adquisición de aquellos hábitos que mejorarán su sueño y sus ritmos circadianos.
Una situación fuertemente cronodisruptiva es la que tiene lugar en los pacientes de las UCIs. Como consecuencia, es frecuente la aparición de síndrome confusional agudo y cierto retraso, en ocasiones evitable, en su recuperación. Por ello, estamos interesados en colaborar en la mejora de las condiciones ambientales hospitalarias con el fin de contrarrestar la alteración del reloj biológico de los pacientes.
Considering how chronodisruption affects health it is important to implement countermeasures. Thus, we proposed to increase regularity and contrast between day and night and enhance synchronization. Improving regularity in feeding schedules, exercise, light exposure pattern, maintaining an adequate sleep hygiene or even melatonin administration constitute the most useful tools at our disposal.
To consolidate adequate habits, our lab collaborates with the AIKE group (University of Murcia) to implement a new mobile app in Android, named Kronohelper, advising subjects to correct or maintain those behaviours that improves their sleep and circadian rhythms robustness.
A special situation are intensive care units. It is frequent the appearance of the acute confusional syndrome and delirium together with a slight delay in recovery. Thus, our interest is to improve environmental conditions in these units in order to minimize the possible circadian rhythm impairment in inpatients.
La alternancia luz-oscuridad es el principal sincronizador del sistema circadiano humano. La luz artificial supone un beneficio, pero también un precio a pagar: la desorganización de nuestro reloj biológico o cronodisrupción. Pero no todas las luces tienen el mismo efecto; por ejemplo, la luz azul, beneficiosa durante el día, ya que mejora la atención, el ánimo y el tiempo de reacción, es la más perjudicial por la noche. La exposición nocturna a luz azul está aumentando por el uso de LEDs y pantallas de dispositivos electrónicos. Nuestros estudios sugieren que el dispositivo de luz circadiana desarrollado en nuestro laboratorio (patente P201130509), puede generar una luz nocturna casi “invisible” para el sistema circadiano, pero con el mismo flujo fotónico que la luz de día.
Para evaluar los efectos de la luz sobre el sistema circadiano utilizamos dos técnicas ampliamente contrastadas: la pupilometría (basada en la observación de que la respuesta pupilar a la luz comparte la vía nerviosa que estimula el reloj biológico) y la inhibición de la secreción de melatonina, considerada como el gold estandar de la actividad de la luz sobre el reloj circadiano.
Light dark cycle is the main synchronizer for the human circadian system. Artificial light is beneficial but also imposes a physiological price to be paid: circadian disruption or chronodisruption. However, not all lights are equal: for example, blue light increases attention and diminish reaction time adequate responses for daytime but not for nightime. Light at night exposure is increasing due to LEDs and electronic devices use. We have patented (P201130509) a circadian friendly light to generate un “invisible” nocturnal light.
To evaluate the effect of light on the circadian system we used two widely recognised techniques: pupilometry (based on pupil constriction to light since it shares common nervous pathways that reaches the biological clock) and melatonin inhibition, considered as the gold standar for light effect on the circadian clock.
