El marcapasos central del ritmo circadiano humano es el núcleo supraquiasmático (NSQ), una pequeña estructura en el hipotálamo que contiene unas 20.000 neuronas. El NSQ orquesta la temperatura corporal, la secreción hormonal, los ciclos de sueño-vigilia y la función digestiva en todo el cuerpo. Sin señales externas, oscila con un periodo de aproximadamente 24,2 horas, pero la exposición diaria a la luz lo ajusta a exactamente 24 horas.
Dado que el periodo natural es ligeramente superior a 24 horas, el cuerpo necesita un reinicio diario. La señal principal, que los biólogos llaman zeitgeber (del alemán «dador de tiempo»), es la luz. Las comidas, el ejercicio y los horarios sociales son zeitgebers secundarios. Sin estos estímulos, el ritmo se retrasa cada día, razón por la cual las personas en entornos continuamente oscuros tienden a convertirse gradualmente en noctámbulos.
La retina contiene fotorreceptores especializados llamados células ganglionares retinianas intrínsecamente fotosensibles (ipRGC) dedicadas a la regulación circadiana en lugar de a la visión. Estas células contienen un pigmento llamado melanopsina y responden con fuerza a la luz azul en torno a los 480 nm. Sus señales evitan la corteza visual y viajan directamente al NSQ para ajustar la fase circadiana.
El momento es crítico. La luz intensa (10.000 lux o más, equivalente a un cielo despejado al aire libre) durante 30 minutos en las dos horas posteriores al despertar adelanta el reloj (produce somnolencia más temprano por la noche). La luz fuerte, especialmente azul, en las dos o tres horas antes de dormir suprime la melatonina y retrasa el reloj. Las pantallas de teléfonos y portátiles emiten solo 100-300 lux, pero permanecen cerca de los ojos durante horas, acumulando un impacto significativo en el inicio del sueño.
Aunque el NSQ es el reloj central, órganos como el hígado, el páncreas, el intestino y el músculo esquelético poseen sus propios genes reloj, denominados relojes periféricos. Los relojes periféricos responden con fuerza al horario de las comidas. Experimentos con ratones alimentados solo durante la fase activa frente a solo durante la fase de reposo producen un desfase de 12 horas en la fase del reloj periférico, independientemente de las señales del NSQ central.
En la práctica, desayunar a la misma hora cada día estabiliza los relojes del cuerpo. Incluir proteína en el desayuno puede sincronizar aún más los relojes periféricos a través de la señalización de insulina, según investigaciones recientes. Las comidas nocturnas tardías retrasan los relojes periféricos y crean una desincronía interna con el NSQ, un estado cada vez más vinculado a trastornos metabólicos y obesidad en estudios epidemiológicos.
El ejercicio también actúa como zeitgeber, aunque con menos potencia que la luz. El ejercicio matutino tiende a adelantar la fase circadiana, mientras que el ejercicio vespertino tiende a retrasarla. Los mecanismos incluyen la elevación de la temperatura corporal, la liberación de cortisol y cambios en la expresión de genes reloj del músculo esquelético.
Para la recuperación del jet lag y el trabajo por turnos, el ejercicio se combina bien con la exposición a la luz. Un trote matutino al aire libre proporciona ambos estímulos simultáneamente, convirtiéndolo en un hábito ideal para viajeros que se adaptan a una nueva zona. La excepción es que el ejercicio intenso dentro de las dos o tres horas previas a acostarse activa el sistema nervioso simpático y altera el inicio del sueño, por lo que las sesiones de alta intensidad deben programarse antes en el día.
Los trabajadores por turnos enfrentan el mayor desafío: un desajuste crónico entre el horario social (trabajar de noche) y la biología circadiana (diseñada para estar alerta durante el día). Para cambiar completamente a un horario nocturno, los trabajadores necesitan luz intensa durante los turnos, gafas de sol en el trayecto matinal a casa y oscuridad total para dormir de día. Pocos lo consiguen de forma consistente.
En la realidad, la mayoría de los trabajadores por turnos vuelven a horarios diurnos en sus días libres, sometiendo sus relojes a una oscilación semanal. Este «jet lag social» crónico se correlaciona con un aumento de enfermedades cardiovasculares, diabetes tipo 2 y depresión en estudios epidemiológicos. Al diseñar rotaciones de turnos, la rotación en sentido horario (turno de día a tarde a noche) es más fácil para el cuerpo que la rotación en sentido antihorario. Pequeñas decisiones como la dirección de rotación y el horario de comidas se suman a grandes diferencias en la salud a largo plazo de los trabajadores.
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