En esta publicación hemos hablado de forma exhaustiva de cómo la luz es un modulador crítico del sueño y los ritmos circadianos. A media que cada vez pasamos más tiempo en interiores, con bajos niveles de luz natural, una luz interior inadecuada y alta exposición a la luz artificial nocturna (por ejemplo, iluminación artificial de habitaciones, teléfonos inteligentes o pantallas) así como los nuevos descubrimientos científicos que relacionan la luz con la interrupción circadiana, hacen que sea fundamental evaluar de forma exhaustiva los efectos de la luz artificial en nuestros ritmos circadianos y en la regulación del sueño-vigilia. 

Una pregunta crítica que surge de estos hallazgos es si algunos individuos son más sensibles a los efectos de la luz en el sueño y los ritmos circadianos. Aunque la evidencia emergente es limitada, sugiere que es muy probable esperar diferencias individuales en la sensibilidad a la luz.

Existe un cuerpo cada vez mayor de investigación emergente que indica que los efectos de la luz en el sueño y los ritmos circadianos pueden variar drásticamente entre los individuos, haciendo por tanto, que las recomendaciones para una exposición adecuada a la luz en la vida real rara vez consideran tales efectos individuales.

En una reciente revisión realizada por la investigadora Sarah L. Chellappa, de la división del Sueño y Desórdenes Circadianos del Hospital Universitario Brigham and Women’s de la Escuela de Medicina de Harvard, aborda cómo los diferentes rangos individuales como la edad, el o, el cronotipo, o lo haplotipos genéticos dan forma a los efectos de la luz nocturna en el sueño y la fisiología circadiana.

Diferencias individuales en la sensibilidad a la luz

Está claro que las personas nos diferenciamos considerablemente en cuanto a la sensibilidad y respuesta a los diferentes estímulos ambientales. Por lo tanto, es lógico suponer que supuestas diferencias individuales en la sensibilidad a la luz podrían explicar porqué algunos individuos muestran una mayor mayor vulnerabilidad al sueño y la interrupción circadiana por la iluminación artificial.

Chellappa hace un recorrido por los diferentes estudios e investigaciones que han evaluado las diferencias individuales a la sensibilidad a la luz y cuáles fueron las causas, según investigaciones realizadas en laboratorio y en estudios de campo.  A continuación, detallamos todas las causas que se muestran en la revisión: 

Diferencias según la edad: adultos vs niños

Adultos

En cuanto a la edad, el envejecimiento saludable (individuos mayores de 55 años) es quizás el rasgo individual más estudiado para la sensibilidad a la luz hasta la fecha, mostrando una sensibilidad reducida a la luz de corta longitud de onda en la fotosensibilidad circadiana. 

Los individuos mayores pueden exhibir una supresión de la melatonina menor por la luz a una longitud de onda corta (~480 nm) en lugar de a una longitud de onda más larga (~550 nm), en comparación con los individuos jóvenes. Además, los individuos mayores pueden mostrar un cambio de sensibilidad a la luz NIF (luz No Formadora de Imágenes – (λmax = 494 nm), en comparación con los individuos jóvenes (λmax = 484 nm). Sin embargo, la supresión de melatonina en respuesta a la luz de longitud de onda corta (<500 nm) fue similar en individuos jóvenes y mayores en ese mismo estudio. 

Asimismo, el envejecimiento puede no afectar necesariamente la respuesta de cambio de fase a la exposición a la luz policromática, con cambios de fase similares en los ritmos circadianos de melatonina entre individuos jóvenes y mayores. Por lo tanto, algunos aspectos de la fotosensibilidad circadiana se pueden preservar con la edad avanzada.

En los individuos jóvenes, las respuestas robustas de alerta de arrastre de la luz de longitud de onda corta pueden influir en la fisiología del sueño (por ejemplo, latencia de sueño más larga, dinámica de actividad de onda lenta alterada). Por el contrario, los hallazgos sobre los efectos de la luz en el sueño en las personas mayores son limitados. En un estudio donde se hacían pruebas de privación de sueño de 40 horas, con exposición a uan luz policromática a 250 lx (2.800 K), luz policromática a 250 lx (9.000 K) o luz tenue a 8 lx (2.800 K) mostró un aumento de la actividad de onda lenta tanto en individuos jóvenes como mayores durante la recuperación del sueño. Por lo tanto, en condiciones difíciles, la respuesta homeostática del sueño a la exposición a la luz puede conservarse con la edad avanzada.

El envejecimiento saludable también se asocia con una disminución progresiva de la transmisión de la luz debido a la nublación y el amarillamiento de la lente cristalina natural, especialmente para la longitud de onda corta. Es importante destacar que estos efectos relacionados con la edad dentro en el ojo pueden influir negativamente a la calidad del sueño. 

Los individuos mayores también pueden tener un tamaño reducido de la pupila y la transmitancia del cristalino, y un aumento de la absorción del cristalino ocular. Por lo tanto, pueden experimentar una reducción de la entrada fótica y trastornos circadianos. Las cataratas relacionadas con la edad empeoran aún más estos procesos oculares y se asocian con trastornos del sueño y ritmos circadianos. Sin embargo, cuando los pacientes con cataratas se someten a un reemplazo intraocular del cristalino (bloqueo ultravioleta solo o bloqueo azul), muestran un aumento de la sensibilidad a la melatonina a 2 h de luz policromática nocturna aguda (~40 lx, 2.500 K y 6.000 K) en ~27%, en comparación con los individuos mayores sanos . Estos hallazgos sugieren que la optimización de la transmisión del cristalino espectral en pacientes con cataratas puede mejorar la fotosensibilidad circadiana, el sueño y la función cognitiva.

Niños

Las diferencias individuales en la sensibilidad a la luz también ocurren en etapas de desarrollo más tempranas. Dos estudios han planteado la hipótesis de que la supresión de la melatonina por luz es mayor en los niños, en comparación con los adultos, ya que tienen pupilas grandes y lentes de cristal puro.

En el primer estudio, niños jóvenes sanos de una escuela primaria y adultos sanos se sometieron a dos experimentos con luz. En un protocolo, tenían luz blanca policromática baja  (<30 lx) y moderadamente brillante (580 lx). En el otro protocolo, tenían una condición de luz tenue similar y exposición a la luz a niveles interiores moderados (~140 lx). En ambos protocolos de laboratorio, los niños tuvieron casi el doble del porcentaje de supresión de melatonina por luz en comparación con los adultos, lo que indica un aumento de la fotosensibilidad circadiana.

En el segundo estudio, niños y adultos sanos se sometieron a dos conjuntos de experimentos de luz nocturna de a4 h con luz tenue seguida de luz policromática a 3.000 K o a 6.200 K (iluminancia melanópica: 149,2 y 292,9 m-lx, respectivamente, con densidad de fotones emparejada [14,4 fotones log/cm2/s]). La supresión de la melatonina en niños fue mayor en comparación con los adultos, particularmente para la luz a 6.200 K (iluminancia melanópica más alta). 

Del mismo modo, los efectos de la exposición aguda a la luz nocturna de 1 hora a diferentes intensidades (0,1, 15, 150 y 500 lx) en los niveles de melatonina difirieron entre los grupos de desarrollo. Los individuos pre-pubertales (9-14 años) tuvieron una mayor supresión de la melatonina por luz, en comparación con los adolescentes post-pubertales (11,5-16 años).

Por lo tanto, la exposición a la luz nocturna puede ser muy disruptiva para los niños, lo que es problemático ya que utilizan cada vez más iluminación artificial (p. ej. Pantallas de TV, juegos de computadora y teléfonos inteligentes) y pueden experimentar efectos adversos en sus patrones de sueño. 

Diferencias según la raza/etnia

En un estudio realizado en 2017, se evaluó el papel de la raza y la etnia en el sueño, los ritmos circadianos y la salud cardiovascular. Los resultados muestran como los afroamericanos en comparación con los europeoamericanos muestran un período circadiano más corto en 0,2 h, eran menos propensos a mostrar retrasos de fase como respuesta a un protocolo circadiano de cambio de fase de 9 h , y mostraron más interrupciones del sueño debido a la desalineación circadiana. 

Sin embargo, las diferencias individuales en la sensibilidad a la luz pueden confundir estas evaluaciones del período circadiano y la fase, ya que los participantes permanecieron por debajo de ~35 lx, y la evidencia reciente indica diferencias individuales a menos que los niveles de luz sean muy tenues (<10 lx). 

Además, en el conjunto de datos del Biobanco del Reino Unido (439.933 individuos), los participantes negros tenían el doble de prevalencia de corta duración del sueño (5-6 h) y tenían 1,4 veces más probabilidades de ser tipos matutinos. A pesar de estas diferencias, todavía hay una investigación muy limitada sobre la raza/etnia como rasgo individual para la sensibilidad a la luz, con un solo estudio sobre la influencia de los colores de los ojos entre caucásicos y asiáticos en la supresión de la melatonina por la luz. 

Diferencias según el genero 

También existen indicios de la diferencia en cuanto a los efectos de la luz según el genero. En un estudio realizado en el 2017 se evaluó la diferencia del genero en la sensibilidad a la luz. En el mismo, la exposición a 2 horas de una luz policromática nocturna (~40 lx) a 6.500 K o a 2.500 K puede afectar la percepción del brillo, el estado de alerta y el sueño de una manera dependiente del género. Si bien no se produjeron diferencias para la supresión de la melatonina por la luz, los hombres habían aumentado la percepción subjetiva del brillo y la actividad de onda lenta frontal durante toda la noche al comienzo del episodio de sueño después de la exposición a la luz a 6.500 K.

Es importante destacar que debido a que los hombres jóvenes también tuvieron un mejor rendimiento de atención sostenido durante la exposición aguda a la luz, el posterior aumento de la actividad de onda lenta podría reflejar un fenómeno dependiente del uso. 

La sensibilidad dependiente del o a la luz podría deberse a diferencias en la función del sistema visual: las respuestas primarias de la corteza visual a las intensidades escalonadas de la luz roja y azul muestran curvas de estímulo-respuesta dos veces más altas para los hombres, en comparación con las mujeres. Sin embargo, se requieren más estudios con tamaños de muestra más grandes para establecer una asociación de o y sensibilidad a la luz.

Hay que señalar, que las diferencias en cuanto al o también ocurren en el sueño, con mujeres exhibiendo más actividad de onda lenta al inico de la melatonina de luz tenue (es decir, típicamente cerca de la hora habitual de acostarse), particularmente en regiones cerebrales centro-parietales. Además, las mujeres pueden tener un periodo circadiano intrínseco promedio más corto, una mayor amplitud de los ritmos de melatonina y una menor amplitud de los ritmos de la temperatura corporal central (TCC). 

Diferencias según el cronotipo y haplotipo

Un rasgo individual clave de la sensibilidad a la luz es el cronotipo, o la propensión de un individuo a dormir y despertarse en momentos específicos dentro de un día de 24 horas, lo que resulta en cronotipos tempranos, intermedios y tardíos con nichos temporales separados por hasta 10 horas. 

Actualmente, no hay estudios de laboratorio controlados que hayan comparado los efectos de la luz artificial en el sueño y los ritmos circadianos entre los diferentes cronotipos. Los estudios de campo muestran que el aumento de la exposición a la luz durante el día se asocia con un cronotipo anterior en la población general. Por lo tanto, el cronotipo puede mediar en los efectos de la luz en el sueño y los ritmos circadianos.

También hay que tener en cuenta que el cronotipo depende del o y la edad: los hombres son cronotipos posteriores en comparación con las mujeres antes de los 40 años, revirtiendo a los cronotipos anteriores después; y los últimos tiempos de sueño se producen en adolescentes, mientras que los primeros ocurren en individuos mayores. 

Asimismo, los haplotipos genéticos son candidatos muy probables para explicar diferencias individuales en cuanto a la sensibilidad a la luz. Variaciones en los genes del reloj circadiano se asocian con trastornos del sueño humano y circadianos,  incluido el síndrome de fase avanzada familiar del sueño. Los genes PERÍODO (PER) son factores esenciales que contribuyen a la regulación del gen del reloj circadiano  y, por lo tanto, candidatos potenciales para los efectos de la exposición a la luz en el sueño y los ritmos circadianos.

La asociación de la fotosensibilidad circadiana y los haplotipos genéticos se destaca en un estudio, en el que hombres y mujeres jóvenes estuvieron expuestos a 4 horas de luz tenue (<15 lx) seguida de luz policromática brillante (1.000 lx, 5.000 K). La homocigosidad del haplotipo PER2 representó una baja sensibilidad a la luz, indexada por un menor porcentaje de supresión aguda de melatonina por 3 h de luz brillante policromática nocturna (1.000 lx medidas a nivel ocular del participante). Además, las diferencias individuales en las respuestas a la luz NIF (No Formadora de Imágenes) sobre los fenotipos del sueño pueden depender de rasgos genéticos específicos (polimorfismo de repetición en tándem de número variable PER3 [VNTR]) también involucrados en la regulación del sueño y la vigilia.

Por último, las variantes genéticas del gen de la melanopsina humana(OPN4) se asocian con los tiempos de sueño-vigilia, de tal manera que los individuos con genotipo CC de la variante OPN4*Ile394Thr muestran tiempos más tardíos que aquellos con el genotipo TT o TC.

Otros diferencia: tamaño de la pupilas, historia fónica y exposiciones a largo plazo 

Estudios recientes han evaluado el impacto de una luz policromática nocturna a intensidades bajas y altas, llegando a la conclusión de que el grado de supresión de la melatonina por la luz se asoció con el tamaño de la pupila (farmacológicamente dilatada) tanto durante la exposición previa a la luz como durante la exposición a la luz. Por lo tanto, el tamaño basal de la pupila puede ser un predictor de diferencias individuales en la fotosensibilidad circadiana. 

Además, la sensibilidad a la luz depende de la historia fótica. Así lo afirma un estudio donde se evalúan los efectos directos de la luz en el estado de alerta, la vigilancia dependiendo de su historia previa con la luz. Además, la influencia de la historia fótica se muestra en un estudio de resonancia magnética funcional con hombres y mujeres jóvenes sanos. La influencia de una luz de prueba (515 nm) en las respuestas cerebrales ejecutivas dependió de la longitud de onda de luz a la que los individuos estuvieron expuestos 1 h antes. Cuando fueron expuestos a luz de longitud de onda larga (589 nm), pero no a longitud de onda corta (461 nm), se produjeron activaciones generalizadas en áreas prefrontales y en el pulvinar durante una tarea de detección auditiva simple y una tarea de memoria de trabajo auditiva más difícil. Aunque no se han reportado estudios sobre diferencias individuales en la historia fótica, es probable que exista tal variabilidad.

Las diferencias en la fotosensibilidad circadiana también pueden ocurrir cuando los individuos están expuestos a la luz artificial nocturna a largo plazo. En un estudio donde hombres y mujeres sanos fueron expuestos a entre 6 a 8 semanas de una luz policromática brillante por noche en casa seguido de un protocolo de laboratorio mostraron grandes diferencias individuales en la supresión de la melatonina por la luz. Estos hallazgos sugieren que algunos individuos son más vulnerables a los efectos adversos a largo plazo de la exposición a la luz nocturna y, por lo tanto, pueden estar en mayor riesgo de interrupción circadiana. 

Esta suposición también viene respaldada por otro estudio en el que diez hombres y mujeres jóvenes sanos fueron expuestos a una luz nocturna tenue <10 lx) seguida de luz blanca policromática de intensidad moderada (100 lx, 2.800 K, irradiancia: 42,73 μW/cm2). Los individuos con mayor supresión de melatonina también tuvieron una mayor activación dentro de un área supraquiasmatico en respuesta a la exposición a la luz. Sin embargo, no está claro si las diferencias individuales en la entrada fótica, la función del Núcleo Suparquiasmático SCN  y/o la entrada no retinal al SCN en respuesta a la luz modulan la variabilidad individual en la fotosensibilidad circadiana.

Conclusión

Cómo vemos puede haber muchos rasgos individuales o de exposición que pueden afectar a la diferencias en cuanto a la sensibilidad a la luz, sin embargo aunque prometedor y emocionante, se requiere todavía de más investigación para determinar esta variabilidad individual con respecto a la sensibilidad a la luz. 

Por ejemplo, la mayoría de los estudios en humanos han utilizado protocolos de laboratorio en las horas de la noche/noche. Sin embargo, sabemos poco sobre las diferencias individuales en la exposición a la luz diurna, ya que ciertos aspectos de la luz diurna (natural) no pueden ser imitados de forma fácil por la luz artificial, incluidos los cambios estacionales en la duración del día o las condiciones del crepúsculo.

Asimismo, los estudios de laboratorio y de campo en humanos que han ayudado a establecer un papel de estos rasgos individuales tienen tamaños de muestra limitados, debido a su complejidad inherente en el diseño del estudio y a los estrictos criterios de los participantes en el estudio de inclusión/exclusión. Por lo tanto, los estudios basados en la población pueden ayudar a capturar las diferencias relevantes de exposición a la luz entre los individuos, así como las posibles colinealidades entre estos rasgos individuales. El desafío para los estudios basados en la población, sin embargo, incluye una falta de consenso sobre evaluaciones prácticas para monitorear la exposición a la luz diurna y nocturna de la vida real durante meses y años.

Otra pregunta importante es la magnitud de las diferencias individuales en los efectos de sensibilidad a la luz, es decir, el tamaño del efecto de diferentes rasgos individuales que median los efectos de la luz en el sueño y los ritmos circadianos.

“De forma general se puede decir que los hallazgos actuales proporcionan una fuerte base para considerar las diferencias individuales al definir las especificaciones de iluminación óptimas, permitiendo así soluciones de iluminación personalizadas que promuevan la calidad de vida y la salud”, concluye Chellapa en PAPER. 

Artículo elaborado a partir del PAPER: “Individual differences in light sensitivity affect sleep and circadian rhythms”, 2021.