Curva de respuesta de fase

Aproximadamente dos horas antes de la hora habitual de acostarse, la exposición de los ojos a la luz retrasa la fase circadiana, lo que provoca que uno se despierte y se duerma más tarde . Este efecto se intensifica a medida que avanza la noche y depende de la longitud de onda y la iluminancia (brillo) de la luz. El efecto es mínimo si la iluminación interior es tenue (< 3 lux).

Aproximadamente cinco horas después de la hora habitual de acostarse, coincidiendo con el punto más bajo de la temperatura corporal (el punto más bajo de la temperatura corporal central durante el sueño), la respuesta fotodinámica alcanza su pico y el efecto cambia abruptamente de retraso de fase a adelanto de fase. Inmediatamente después de este pico, la exposición a la luz tiene su mayor efecto de adelanto de fase, lo que provoca un despertar y un inicio del sueño más tempranos. Nuevamente, la iluminancia afecta considerablemente los resultados; la luz interior puede ser inferior a 500  lux, mientras que la fototerapia utiliza hasta 10 000  lux. El efecto disminuye hasta aproximadamente dos horas después del despertar espontáneo, cuando se reduce prácticamente a cero.

Durante el período comprendido entre dos horas después de la hora habitual de despertarse y dos horas antes de la hora habitual de acostarse, la exposición a la luz tiene poco o ningún efecto sobre la fase circadiana (los efectos leves generalmente se anulan entre sí).

Aquí se muestra otra imagen del PRC para la luz (Figura 1). ^{[ 3 ]} Dentro de esa imagen, el texto explicativo es

• Región de retraso: la luz vespertina retrasa la somnolencia y
• Región avanzada: la luz matutina adelanta la somnolencia . ^{[ 4 ]}

La fototerapia, generalmente con una lámpara de fototerapia que emite 10 000  lux a una distancia determinada, puede utilizarse por la noche para retrasar o por la mañana para adelantar el sueño. Dado que la mayoría de las personas consideran indeseable la pérdida de sueño para obtener una exposición a la luz brillante, y debido a la dificultad de estimar con exactitud cuándo se producirá el mayor efecto (el pico de la respuesta fotodinámica) en cada persona, el tratamiento suele aplicarse diariamente justo antes de acostarse (para retrasar la fase del sueño) o justo después de despertarse espontáneamente (para adelantarla).

Además de su uso en el ajuste de los ritmos circadianos, la fototerapia se utiliza como tratamiento para varios trastornos afectivos , incluido el trastorno afectivo estacional (TAE). ^{[ 5 ]}

En 2002, investigadores de la Universidad de Brown, liderados por David Berson, anunciaron el descubrimiento de células especiales en el ojo humano , las ipRGC ( células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles ), ^{[ 6 ]} que, según muchos investigadores, controlan el efecto de sincronización lumínica de la curva de respuesta de fase. En el ojo humano, las ipRGC presentan la mayor respuesta a la luz en el  rango de 460-480 nm (azul). En un experimento, 400  lux de luz azul produjeron los mismos efectos que 10 000  lux de luz blanca de una fuente fluorescente. ^{[ 7 ]} Una teoría de oposición espectral, según la cual la adición de otros colores espectrales reduce la eficacia de la luz azul para la fototransducción circadiana, fue respaldada por una investigación publicada en 2005. ^{[ 8 ]}

La curva de respuesta de fase para la melatonina está aproximadamente doce horas desfasada con respecto a la curva de respuesta de fase para la luz. ^{[ 9 ]} Al despertar espontáneamente, la melatonina exógena (administrada externamente) tiene un ligero efecto de retraso de fase. La magnitud del retraso de fase aumenta hasta aproximadamente ocho horas después de despertarse, momento en el que el efecto cambia bruscamente de un fuerte retraso de fase a un fuerte adelanto de fase. El efecto de adelanto de fase disminuye a medida que avanza el día hasta llegar a cero cerca de la hora de acostarse. Desde la hora habitual de acostarse hasta la hora de despertarse, la melatonina exógena no tiene efecto sobre la fase circadiana. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

El cuerpo humano produce su propia melatonina ( endógena ) aproximadamente dos horas antes de acostarse, siempre que la iluminación sea tenue. Esto se conoce como inicio de la secreción de melatonina con luz tenue (DLMO). ^{[ 12 ]} Esto estimula la porción de avance de fase del PRC y ayuda a mantener el cuerpo en un ciclo regular de sueño-vigilia. También ayuda a preparar el cuerpo para dormir.

La administración de melatonina en cualquier momento puede tener un leve efecto hipnótico (inductor del sueño). El efecto esperado sobre la duración de las fases del sueño, si lo hubiera, se predice mediante la curva de respuesta al dolor (PRC).

En un estudio de 2006, Victoria L. Revell et al. demostraron que una combinación de luz brillante matutina y melatonina vespertina, ambas programadas para adelantar la fase según las respectivas curvas de respuesta de fase (CRF), producen un cambio de fase mayor que la luz brillante sola, durante un total de hasta 2 1/2 horas a lo largo de 3 días. Todos los tiempos son aproximados y varían de un individuo a otro. En particular, no existe una forma conveniente de determinar con precisión los momentos de los picos y los cruces por cero de estas curvas en un individuo. La administración de luz o melatonina cerca del momento en que se espera que el efecto cambie bruscamente el sentido puede, si no se conoce con precisión el momento del cambio, producir un efecto opuesto al deseado. ^{[ 13 ]}

En un estudio de 2019, Shawn D. Youngstedt et al. demostraron que en humanos "el ejercicio provoca efectos de cambio de fase circadiana, pero se necesita información adicional. [...] Se establecieron curvas de respuesta de fase significativas para el inicio y la acrofase de aMT6 (derivado de la melatonina) con grandes retrasos de fase de 19:00 a 22:00 y grandes adelantos de fase tanto a las 7:00 como de 13:00 a 16:00" ^{[ 14 ]}

El primer uso publicado del término "curva de respuesta de fase" data de 1960, por Patricia DeCoursey . Los ritmos de actividad "diaria" de sus ardillas voladoras , mantenidas en oscuridad constante, respondían a pulsos de exposición a la luz. La respuesta variaba según la hora del día —es decir, el "día" subjetivo de los animales— en que se administraba la luz. Al representar gráficamente todos sus datos sobre la magnitud y la dirección (adelantamiento o retraso) del cambio de fase en una sola curva, DeCoursey creó la curva de respuesta de fase (CRP). Desde entonces, se ha convertido en una herramienta estándar en el estudio de los ritmos biológicos. ^{[ 15 ]}