📝HISTORIA EN BREVE
- Cuando las mitocondrias absorben la luz infrarroja cercana (NIR) producen melatonina, lo que crea una serie de efectos antioxidantes que proporcionan beneficios neuroprotectores
- Con el paso del tiempo, el cerebro se vuelve más vulnerable al daño oxidativo debido a que incrementa su demanda de energía, se deterioran sus membranas celulares, se dañan sus mecanismos de limpieza y bajan sus niveles de melatonina
- En respuesta a la luz infrarroja cercana (NIR) se activan dos sistemas de defensa: uno combate los subproductos dañinos del oxígeno dentro de las mitocondrias, mientras que el otro protege las membranas celulares de los productos tóxicos de la descomposición de las grasas que daña las células
- La exposición a la luz sigue lo que se conoce como el "principio de Ricitos de Oro", lo que significa que las dosis moderadas producen beneficios, mientras que mucho o poco no produce ningún efecto, o incluso puede volverse contraproducente, sobre todo en el tejido cerebral sensible
- Puede ser muy beneficiosa en la enfermedad de Alzheimer, ya que estos pacientes experimentan disfunción mitocondrial temprana y niveles demasiado bajos de melatonina, aunque los ensayos en humanos aún son limitados e inconclusos
🩺Por el Dr. Mercola
Ya he escrito sobre los beneficios de la luz infrarroja cercana (NIR) y su efecto en la fotobiomodulación, que es una terapia que utiliza longitudes de onda de luz específicas para estimular los procesos beneficiosos en los tejidos. Por ejemplo, puede estimular la producción de colágeno,1 lo que puede ayudar a reforzar la salud de la piel. Además, tiene propiedades antiinflamatorias y cicatrizantes que ayudan a acelerar la reparación de los tejidos y la recuperación de las lesiones.2 Sin embargo, eso no es todo lo que la luz NIR puede hacer por su salud.
Hace poco, comencé a estudiar más a fondo la literatura sobre el efecto de la luz NIR en la melatonina mitocondrial y sus procesos biológicos. En mi artículo titulado "Optimizing Brain Biology Through Near-Infrared-Induced Mitochondrial Melatonin Synthesis", que se publicó en la revista Cureus, hablé sobre cómo utilizar la luz infrarroja cercana para activar la síntesis de melatonina en las mitocondrias crea una cascada antioxidante que proporciona beneficios de neuroprotección.
Introducción y metodología
El cerebro es un órgano que consume mucha energía, aunque solo representa el 2 % de su peso corporal, consume el 20 % de la energía de su cuerpo. Esa intensa carga de trabajo se produce dentro de las neuronas, y cada una contiene miles de mitocondrias.
• El alto consumo de energía tiene un costo: cuando las células producen energía, también crean subproductos oxidativos que pueden dañar las partes cercanas de la célula. Si bien este proceso es normal, se vuelve un problema mayor cuando el sistema ya está bajo mucha presión.
• La alimentación es otro factor importante: muchas membranas de células cerebrales se llenan de grasas poliinsaturadas (PUF) que las hacen más susceptibles a la peroxidación lipídica.
Además, el cerebro tiene menos mecanismos de limpieza incorporados que otros tejidos. En concreto, las mitocondrias carecen de catalasa, por lo que dependen más del glutatión para abordar ciertos tipos de daño. Si ese sistema a base de glutatión se sobrecarga, los problemas comienzan a propagarse.
• El entorno también influye en la salud del cerebro: ahora las personas pasan mucho más tiempo en espacios interiores que en el pasado, lo que significa que se exponen mucho menos a la luz infrarroja cercana del sol. Esto tiene implicaciones que van más allá de la síntesis de vitamina D, ya que la luz infrarroja cercana es la señal que activa los cromóforos mitocondriales, que es el primer paso a la neuroprotección endógena.
• La melatonina es otro factor importante y comienza a perderse con la edad: la melatonina de su cerebro comienza a disminuir con el tiempo, y en la enfermedad de Alzheimer, se acelera esta pérdida, y en muchos casos, comienza incluso antes de que aparezcan síntomas evidentes.
• Las mitocondrias son fundamentales para la salud del cerebro: estas fábricas de energía contienen las herramientas necesarias para producir melatonina justo donde comienza el daño. Gracias a mi investigación, descubrí que la melatonina que se produce dentro de las células sigue un patrón diferente a la que se produce en respuesta al sueño. En este modelo, la melatonina no solo es una hormona del sueño, sino que un escudo que se produce dentro de las células, en los lugares que más se necesita.
La relación entre la luz NIR, la melatonina y el glutatión
La hipótesis de mi artículo se resume de la siguiente manera: la luz infrarroja cercana (NIR) activa efectos de protección dentro de las células que culminan con una mayor neuroprotección a través de la defensa antioxidante de las mitocondrias. En pocas palabras, la luz infrarroja cercana interactúa con una parte clave de las células que se relaciona con la energía, que activa cambios que fortalecen los sistemas de protección de las células.
• El primer paso de la cadena comienza en el lugar en el que sus células producen energía: la citocromo c oxidasa (CCO, que también se conoce como Complejo IV) de sus mitocondrias absorbe la luz NIR. La CCO es una enzima fundamental en la maquinaria de producción de energía de las mitocondrias. Se encuentra al final de la cadena de transporte de electrones (CTE) y controla la etapa final de la respiración celular, donde los electrones se combinan con el oxígeno para activar la producción de ATP. Dado que este paso marca el ritmo del flujo de energía, la CCO actúa como un guardián metabólico en lugar de un componente pasivo.
Además, la CCO contiene centros metálicos, cobre y grupos hemo, que responden a longitudes de onda de luz específicas. La luz infrarroja cercana interactúa con estos centros metálicos, lo que altera la enzima y la hace más sensible a la luz. Cuando la luz infrarroja cercana (NIR) llega a la CCO, desplaza el óxido nítrico (NO), una molécula pequeña que puede unirse a la enzima y ralentizar el flujo de electrones. Una vez que se libera el NO, se reanuda la transferencia de electrones, mejora el uso del oxígeno y la producción de energía mitocondrial incrementa casi de inmediato.
• El mecanismo detrás de la producción de melatonina dentro de sus células: la luz infrarroja cercana (NIR) también activa la producción de melatonina dentro de sus mitocondrias. Las mitocondrias contienen toda la maquinaria enzimática que se requiere para sintetizar la melatonina y producir un suministro rápido de antioxidantes justo donde más se necesita. No obstante, a diferencia de la melatonina nocturna que se libera en el torrente sanguíneo, esta melatonina mitocondrial no sigue un ritmo diario
• La parte especulativa de la hipótesis del artículo: la actividad energética impulsada por la luz incrementa el dióxido de carbono dentro de la célula. Ese cambio produce una cadena de reacciones que involucran señales de bicarbonato y calcio que, a su vez, activan un sistema de mensajería interno. Como resultado, se activa la enzima que impulsa la producción de melatonina dentro de las mitocondrias.
• Lo más importante es el resultado: si las mitocondrias pueden producir su propia melatonina, significa que pueden protegerse justo donde comienza el daño. Esta defensa local es mucho más efectiva que depender de los antioxidantes que llegan de otras partes del cuerpo.
Por lo tanto, la melatonina promueve otro sistema de defensa importante: el glutatión. Estas dos sustancias trabajan juntas: la melatonina ayuda a restaurar el glutatión después de que este neutraliza el daño, mientras que el glutatión ayuda a preservar la melatonina cuando hay mucho estrés. Esto crea y fortalece el escudo de neuroprotección.
• Un factor limitante en este proceso: los niveles de glutatión solo incrementan cuando el cuerpo tiene suficientes componentes básicos, en especial glicina y cisteína. Sin embargo, los niveles de estos componentes comienzan a disminuir con la edad, lo que debilita esta defensa incluso si la señal es fuerte. Optimizar los niveles de estos nutrientes corrige la pérdida de glutatión que se relaciona con la edad.
Una defensa mitocondrial coordinada
Sus mitocondrias necesitan más de una línea de defensa porque el daño no se produce en un solo lugar. Dentro de las células del cerebro, predominan dos amenazas principales. En primer lugar, la producción disfuncional de energía en la cadena de transporte de electrones que causa un exceso de superóxido, que es una especie reactiva de oxígeno que daña las proteínas mitocondriales y el ADN.
En segundo lugar, las membranas celulares ricas en PUF son muy vulnerables a la peroxidación lipídica. Este proceso produce subproductos tóxicos como el 4-hidroxinonenal (4-HNE), el cual propaga el daño por toda la célula y acelera la neurodegeneración. Estas dos amenazas: el estrés oxidativo interno y la degradación de la membrana, requieren sistemas antioxidantes coordinados para controlar el daño.
• El mecanismo detrás de la primera línea de defensa: la melatonina activa la vía SIRT3-FOXO3a, que es uno de los sistemas de defensa principales de las mitocondrias. El factor de transcripción FOXO3a activa genes que participan en la defensa antioxidante y la autofagia, incluyendo la enzima SOD2, que neutraliza los radicales superóxido dañinos. Este eje de señalización mejoró la protección mitocondrial y la supervivencia celular en modelos de lesión cardíaca, intestinal y pulmonar.
La enfermedad de Alzheimer se relaciona con una menor actividad del FOXO3a, donde las áreas cercanas a las placas amiloides muestran una señalización antioxidante más débil y un mayor estrés metabólico.
• La segunda línea de defensa se dirige a las membranas celulares: cuando se oxidan las grasas en las membranas celulares, producen subproductos tóxicos que pueden provocar un proceso dañino que se conoce como ferroptosis. La GPX4 es la enzima que neutraliza estas toxinas derivadas de las grasas. Sin esta enzima, se acelera el daño a la membrana y las células comienzan a fallar.
La melatonina fortalece este sistema porque estimula la producción de glutatión, mejora la expresión de GPX4 y refuerza las enzimas que restauran los niveles de glutatión. Juntos, estos efectos ayudan a estabilizar las membranas celulares cuando están bajo estrés.
• La importancia de esta coordinación se vuelve evidente cuando se analiza la función de ambos sistemas: una vía controla el daño dentro de las mitocondrias, mientras que la otra impide que el daño se propague a través de las capas externas de la célula. En el tejido que daña la enfermedad de Alzheimer, ambos sistemas comienzan a fallar al mismo tiempo.
¿Qué es la señalización automitocrina?
Sus células pueden producir melatonina justo dentro de las mitocondrias, que son los centros energéticos más vulnerables al estrés metabólico. Este proceso no depende de las señales de la glándula pineal ni del torrente sanguíneo. En este caso, la melatonina actúa en su punto de origen para combatir las mismas amenazas que desencadenaron su producción. Esta es la base de la hipótesis automitocrina: un sistema de defensa celular autónomo.
• Cómo funciona la señalización local de melatonina: a diferencia de la melatonina circulante, que sigue un ritmo circadiano y viaja por todo el sistema, la melatonina mitocondrial se produce ahí mismo y se utiliza de inmediato. Esto proporciona una protección rápida y específica bajo estrés celular, como cuando incrementan los subproductos oxidativos o se disparan los niveles de calcio. Digamos que es como un sistema de emergencia interno que se activa cuando las mitocondrias detectan peligro.
• Activación del receptor en la fuente: la evidencia sugiere que los receptores de melatonina que se conocen como MT1 se encuentran justo en la membrana mitocondrial interna, al menos ese es el caso de las células del cerebro. Cuando la melatonina mitocondrial se une a estos receptores, activas vías de supervivencia que estabilizan la producción de energía y mejoran la resistencia en presencia de estrés. Una de las acciones más importantes es que bloquea la liberación del citocromo c, que es un paso inicial clave en la cascada apoptótica (muerte celular) que se activa por la sobrecarga de calcio.
• La relación entre el calcio y muerte celular: las mitocondrias solo pueden controlar una cantidad limitada de calcio antes de comenzar a fallar. El exceso de calcio abre poros en la membrana mitocondrial, lo que permite que el citocromo c se meta a la célula. Una vez que eso sucede, se inicia un ciclo de muerte, y activar los receptores MT1 a través de la señalización automitocrina de la melatonina evita que esto suceda, lo que protege la integridad celular incluso bajo estrés extremo.
Este mecanismo no se observa en modelos neuronales expuestos a la toxicidad del glutamato, que imita una lesión cerebral excitotóxica.
• La función del NIR en este proceso: la luz NIR activa todo este sistema. La exposición a la luz infrarroja cercana (NIR) estimula la CCO, que es la enzima mitocondrial que incrementa el consumo de oxígeno y la producción de ATP. Ese mismo efecto en la función mitocondrial parece promover la síntesis local de melatonina y maximizar sus efectos de protección. En estudios con animales, la exposición a la luz infrarroja cercana incrementó los niveles de melatonina mitocondrial, redujo los marcadores de estrés oxidativo y mejoró la supervivencia celular.
El ritmo y el sistema dual de melatonina
En lo que respecta a la exposición a la luz, el "cuándo" es fundamental. La exposición cambia a lo largo del día y la época del año, y sus sistemas de sincronización internos interactúan con este proceso.
• La función de la luz del sol como sistema de suministro: la luz del sol proporciona una fuente natural y diaria de NIR, pero la cantidad que recibe su cuerpo depende de varios factores. La radiación infrarroja cercana (NIR) es más intensa alrededor del mediodía, cuando el sol está en su punto más alto en el cielo. Mientras que factores como las primeras horas de la mañana, las últimas de la tarde, los meses de invierno, el clima nublado, la ropa y la exposición limitada de la piel, reducen la dosis de radiación infrarroja cercana (NIR).
El cuerpo no necesita una cantidad extrema de radiación infrarroja cercana (NIR) para obtener sus beneficios, sino la cantidad justa a intervalos regulares. Al igual que muchas señales biológicas, la radiación infrarroja cercana (NIR) sigue una curva de dosis-respuesta. Muy poco no sirve de nada, mientras que en exceso puede ser contraproducente. El objetivo no es maximizar la exposición, sino establecer un ritmo de dosis moderadas pero regulares. Así es como las mitocondrias aprovechan al máximo la luz del sol: a través de un sistema de suministro constante que sigue el principio "Ricitos de Oro".
• La importancia de la hora del día en las respuestas celulares a la luz NIR: la evidencia de estudios con animales demuestra que las estructuras celulares que responden a la luz NIR son más activas a ciertas horas del día. Esto significa que sus células responden de forma diferente según la hora. Si bien este efecto se observó de forma clara en regiones específicas del cerebro de los animales, aún se necesita una confirmación más amplia en el cerebro humano.
• La hipótesis del sistema dual de melatonina: existen dos sistemas de melatonina y cada uno funciona de manera distinta. El primero sigue un ritmo diario que depende de la oscuridad y el sueño. Esta melatonina entra al torrente sanguíneo y al líquido cefalorraquídeo por la noche y ayuda a regular el sueño, la reparación y la eliminación de desechos mientras descansa.
Mientras que la segunda, funciona de manera diferente. En este caso, la melatonina se produce de forma local dentro de las células y no sigue un ritmo circadiano. Se trata de un sistema de respuesta rápida que está diseñado para proteger las células justo donde se produce el estrés.
• Estos sistemas dependen el uno del otro: estos dos sistemas de melatonina se complementan entre sí. La luz del día favorece la protección inmediata y localizada dentro de las células, mientras que la oscuridad de la noche favorece la regulación y la limpieza de todo el cerebro durante el sueño. Un sistema se encarga de producir una defensa rápida, mientras que el otro se encarga del mantenimiento a largo plazo.
El principio de "Ricitos de Oro"
Como se mencionó, el cuerpo se beneficia de la cantidad exacta de estimulación, ni más, ni menos. Tras analizar la literatura, los hallazgos apuntan a un patrón claro: las respuestas biológicas a la luz siguen una curva en forma de campana. Muy poca luz no produce ningún cambio, los beneficios se producen en el rango medio, y en exceso hace que el sistema colapse o causa estrés.
• El patrón se repite en diferentes experimentos y resultados: ya sea que los investigadores analicen la producción de energía, la supervivencia celular o la señalización de protección, siempre sucede lo mismo. El sistema responde cuando la estimulación se produce en una dosis óptima. Cuando se sale de este rango, la respuesta desaparece o se vuelve contraproducente.
Esto hace que la dosis se vuelva fundamental, sobre todo cuando se trata de la luz infrarroja cercana (NIR) para la salud del cerebro, ya que las células cerebrales son muy sensibles y tienen un rango terapéutico menor que muchos otros tejidos. Esto explica por qué los resultados varían tanto entre los estudios que utilizan diferentes entornos.
• La importancia del momento y del espaciamiento de la exposición: algunos efectos de la exposición a la luz duran más de un día. Es importante darle al sistema el tiempo que necesita para reiniciarse entre una sesión y otra. De lo contrario, se pierden los beneficios o incluso puede volverse contraproducente. Muy pocos estudios han analizado este aspecto, pero los datos existentes demuestran que el tiempo de recuperación es muy importante.
También debemos mencionar que esto no es un defecto, sino una medida de seguridad. Las células utilizan pequeñas concentraciones de especies reactivas de oxígeno (ROS) como señales para activar sus mecanismos de protección. Cuando el estrés se mantiene bajo control, esas señales fortalecen el sistema. Sin embargo, cuando incrementa demasiado, se desactivan los sistemas de protección con el fin de evitar daños.
• En el centro de esta respuesta está la forma en que sus células manejan el estrés oxidativo: estos incrementos pequeños y breves actúan como alarmas que activan los procesos de reparación y defensa. No obstante, en exceso, pueden saturar los sistemas de limpieza y dañar las partes de las células. La luz infrarroja cercana (NIR) cambia un poco este equilibrio, pero no lo altera por completo.
Este equilibrio también explica por qué los resultados son tan diferentes en cada tejido. Los músculos, la piel y el cerebro absorben la luz y responden a ella de manera diferente. El estrecho margen de seguridad del cerebro hace que la precisión en la dosis se vuelva aún más importante.
Los riesgos potenciales y los efectos adversos
Si bien la hipótesis que se presenta en mi artículo es prometedora en el campo de la neuroprotección, es importante analizar lo que se sabe, y lo que no, sobre su seguridad. Por esa razón, también analicé los ensayos clínicos existentes en humanos y las preocupaciones teóricas.
• El nivel de riesgo de la exposición a la luz NIR se considera bajo: hasta ahora se reportan muy pocos efectos secundarios en estudios en humanos. Sin embargo, la falta de datos a largo plazo deja muchas preguntas sin respuesta.
La mayoría de los efectos secundarios que se notificaron en los estudios sobre el cerebro humano son leves y de corta duración. Los participantes reportaron dolores de cabeza ocasionales, pero estos efectos desaparecieron rápido y no requirieron de intervención médica. Además, los eventos adversos graves fueron poco frecuentes.
• Los ensayos clínicos a gran escala también respaldan este perfil de seguridad: en un ensayo sobre el derrame cerebral que utilizó la luz NIR poco después de una lesión cerebral, los investigadores no encontraron riesgos adicionales. Si bien el tratamiento no mejoró la recuperación, tampoco afectó la seguridad.
• Las consideraciones teóricas: esto se refiere a la biología tumoral. Debido a que la luz infrarroja cercana (NIR) incrementa la actividad energética dentro de las células, también podría estimular el crecimiento de las células cancerosas. Por este motivo, las personas con sospecha o tumores cerebrales conocidos deben tratarse con más cuidado.
Los beneficios en la enfermedad de Alzheimer
La enfermedad de Alzheimer se presenta como el ámbito más lógico para explorar la hipótesis de mi investigación, en concreto, si los problemas biológicos que se observan en esta enfermedad coinciden con los sistemas de protección que se mencionaron. Según la literatura, los mismos sistemas celulares que se debilitan en la enfermedad de Alzheimer son los que se benefician de la exposición a la luz.
• La importancia de redefinir la forma de ver el alzhéimer: en lugar de basarse en la premisa de la acumulación de proteínas, debería considerarse la degradación temprana en las mitocondrias del cerebro. Esta pérdida activa una espiral descendente: menos energía, más daños y mayor deterioro.
• A medida que disminuye la producción de energía, incrementan los niveles de ROS inestables: estos subproductos dañan aún más las mitocondrias, lo que crea un ciclo que acelera la aparición de la enfermedad. Interrumpir a tiempo este ciclo es mucho más importante que intentar reparar el daño cuando ya está hecho.
• La pérdida de melatonina es otro factor importante: la literatura demuestra que las personas con enfermedad de Alzheimer tienen niveles muy bajos de melatonina cerebroespinal, alrededor del 20 % menos. Esta caída aparece muy pronto, a veces incluso antes de que los síntomas sean evidentes. Además, los cambios estructurales en la glándula pineal son más comunes en la enfermedad de Alzheimer.
Si bien no afirmo que la pérdida de melatonina cause el alzhéimer, creo que sí influye mucho. Dado que la melatonina protege las células del cerebro tanto del estrés proteico como del daño que se produce por la falta de energía, optimizar sus niveles debería volverse una prioridad.
• Una revisión de la evidencia actual: ensayos pequeños e informes de casos muestran mejoras en la capacidad de pensar, la función diaria y el flujo sanguíneo en el cerebro. Mientras que los estudios controlados que involucraron a personas de edad avanzada descubrieron mejoras en la memoria junto con mayores niveles de factores de crecimiento que refuerzan la salud del cerebro. Estos resultados son alentadores, pero repito, no son definitivos.
Otro ejemplo es un ensayo a gran escala en el que utilizaron luz infrarroja cercana (NIR) después de un derrame cerebral agudo, y aunque se consideró seguro, no mejoró los resultados. Existen varios factores que pueden explicar por qué no se produjo ningún beneficio, como una mala salud mitocondrial, que limita las respuestas mediadas por CCO.
