L'OROLOGIO BIOLOGICO E I RITMI CIRCADIANI. IL RUOLO DELLA MELATONINA NEL RITMO SONNO-VEGLIA.

Il premio Nobel per la medicina nel 2017 è stato assegnato congiuntamente agli scienziati americani Michael W. Young, Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash, per i loro studi, risalenti al 1984, mediante i quali scoprirono "il meccanismo molecolare che controlla il ritmo circadiano" e il cosiddetto "orologio biologico" degli esseri viventi. In questo articolo vorrei approfondire questo argomento, chiarire che cosa si intende con le definizioni suddette e valutare quale influenza abbiano questi fenomeni per la salute degli organismi viventi, animali e vegetali, particolarmente per quanto concerne gli esseri umani.

I ritmi circadiani

Variazioni cicliche giornaliere nel comportamento di molti organismi sono state osservate fin da tempi remoti, e già nel XVIII secolo un astronomo francese, Jean Jaques d'Ortous de Mairan, conosciuto per i suoi studi sull'aurora boreale, aveva osservato, senza tuttavia giungere a capirne il meccanismo, che le foglioline delle piante di Mimosa si aprivano alla luce del giorno, mentre si richiudevano la notte (fotonastìa), ma ciò avveniva anche se erano mantenute sempre al buio, a prescindere dal fatto che ricevessero lo stimolo giorno/notte - luce/buio, seguendo comunque il medesimo ritmo.

Successivamente gli studi degli scienziati premiati col Nobel spiegarono questo fenomeno, anche se inizialmente le loro conclusioni furono accolte con molto scetticismo.
Attualmente le loro teorie sono state ampiamente accettate e convalidate, mediante gli studi che essi effettuarono servendosi come modello di un insetto, la Drosophila melanogaster, il piccolo moscerino della frutta: la Drosophila melanogaster è senza dubbio l'insetto più studiato dalla genetica, sia per i cromosomi giganti delle sue ghiandole salivari, sia per il suo ciclo vitale molto breve, di circa 20 giorni, che consente di seguire l'evoluzione, analizzare più generazioni di insetti e di studiarne quindi agevolmente le variazioni genetiche.
È mediante gli studi sul moscerino della frutta infatti che furono scoperti e studiati i cromosomi e i geni, studi che posero le basi per la scoperta del corredo cromosomico umano e la decifrazione del genoma (complesso dei geni di un individuo).

Nel 1971, prendendo come modello la Drosophila, il genetista americano Ron Konopka, durante i suoi studi sulla cronobiologia (dal greco chrònos = tempo e biologia = studio della vita; è la branca della biologia che studia i fenomeni periodici, ciclici, negli organismi viventi, e le leggi che li governano), verificò che il comportamento dei moscerini normali e i loro ritmi di attività, alternata a periodi di riposo, coincideva all'incirca col periodo solare giorno-notte delle 24 ore; al contrario, alcuni moscerini sottoposti a mutazioni di alcuni geni seguivano ritmi del tutto casuali.

Questi studi gli consentirono di scoprire l'esistenza del gene che controlla tali variazioni cicliche del comportamento della Drosophila, che definì Period, ma di questa scoperta non gli venne mai attribuita la paternità.

In seguito, partendo da questi studi, successive ricerche protratte per 30 anni consentirono a Young, Hall e Rosbash di isolare proprio il gene Period (chiamato anche brevemente Per), e di dimostrare che esso regola il comportamento universale mediante il quale ogni organismo vivente regola i propri ritmi biologici in sintonia con l'ambiente.
Nell'uomo in particolare il gene Per si manifesta in base alle fluttuazioni legate ai movimenti di rotazione della Terra, che determinano l'alternarsi del giorno e della notte nell'arco di 24 ore.

A metà degli anni '90 del secolo scorso, gli studi in questo settore conobbero una forte accelerazione della ricerca, e in pochissimi anni la cronobiologia molecolare e l'analisi molecolare dei geni coinvolti nell'organizzazione degli orologi biologici circadiani di tutti gli esseri viventi, dai batteri ai funghi, dalle piante agli animali, fino all'uomo, ha evidenziato come essi non derivino da geni ancestrali comuni, ma si siano evoluti e organizzati in modo indipendente nel corso dell'evoluzione.

L'Orologio Biologico

Numerosi studi hanno dimostrato infatti che tutti gli esseri viventi, vegetali o animali, hanno realizzato una sorta di pianificazione autonoma in risposta alle variazioni ambientali, come se si fossero dotati di un peculiare oscillatore endogeno: esso, similmente ad un orologio interno, consente a ciascun organismo di adattare i propri ritmi biologici seguendo periodi di molteplici cicli geofisici, che svolgono un ruolo importante in molte manifestazioni della vita, come l'ambiente, il tipo di vita (ad es. notturna o diurna), l'alimentazione, la riproduzione, ecc.

In natura possiamo distinguere numerosi modelli di "orologi interni", relativi ad esempio all'apertura delle valve nei molluschi (di circa 12 ore: ritmo circatidale); o legato al moto di rivoluzione della luna intorno al suo asse (di circa 29 giorni: ritmo circalunare), che può riguardare la schiusa delle uova in alcuni animali, o l'attività locomotoria, o il nutrimento; oppure il fenomeno dell'ibernazione e la migrazione (di circa 12 mesi: ritmo circannuale), ma possiamo portare ad esempio diversi ritmi ciclici come l'apertura e la chiusura degli stomi delle foglie nei vegetali, il movimento delle stesse foglie e dei petali dei fiori, la fotosintesi clorofilliana, e numerosi altri.

Tali ritmi persistono anche se gli organismi sono isolati dagli stimoli ambientali con i quali sono in relazione, e che ne determinano il comportamento ciclico, fatto che dimostra come tali comportamenti siano generati in modo endogeno e autonomo rispetto agli stimoli esterni.

I ritmi circadiani tuttavia vengono costantemente sincronizzati con i segnali provenienti dall'ambiente, segnali che sono stati definiti dagli studiosi di cronobiologia "Zeitgeber", cioè "fattori che danno il tempo", che sincronizzano in continuazione l'oscillazione endogena mantenendola "in fase" con le variazioni ambientali prodotte dalla rotazione terrestre: in questo modo si impedisce che l'orologio biologico, e i ritmi che esso controlla, si alterino e vadano fuori fase, producendo nell'organismo conseguenze negative.

In particolare nella specie umana l'orologio biologico interno ha la durata del giorno solare, formato da giorno e notte, quindi da un certo numero, variabile secondo le stagioni, di ore di luce e di buio, orologio interno definito appunto "orologio biologico".

Gli studiosi insigniti del Nobel hanno dimostrato che nell'uomo il gene Period codifica una proteina (cioè il gene porta le informazioni per sintetizzare una proteina) che viene accumulata durante le ore notturne di buio, per venire quindi degradata durante le ore di luce del giorno.

Questo meccanismo si ripete con grande precisione, come se agisse un timer, seguendo un esatto ritmo circadiano (dal latino circa = intorno e dies = giorno), definizione che si riferisce alla durata di tale ritmo, che dura appunto circa un giorno solare di 24 ore.
Esso regola tutte le funzioni fisiologiche correlate alla vita, che sono controllate da accurati sistemi interni di misurazione, che si sincronizzano con le diverse fasi del giorno astronomico, regolando l'alternanza delle fasi di sonno e di veglia, modulando la fisiologia e i processi di natura neuroendocrina in base alle diverse fasi della giornata (proprietà cronobiotiche), governando il metabolismo, il livello delle secrezioni ormonali, la temperatura corporea, la pressione arteriosa, la pulsazione cardiaca, l'attività elettrica del cervello, l'appetito, ecc.

L'orologio biologico, anche nella specie umana, è in grado di sincronizzare l'oscillazione endogena dell'organismo in base alle informazioni che provengono dall'ambiente, mantenendosi in fase con le variazioni ambientali che si producono per via della rotazione e della rivoluzione terrestre, evitando quindi di sfasarsi rispetto ad esse, fatto che produrrebbe alterazioni e conseguenze negative per l'organismo stesso. E' infatti ampiamente dimostrato che se lo stile di vita non è in equilibrio col ritmo circadiano, vi è la possibilità di andare incontro a numerosi disturbi, fino a sviluppare vere e proprie malattie.

Alterazioni dei ritmi circadiani

Quando, per svariate cause, come per un viaggio aereo di lungo percorso, o un lavoro che costringa a seguire turni di lavoro notturni, oppure alternati, il ritmo circadiano non coincide più con l'alternanza giorno-notte, si verifica uno sfasamento dell'orologio biologico e di conseguenza delle oscillazioni della fisiologia, condizioni che producono nell'organismo alcuni disturbi.

Il più frequente è l'alterazione delle fasi del sonno, come avviene quando si verifica il cosiddetto jet-lag (definito anche "sindrome del fuso orario") nelle persone che attraversano diversi fusi orari per lunghi viaggi in aereo e che manifestano un senso di stanchezza, difficoltà di concentrazione, sonno ritardato e fatica ad addormentarsi, oppure sonno anticipato nei momenti sbagliati, mancanza di appetito, difficoltà digestive, nervosismo, irritabilità. Il cambio di abitudini richiede alcuni giorni perché l'organismo si ri-sintonizzi con le nuove differenti condizioni ambientali, e si riorganizzi in base alla nuova mutata quotidianità.

La Melatonina

In questi casi può giovare l'assunzione di Melatonina, una sostanza la cui produzione endogena varia tipicamente con l'alternarsi del giorno e della notte: lo stimolo luminoso del giorno percepito attraverso i fotorecettori retinici dell'occhio, e al contrario il buio della notte, sono alla base della produzione di Melatonina, un ormone prodotto naturalmente dall'organismo, a partire dal neurotrasmettitore serotonina, che regola il ritmo sonno-veglia, molto importante per tutti coloro che manifestano disturbi del sonno.

Assumere la Melatonina poco prima di coricarsi infatti, specie in caso di jet-lag o in soggetti anziani e in menopausa, eventualmente associata a piante rilassanti e ipnoinducenti come Escolzia, Valeriana, Passiflora, Biancospino, Melissa, Luppolo, Griffonia, Giuggiolo, Withania, aiuta a contrastare l'insonnia favorendo nell'organismo una condizione simile alla veglia rilassata che precede la fase di addormentamento, e riducendo perciò il tempo necessario per prendere sonno, senza lasciare nessuno stato di sonnolenza il mattino dopo, poiché la Melatonina viene metabolizzata in poche ore.

Tutti gli individui producono fisiologicamente Melatonina, principalmente attraverso la ghiandola pineale o epifisi (ma non solo), massimamente durante le ore di buio, quindi la sera e la notte: il momento in cui la produzione è massima è fra le 2 e le 4 del mattino, quando si verifica il picco massimo di produzione, che progressivamente decresce fino al mattino, quando l'arrivo della luce del giorno sopprime la sintesi della Melatonina, la cui concentrazione decresce fino ad un minimo durante il giorno, per risalire all'approssimarsi della notte successiva; per questo motivo la Melatonina è anche chiamata "ormone del buio" oppure "ormone del sonno".

Nei primi mesi di vita la Melatonina è prodotta in basse quantità, aumenta negli individui giovani, e decresce con l'avanzare dell'età.
Il ritmo circadiano della Melatonina si mantiene anche in assenza di stimoli esterni, in quanto è regolato da una sorta di pacemaker circadiano endogeno, situato in una zona del cervello chiamata ipotalamo.

La Melatonina esogena, sotto forma di integratore, può essere assunta in gocce o compresse da 30 minuti a 1 ora prima di coricarsi; oppure in microcompressine o strips orosolubili che si sciolgono sotto la lingua, con un assorbimento rapido e un effetto assai veloce, poco prima di coricarsi.

La sua assunzione è consigliata ai viaggiatori per contrastare il jet-lag, alle persone che lavorano con turni di notte o alternano differenti turni variandoli spesso, per stabilizzare il ciclo sonno-veglia negli ipovedenti, che non possono valersi degli stimoli luce-buio, contro l'insonnia in genere, specie negli individui di età avanzata o alle donne in menopausa, la cui produzione endogena di Melatonina è deficitaria, o ancora è consigliata in alcune patologie la cui competenza è esclusivamente medica.

La Melatonina può essere utile anche in quelle persone che devono, su consiglio medico, interrompere l'assunzione di ansiolitici e/o sonniferi, possibilmente associata alle piante ipnoinducenti sunnominate.

Alla Melatonina sono state attribuite anche proprietà antiossidanti dirette (azione radical scavenger); inoltre, la sintesi di Melatonina è influenzata da svariate condizioni patologiche del sistema nervoso, come ad esempio la depressione, e del sistema immunitario in presenza di infezioni, malattie autoimmuni, tumori.

L'uso della Melatonina non causa assuefazione e non ha particolari controindicazioni anche per un'assunzione prolungata, purché si rispettino le dosi consigliate.

Dott.ssa Marina Multineddu

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