I meccanismi che regolano i nostri ritmi giornalieri scoperti dai Nobel per la medicina 2017

E' a tre genetisti statunitensi: Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash, Michael Y. Young, che è stato assegnato il Premio Nobel per la Medicina 2017, scopritori dei meccanismi che regolano i cicli di sonno e veglia, di attività mentale e fisica. Sta tutto nell'equilibrio degli ormoni:

- Al mattino, il  livello di cortisolo, un ormone che stimola l'organismo, raggiunge il suo massimo livello e le nostre prestazioni intellettuali e  la memoria raggiungono l'apice delle loro funzioni.

- Il pomeriggio è il momento della giornata in cui la temperatura corporea aumenta naturalmente, aiutando cuore e polmoni a sviluppare la massima efficienza; per questo, il corpo riesce a fornire le massime prestazioni durante l'attività fisica.

- Di notte, la melatonina, l'ormone del sonno, viene abbondantemente prodotta per favorire l'addormentamento, mentre il suo rilascio viene bloccato nelle prime ore del mattino, in modo da permettere il risveglio fisiologico.

Tutto questo, non è casuale, ma dipende dai meccanismi molecolari che regolano i nostri “ritmi circadiani”, termine che deriva dal latino circa (intorno) e dies (giorno): è il sistema che scandisce le oscillazioni e variazioni che avvengono all'interno di un organismo nelle 24 ore, a sua volta controllato con precisione dal nostro orologio biologico interno che regola i ritmi del sonno, il comportamento alimentare, il metabolismo, la temperatura corporea, la pressione arteriosa e il battito cardiaco. La scoperta ha un’enorme importanza, poiché dimostra come i meccanismi che regolano i ritmi circadiani nell'uomo, sono comuni a tutti gli organismi viventi, sia animali sia vegetali. Gli scienziati sono riusciti a spiegare come le piante, gli animali e gli uomini riescano a modellare il loro ritmo vitale per sincronizzarlo con la rotazione della Terra. 

La circadianità è data sia da marcatori esterni, come l'alternanza di luce e buio, che da caratteristiche endogene, come appunto i geni studiati dai tre Nobel ed il 

loro lavoro  ha dimostrato che siamo geneticamente impostati con un certo ritmo. Quando si verifica un disallineamento temporaneo tra ambiente esterno e ritmo interno, inevitabilmente questo causa un malessere più o meno grave.

Studiando il DNA del moscerino della frutta (Drosophila melanogaster), un piccolo insetto, molto semplice e spesso utilizzato negli studi di genetica  per la sua velocità  di riproduzione ( il suo genoma, sequenziato, contiene circa 13.767 geni, mentre il genoma umano  circa 23.000), gli scienziati  sono riusciti ad isolare un primo gene chiamato “period” che controlla il ritmo biologico quotidiano  e a dimostrare  che questo gene è in grado di produrre una proteina che si accunula nelle cellule  durante la notte e degradata durante il giorno. Questa sostanza è l'interruttore che accende e spegne i ritmi circadiani di ogni individuo, sincronizzando  i nostri meccanismi fisiologici  alle diverse fasi della giornata e regolando funzioni essenziali per il nostro benessere. Altri due geni scoperti successivamente “timeless” e “doubletime”, forniscono una regolazione ancora più fine di questi meccanismi, regolando  la frequenza  di queste oscillazioni  ritmiche, in  modo che  la loro alternanza corrisponda esattamente a un ciclo di 24 ore. Ciò spiega, l'assoluta precisione con cui le funzioni fisiologiche iniziano e smettono di funzionare nell'organismo.

Gli esempi più evidenti di ritmi biologici sono: il battito cardiaco, il ciclo mestruale, le variazioni della temperatura corporea durante il giorno, l'apertura e la chiusura di certi fiori all'alba ed al tramonto, le migrazioni periodiche  di alcune specie animali ecc.  I fenomeni bioperiodici, quindi, esistono a tutti i livelli di organizzazione della natura, ma, il più evidente è l'ininterrotto avvicendarsi del giorno e della notte. Il bioritmo circadiano è il regolatore delle ghiandole endocrine, degli organi del corpo, del tasso di glucosio nel sangue, della pressione arteriosa, dell'escrezione urinaria, della temperatura corporea, dei valori  sierici degli elettroliti e delle  proteine,  di ionizzazione dei fluidi corporei  ecc. e si è osservato che esso  è controllato  da una sorta di orologio, localizzato in una struttura del sistema nervoso centrale  denominata ipotalamo. In particolare, per i ritmi circadiani più facili da controllare sperimentalmente sono emersi dei dati interessanti. Negli esseri umani, la temperatura corporea, si alza e si abbassa di 1 - 2 gradi con ciclo giornaliero, la pressione arteriosa,  come anche la frequenza cardiaca,  presentano un ritmo circadiano endogeno che viene sincronizzato su di un ritmo di 24 ore da fattori esterni, con valori massimi intorno alle 15 e valori minimi intorno alle 3. La pressione arteriosa è più alta al mattino appena svegli, si riduce lievemente durante la giornata e tende ad aumentare nuovamente verso sera, mentre durante il sonno si riduce a valori inferiori rispetto a quelli diurni. Inoltre, numerose evidenze cliniche e sperimentali indicano che l'umore di un individuo migliora nelle ore pomeridiane e serali e che la depressione è correlata ai ritmi cronobiologici, sia perché nei pazienti depressi sono state osservate numerose alterazioni dei ritmi circadiani, ma anche perché la malattia stessa ha una ricorrenza ciclica caratteristica. Anche i fenomeni metereologici influiscono sugli esseri viventi che si devono adattare a profondi cambiamenti climatici. La temperatura corporea costante è mantenuta dall'equilibrio tra produzione e perdita di calore ed è regolata dal sistema cardiovascolare e dai meccanismi della sudorazione. Il freddo attiva i brividi, la fame, aumenta l'attività muscolare, la secrezione dell'ormone ipofisario TSH che stimola la tiroide ed anche degli ormoni prodotti dalla corteccia surrenale, adrenalina e noradrenalina, come pure la vasocostrizione cutanea, mentre i meccanismi attivati dal caldo sono  la vasodilatazione  e  la diminuita secrezione ipofisaria  di TSH. Il tempo atmosferico può influire sia sul fisico che sulla psiche; quindi,  tutte le condizioni  che coinvolgono la sfera psichica,  come la depressione, lo stress, la paura, sono condizionate dal tempo e dalle stagioni.

E' noto ad esempio, che la depressione ha un'incidenza maggiore nelle popolazioni che vivono  a latitudini nordiche, dove gli inverni sono più rigidi e le giornate più brevi con lunghi periodi di buio.  Le metereopatie, cioè le condizioni patologiche connesse con le condizioni meteorologiche, sarebbero legate a uno squilibrio di impulsi provocati da sostanze chimiche dette “neurotrasmettitori” che vengono rilasciate dalle cellule nervose, servono al trasporto di segnali elettrici  tra una cellula nervosa e l'altra e si legano a specifici recettori presenti  sulla superficie della cellula stimolata.  

Dr.ssa Rosanna Cesena