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Tempo

 

Le nostre vite sono governate dal tempo. Usiamo il tempo per dirci cosa fare, ma l'orologio che ci sveglia la mattina o quello da polso che ci dice che siamo in ritardo per la cena sono orologi innaturali. La nostra biologia risponde ad un ritmo profondamente più antico che probabilmente ha cominciato a segnare presto l'evoluzione di tutta la vita. Incorporate nei nostri geni ed in quelli di quasi tutte le forme di vita sulla Terra ci sono le istruzioni per un orologio biologico che segna un passaggio di circa 24 ore. Gli orologi biologici o "orologi circadiani" aiutano i nostri modelli di sonno, vigilanza, umore, forza fisica, pressione sanguigna e molto altro ancora.

In condizioni normali, abbiamo un modello di 24 ore di luce e buio, e il nostro orologio circadiano utilizza questo segnale per allineare il tempo biologico al giorno e alla notte. L'orologio viene quindi utilizzato per anticipare le diverse esigenze del giorno di 24 ore e per migliorare la fisiologia e il comportamento in anticipo rispetto a condizioni mutevoli. Piccole variazioni della temperatura corporea, diminuzione della pressione sanguigna, cadute di prestazioni cognitive e stanchezza aumentano in previsione di andare a letto. Mentre prima dell'alba, il metabolismo è allineato in previsione di una maggiore attività quando ci svegliamo.

Un orologio circadiano blocca anche tutto ciò che accade contemporaneamente, assicurando che i processi biologici si verifichino nella sequenza appropriata. Perché le celle funzionino correttamente, hanno bisogno dei materiali giusti nel posto giusto al momento giusto. Migliaia di geni devono essere accesi e spenti in ordine e in armonia. Le proteine, gli enzimi, i grassi, i carboidrati, gli ormoni, gli acidi nucleici e altri composti devono essere assorbiti, suddivisi, metabolizzati e prodotti in una precisa finestra temporale. L'energia deve essere ottenuta e poi assegnata alla crescita, alla riproduzione, al metabolismo, alla locomozione e alla riparazione cellulare. Tutti questi processi, e molti altri, prendono energia e tutti devono essere temporizzati al momento corretto della giornata. Senza un orologio, la nostra biologia sarebbe nel caos.

La ricerca pionieristica di Jeffrey Hall, di Michael Rosbash e di Michael Young, per la quale hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina di quest'anno 2017, ha fornito la nostra prima chiara comprensione di come un orologio biologico abbia l'occhio in qualsiasi organismo; in questo caso, un moscerino della frutta. Al cuore dell'orologio biologico c'è un "ciclo di feedback negativo" che consiste nella seguente sequenza di eventi. I geni dell'orologio producono messaggi che vengono tradotti in proteine. Le proteine allora interagiscono per formare complessi e spostarsi dal citoplasma della cellula nel nucleo e quindi inibire i propri geni. Questi complessi proteici dell'orologio inibitore vengono poi suddivisi e i geni dell'orologio sono nuovamente liberi di produrre più messaggi e proteine fresche, ed il ciclo continua giorno dopo giorno. Questo loop di feedback negativo genera un ritmo di quasi 24 ore di produzione e degradazione della proteina che guida il giorno biologico interno.

Sulla base dei risultati di Hall, Rosbash e Young sul moscerino della frutta, geni di orologio molto simili sono stati poi scoperti nei topi, negli esseri umani e in molti altri animali. Quindi gli orologi biologici che "ticchettano" in noi sono ampiamente simili agli orologi trovati in insetti, vermi, pesci e uccelli. Sappiamo ora che le preferenze di mattina e di sera degli individui che si descrivono come "larks" o "gufi" sembrano essere legati a piccoli cambiamenti in alcuni di questi geni orologi che accelerano o rallentano i nostri ritmi circadiani.

Una comprensione di come funzionano gli orologi circadiani e il ruolo centrale che svolgono nella nostra biologia ha portato a progressi in molti settori, non da ultimo un apprezzamento che quando i ritmi circadiani sono interrotti, il nostro benessere generale e particolare può essere gravemente colpito. I lavoratori pendolari o a turni cercano di dormire durante il giorno, ma il sonno è di solito più corto e di qualità più scarsa di quando il sonno si verifica durante la notte perché, anche se disperatamente stanco, il sistema circadiano sta istruendo un corpo che dovrebbe essere sveglio. Lavorano poi durante la notte in un momento in cui il sistema circadiano ha preparato il corpo per il sonno, e la vigilanza e le prestazioni sono basse. In effetti, lavorano quando sono sonnolenti e dormono quando non lo sono.

La rottura a breve termine del ritmo circadiano può avere un grande impatto negativo sulla memoria, sulla risoluzione dei problemi, sulle risposte emotive e sull'attenzione. Anni di lavoro notturno hanno dimostrato di aumentare il rischio di malattie cardiache, infezioni, cancro, diabete di tipo 2 e obesità. Così ignoriamo i nostri ritmi circadiani a nostro pericolo. La rottura del ritmo circadiano è anche una caratteristica condivisa da alcune delle malattie più impegnative del nostro tempo. Malattie mentali quali schizofrenia, disturbo bipolare e depressione; condizioni neurologiche come l'Alzheimer, l'ictus e la sclerosi multipla; disturbi dello sviluppo come l'autismo; gravi disturbi dell'occhio (incluso lo sviluppo di cataratta) presentano tutte disturbi del ritmo circadiano. Il futuro della ricerca sui ritmi circadiani è quello di comprendere come si verificano questi disagi e, sulla base di questa conoscenza, sviluppare nuovi farmaci e trattamenti che ci aiuteranno a regolare l'intero tempo attraverso lo spettro sanitario. Viviamo veramente in tempi emozionanti.

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