Cronobiologia e salute

Cronobiologia e salute di Andrea Minelli
Università di Urbino Carlo Bo

La cronobiologia (dal greco κρονος, tempo) è la disciplina che studia i ritmi biologici, cioè i fenomeni vitali che presentano un andamento periodico e i processi di adattamento degli organismi alle modificazioni cicliche dell’ambiente. E’ opportuno introdurre subito un piccolo glossario di termini utili per proseguire la
lettura: “periodo” è il tempo necessario al ritmo per completare un intero ciclo (cioè il tempo che intercorre tra due picchi dell’oscillazione); “ampiezza” è la differenza in valore assoluto fra il valore minimo e il valore massimo dell’oscillazione; “fase” è la relazione temporale fra un punto identificabile del ciclo e un punto su un ciclo di riferimento, ovvero la relazione che il ritmo assume con altri parametri temporali (per esempio, l’inizio della fase di inattività generalmente corrisponde alla fase di incremento della secrezione di melatonina e all’inizio della fase di buio del ciclo luce/buio al quale il soggetto è esposto).
In natura esiste una grande varietà di ritmi biologici. Alcuni non presentano una chiara correlazione con i fenomeni ciclici ambientali e geofisici, e sulla base della durata del loro periodo possono essere distinti in “ultradiani” (con periodicità che può variare da alcuni millisecondi ad alcune ore) e “infradiani” (ad esempio
il ciclo estrale nei mammiferi). Altri, invece, si contraddistinguono per una periodicità simile a quella dei cicli geofisici, in particolare quelli “circannuali” e stagionali e quelli “circadiani” (dal latino circa diem, con cicli della durata di un giorno). In particolare, i ritmi circadiani sono stati descritti in tutti gli organismi viventi, dai batteri all’uomo, e di questi tratterò, analizzandone le basi molecolari, il significato fisiologico e il ruolo
patogenetico dei loro disturbi.

I ritmi biologici potenziano le capacità di adattamento degli organismi
Per mantenere gli equilibri omeostatici e adattarsi al proprio ambiente fisico e sociale, gli organismi devono saper rispondere alle richieste più svariate, alcune in larga misura prevedibili, ma altre del tutto inattese e impreviste. Da quando, quattro miliardi di anni fa, la vita è comparsa su un pianeta che ruota
incessantemente intorno al proprio asse, l’alternanza giorno/notte rappresenta l’evento ciclico per antonomasia. Luce e buio, temperatura esterna, presenza di prede e predatori, opportunità di approvvigionamento di cibo e acqua, facilità di accoppiamento, si modificano in maniera ciclica e
prevedibile seguendo l’alternarsi del giorno e della notte. Per un organismo, quindi, è certamente utile distribuire le risorse energetiche (che non sono illimitate) nell’arco della giornata, e coordinare le funzioni comportamentali e fisiologiche in modo da utilizzare sempre quelle più appropriate alla fase del giorno. Ad
esempio, nella fase di maggiore attività (per noi il giorno, ma per altri animali, ad esempio i roditori, la notte): i sistemi cognitivi alla base del controllo esecutivo devono essere più attivi; i sistemi motivazionali implicati nell’attribuzione di valore e salienza agli stimoli devono essere più sensibili, al fine di orientare al meglio il comportamento esplorativo e consumatorio, e le interazioni sociali; è presumibile che la disponibilità e l’assunzione di cibo siano più abbondanti, e quindi i processi metabolici devono privilegiare l’anabolismo e l’accumulo di riserve energetiche (i processi catabolici saranno invece più importanti quando
l’assunzione di nutrienti è scarsa, come avviene nella fase di inattività, durante la quale dobbiamo necessariamente fare appello alle riserve); aumenta la probabilità di dover competere per cibo e accoppiamento, e di conseguenza anche la probabilità di subire attacchi o lesioni, e quindi il sistema
immunitario deve essere preparato ad attivarsi in maniera rapida ed efficace. A tal fine, l’evoluzione ha trovato molto conveniente che molte variabili biologiche modifichino ciclicamente, e in maniera coordinata, i loro intervalli di operatività durante il volgere del giorno. Molti ormoni, neurotrasmettitori e
fattori dell’infiammazione presentano, infatti, profili circadiani di secrezione e di attività sui tessuti.
L’attività di cuore e vasi, quella dei reni e del sistema gastro-intestinale, le funzioni di fegato, pancreas e milza, presentano tutte un profilo circadiano di fondo. Tutto è coordinato al fine di garantire risposte multi-sistemiche, integrate ed efficienti alle richieste più probabili nell’arco della giornata.

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