Intervista: come funzionano i nostri orologi biologici?

Perché la gioventù soffre di «jet lag sociale», i LED bianchi e luminosi mandano in tilt interi ecosistemi ed esistono diversi orologi biologici? Ne ho parlato con il Prof. Dr. Henrik Oster, direttore dell'Istituto di Neurobiologia dell'Università di Lubecca, in Germania. Il Prof. Oster è un cronobiologo e studia i ritmi sonno-veglia (ritmi circadiani) nell'essere umano. Nell'intervista spiega, tra l'altro, che la giusta tempistica è importante per controllare il nostro orologio interno e ci consiglia di accettare il fatto che il nostro ritmo sonno-veglia è determinato anche geneticamente.

I nostri orologi interni funzionano tutti allo stesso modo o ci sono differenze individuali?
Prof. Dr. Henrik Oster, direttore dell'Istituto di Neurobiologia dell'Università di Lubecca: Ci sono differenze, perché il funzionamento del nostro orologio interno è in una certa misura geneticamente determinato. Per alcune persone, il funzionamento è un po' più lento, quindi il ciclo sonno-veglia è spostato in avanti, per altre invece più indietro. Il ciclo si può influenzare solo entro certi limiti. Se una persona arriva sempre in ritardo, non ci sono ancora mezzi per «cambiarla» in una persona puntuale. Bisogna essere consapevoli che esistono dei limiti biologici, che si dovrebbero anche rispettare.

Quindi il fatto che io sia un gufo e non un'allodola è determinato geneticamente?
Esattamente, questi termini vengono chiamati cronotipi e definiscono persone mattiniere e notturne, cioè, colloquialmente, allodole e gufi. Anche questo può essere misurato con diversi metodi. La metodologia principale consiste nel misurare l'inizio della secrezione di melatonina la sera nel laboratorio del sonno. Questo tempo è abbastanza caratteristico per il cronotipo. Un metodo più semplice è quello di valutare i questionari con il comportamento del sonno in ipotetici giorni di riposo in cui si può dormire a piacimento.

**Ho ancora la possibilità di diventare un'allodola? Cioè, questi cronotipi cambiano nel corso della vita? **
In sostanza, più invecchiamo, meno dormiamo e più il nostro sonno diventa frammentato. Gli anziani con più di 70 anni di solito non dormono per tutta la notte. Questo è del tutto normale e dovuto, tra l'altro, al rilascio di melatonina che diminuisce con l'età. Questo fa sì che il tempo netto di sonno diventi sempre più breve con l'aumentare dell'età. In più avviene un tipico spostamento del cronotipo stesso. Non è necessariamente la durata del sonno che viene modificata, ma la circostanza del sonno, per così dire.

Si è scoperto che durante la pubertà il cronotipo si sposta all'indietro – verso il gufo. Questo è statisticamente molto ben dimostrato. Il ritmo del sonno può infatti spostarsi all'indietro fino a sei ore.

L'immagine dell'adolescente sempre stanco ha anche a che fare con questo?
Sì, molti giovani vivono contro il loro orologio biologico perché devono alzarsi presto per andare a scuola. Così facendo si accumula una sorta di deficit di sonno durante la settimana, che viene recuperata nel fine settimana rimanendo a letto fino a mezzogiorno. Si chiama «jet lag sociale» perché è come se nel fine settimana volino sempre verso un fuso orario diverso e tornino poi indietro. Ci sono studi sui voti scolastici che dimostrano che i cronotipi particolarmente notturni vanno mediamente peggio a scuola, almeno nelle scienze.

È stato inoltre riscontrato che le persone che spostano costantemente il loro ciclo del sonno e in modo anche molto marcato sono anche più inclini a dipendenze, ad esempio.

Come viene regolato il nostro orologio biologico?
Abbiamo un orologio interno centrale che viene «regolato» dalla luce. Le informazioni sulla luminosità o sull'oscurità vengono trasmesse al cervello tramite connessioni nervose dirette dall'occhio. Ciò avviene attraverso il cosiddetto nucleo soprachiasmatico (SCN), un insieme di cellule nervose nel cervello. Ma esistono molti altri orologi biologici che sono regolati da questo orologio centrale dell'SCN.

Il nostro orologio interno scorre sempre alla stessa velocità?
Normalmente, siamo sempre sincronizzati con l'ora dell'ambiente. Ogni giorno avvengono piccoli aggiustamenti che non si notano. Solo quando si sposta il fuso orario o si passa all'ora legale si nota che l'orologio interno e l'ora esterna non coincidono.

Attraverso vari segnali (ad es. ormoni, ma anche processi autonomici e neuronali) provenienti dal sistema nervoso periferico, l'orologio dell'SCN può raggiungere tutti gli altri orologi interni e garantire che anch'essi siano sincronizzati con l'ora esterna.

Oltre alla luce, cos'altro influenza il nostro orologio biologico?
Lo stress, ad esempio, l'esercizio fisico o l'ora in cui mangiamo qualcosa. Fattori del genere possono influenzare i nostri orologi interni, ma non sempre quello centrale.

Cosa succede se l'orologio interno centrale non viene influenzato?
Se mangiassimo in orari insoliti (ad es. solo di notte), l'orologio del fegato e quello dello stomaco si adeguerebbero. Tuttavia l'orologio dell'SCN non lo fa. Questo crea una sorta di differenza temporale all'interno del corpo che non è salutare. Durante il lavoro notturno, ad esempio, questi segnali di disturbo influenzano sempre gli orologi interni. Il corpo non sa più qual è il momento giusto, esterno, al quale deve adattarsi.

L'orologio centrale dell'SCN reagisce a qualsiasi forma di luce?
I fotorecettori, cioè i sensori dell'occhio responsabili dell'orologio interno, sono particolarmente sensibili alla luce blu. La loro sensibilità massima è di circa 480 nanometri, cioè luce blu con una punta di verde. Con la luce rossa, ad esempio, le cellule gangliari fotorecettive della retina non vengono affatto stimolate. Il centro di controllo è praticamente cieco alla luce rossa, per così dire.

E gli altri orologi interni non reagiscono affatto alla luce?
Si tratta di un dibattito interessante: non è ancora stato chiarito in modo definitivo se anche gli altri orologi possano reagire direttamente alla luce o se ricevano sempre il segnale attraverso l'SCN. Una serie di studi suggerisce in realtà che esiste anche una ricezione della luce extraretinica (cioè al di fuori dell'occhio). Anche la pelle, ad esempio, può reagire alla luce. Se la luce influenza l'adattamento degli orologi genetici molecolari della pelle è ancora controverso, tuttavia.

La sera, stando seduti davanti a uno schermo, si inibisce la produzione di melatonina a causa della luce blu, impedendo così all'organismo di stancarsi. Questo vale anche al contrario? Stare avanti allo schermo del computer la mattina ha lo stesso effetto o un effetto simile a una lampada per la terapia della luce?
L'idea è fondamentalmente buona. Non direi lo stesso effetto, ma funziona nella stessa direzione. La tempistica è importante per spiegare l'effetto della luce blu sull'orologio biologico. Quando siamo esposti alla luce blu di sera, l'orologio interno rallenta, quindi il tempo interno si sposta all'indietro. Quando poi al mattino siamo di nuovo esposti alla luce, l'effetto è esattamente l'opposto: il nostro orologio interno viene spostato in avanti.

Ma se la sera ritardiamo l'orario interno a causa della luce blu dell'illuminazione del cellulare, del computer o della televisione, naturalmente ritardiamo anche il tempo necessario per addormentarci. Se si hanno già problemi ad addormentarsi e a mantenere il sonno, questo è molto controproducente. Anche aspetti psicologici indotti da contenuti consumati, come i siti di notizie o le discussioni sui social media, possono essere internamente sconvolgenti e non favorire il sonno.

Ma al mattino, la luce dello schermo può aiutare a svegliarsi?
Sì, al mattino la luce blu sposta l'orologio in avanti. Questo può aiutare, ad esempio, in caso di depressione stagionale. Per questo motivo si consiglia a chi ne soffre di sedersi davanti a una sorgenza di luce al mattino. Anche i telefoni cellulari e gli schermi dei computer hanno questo effetto, ma con un'intensità luminosa inferiore. Le lampade a luce diurna sono di solito molto più luminose. In questo senso, l'effetto è anche più forte.

Posso aiutare il mio orologio interno anche nel pomeriggio con un'esposizione alla luce?
Nel primo pomeriggio non serve molto: avrebbe un effetto minimo sull'orologio interno, dato che a mezzogiorno l'orologio è insensibile alla luce. Può infatti adattarsi solo alle fasi marginali della notte. Il tempismo è quindi importante.

Quindi non aiuta affatto il mio orologio interno se vado a fare una passeggiata a mezzogiorno per avere abbastanza luce anche in inverno?
Esattamente, la componente è più che altro psicologica. Sarebbe meglio farlo di prima mattina.

La melatonina viene sempre citata in relazione alla regolazione del ciclo sonno-veglia. Ci sono altre sostanze messaggere importanti in questo processo?
Il fatto che si parli spesso di melatonina ha ragioni in parte pragmatiche: la melatonina può essere misurata molto bene nell'essere umano. È un segnale temporale importante, anche se non essenziale. Svolge un ruolo soprattutto nell'adattamento stagionale, cioè nell'adattamento all'estate e all'inverno, e alla diversa durata del giorno e della notte.

Esistono comunque anche altri ormoni importanti, come ad esempio il cortisolo, che influenza altrettanto il ritmo giornaliero. La concentrazione di cortisolo è massima al mattino e minima alla sera. Tuttavia, se siamo molto stressati, produciamo più cortisolo la sera.

Ci sono altri ormoni che giocano un ruolo importante?
Anche l'insulina è rilevante. Viene rilasciata quando mangiamo carboidrati e può, ad esempio, influenzare gli orologi del fegato e di altri organi digestivi. L'orologio dell'SCN, a sua volta, può regolare i nostri tempi di alimentazione attraverso il ciclo sonno-veglia e quindi influenzare indirettamente il segnale insulinico. Quando dormiamo, non possiamo mangiare, ovviamente, e il segnale dell'insulina viene in qualche modo temporizzato. Questo, a sua volta, può influenzare gli orologi interni periferici.

Sta svolgendo altre ricerche in questo momento?
Stiamo ricercando anche il cortisolo. Siamo particolarmente interessati all'interazione degli orologi interni con il sistema dello stress. Ad esempio, stiamo studiando come lo stress influisca sui processi fisiologici dell'organismo in diversi momenti della giornata e se ci sono momenti della giornata in cui siamo più inclini allo stress rispetto ad altri. Il cortisolo, tuttavia, non solo trasmette segnali in situazioni di stress acuto, ma può anche sopprimere il sistema immunitario. Per questo motivo stiamo studiando anche gli effetti a lungo termine.

Il cortisolo svolge anche altre funzioni nel nostro corpo?
Il cortisolo svolge anche importanti funzioni metaboliche. Se si produce troppo cortisolo in modo permanente, si verifica una ridistribuzione delle riserve di grasso e cambiamenti nei processi di immagazzinamento dell'energia nel fegato. Infine, il cortisolo ha effetti importanti anche sul cervello, almeno se si soffre di stress cronico. In quel caso caso, la probabilità di sviluppare una depressione è alta. Ci interessa capire se si può creare una certa resilienza contro queste malattie rafforzando il ritmo del cortisolo.

Una breve deviazione nel mondo animale e vegetale: i LED luminosi sono sempre più utilizzati nell'illuminazione stradale. Questi alterano i ritmi circadiani di molti esseri viventi. È possibile utilizzare LED e risparmiare energia senza sconvolgere gli orologi biologici di interi ecosistemi?
Sì, tecnicamente non è un problema spostare lo spettro dei LED nella gamma delle onde più lunghe e quindi allontanarsi un po' da questa zona sensibile per il sistema circadiano. Quindi il colore della luce si sposterà più verso il giallo-arancio invece di essere di color blu-bianco freddo. Da un punto di vista urbanistico, una minore luminosità comporta problemi di sicurezza, perché in luoghi ben illuminati si verificano meno crimini, facendo di conseguenza sentire le persone più al sicuro. Inoltre, i LED bianchi freddi sembrano essere lo standard e quindi anche più economici per i comuni. Ma sarebbe certamente possibile cambiare i LED e i primi approcci per farlo esistono già. L'impatto sulla natura è stato a lungo ignorato, ma ora è in atto un ripensamento.

Ha un ultimo suggerimento su come fare qualcosa di buono per i nostri orologi interni?
La cosa più importante è prendere coscienza del proprio orologio interno e ascoltarlo: che cronotipo sono, mattiniero o notturno? E, soprattutto, di quanto sonno ho bisogno? Dormo tanto o poco? Aiuta molto se si riesce ad accettare che il cronotipo fa parte del nostro essere e che c'è una componente genetica che non si può controllare semplicemente con una sveglia.