Sleep Science · Ritmo circadiano
L'orologio dentro
Alle tre di notte e alle quattro del pomeriggio la vigilanza cala, anche se hai dormito. Non è un caso e non è una debolezza. È un orologio che il corpo porta in ogni cellula, e che nessuna volontà sposta. Scegli un'ora e guarda che cosa succede.
OnlineScenario
Margine ampio Oltre la soglia Dormi Picchi degli incidenti legati al sonno
Sveglia alle 7, a letto alle 23. Il colore dell'anello dice quanto margine ti lascia il corpo, ora per ora.
01La luce
Il mattino rimette l'orologio all'ora giusta
L'orologio interno non gira esattamente in 24 ore. Misurato in laboratorio, con una luce molto debole, il suo giro dura poco di più: in media 24 ore e 11 minuti. Senza correzioni resterebbe indietro un po' ogni giorno. Czeisler et al. 1999
Chi lo rimette all'ora giusta è la luce. Nella retina, oltre alle cellule con cui vediamo, ce ne sono altre che contengono una sostanza chiamata melanopsina. Non servono a vedere: misurano quanta luce c'è, soprattutto luce blu, e mandano il segnale direttamente all'orologio del cervello. Berson et al. 2002 Hattar et al. 2002
La luce entra, l'orologio si rimette in ora
Al volante
La luce della sera fa slittare l'orologio più tardi. Chi legge su un tablet prima di dormire si addormenta più tardi e la mattina dopo è meno vigile. Uno studio di Basilea ha visto che anche lo schermo del computer, la sera, abbassa la melatonina. Chang et al. 2015 Cajochen et al. 2011
02Il cervello
Il direttore d'orchestra
Il segnale della luce arriva a un piccolo gruppo di neuroni alla base del cervello, sopra il punto in cui i nervi ottici si incrociano. Questo gruppo si chiama nucleo soprachiasmatico ed è l'orologio principale. Mohawk et al. 2012
Da lì dà il tempo al resto del corpo: alla temperatura, agli ormoni, alla fame e alla vigilanza. Di sera avvia la produzione di melatonina, l'ormone della notte biologica. Di giorno spinge per tenerti sveglio. Mohawk et al. 2012 Arendt & Skene 2005
Dall'orologio al corpo
Al volante
L'orologio non sa che stai guidando. Alle tre di notte segna notte, anche in macchina, anche con la radio accesa. Mohawk et al. 2012
03Le due forze
Due forze, una sola sonnolenza
La sonnolenza che senti nasce da due forze. La prima è la pressione del sonno: cresce a ogni ora in cui sei sveglio e si scarica solo dormendo. Una delle molecole che la segnalano è l'adenosina, che si accumula nel cervello durante la veglia. Porkka-Heiskanen et al. 1997 Landolt 2008
La seconda è l'orologio, che fa da soglia: di giorno la alza e ti tiene sveglio anche con molta pressione, di notte la abbassa, qualunque cosa tu abbia fatto. Il modello che mette insieme le due forze è nato a Zurigo, con Alexander Borbély, e da oltre quarant'anni aiuta a capire come funziona il sonno. Daan et al. 1984 Borbély et al. 2016
In laboratorio lo si vede bene: otto uomini hanno vissuto per oltre un mese senza sapere che ora fosse, con giornate di 28 ore. Sonno e veglia hanno seguito tutte e due le forze insieme. Dijk & Czeisler 1995
La pressione del sonno contro la soglia dell'orologio
Al volante
Nel cuore della notte le due forze spingono dalla stessa parte: la pressione è alta e l'orologio scende verso il minimo, che tocca prima dell'alba. Il caffè aiuta per un po' perché impedisce all'adenosina di agire, non perché la toglie. Landolt 2008 Philip et al. 2006
04La cellula
Un orologio in ogni cellula
Dentro quasi ogni cellula del corpo c'è un piccolo orologio fatto di geni e di proteine. Due proteine, CLOCK e BMAL1, accendono i geni PER e CRY. Le proteine PER e CRY si accumulano, entrano nel nucleo e spengono CLOCK e BMAL1. Poi vengono smontate, il blocco cade e il giro ricomincia. Takahashi 2017
Un giro dura circa un giorno. La scoperta di questo meccanismo è valsa il premio Nobel per la medicina 2017: studiato nel moscerino della frutta, funziona in modo molto simile nei mammiferi. Takahashi 2017
A Ginevra, il gruppo di Ueli Schibler ha mostrato che l'orologio gira anche in cellule coltivate in laboratorio, lontane dal cervello. Non è solo il cervello a sapere che ora è. Balsalobre et al. 1998
Il ciclo dei geni
C = CLOCK · B = BMAL1 · ◆ = proteine PER e CRY · linee = messaggi dei geni
- 1CLOCK e BMAL1 accendono i geni
- 2PER e CRY si accumulano
- 3entrano nel nucleo e spengono CLOCK e BMAL1
- 4vengono smontate: il giro riparte
Al volante
La sonnolenza della notte non è un pensiero da scacciare. È scritta in un ciclo di geni che gira in ogni cellula, anche mentre guidi. Takahashi 2017
05La chimica
La chimica della notte
L'orologio si legge in tre curve. La melatonina sale la sera, quando la luce cala, e resta alta per tutta la notte biologica. La temperatura del corpo scende durante la notte e tocca il minimo prima dell'alba. Il cortisolo risale verso il mattino e prepara al risveglio. Arendt & Skene 2005 Hofstra & de Weerd 2008
Sono i segnali che la ricerca usa per sapere che ora segna l'orologio di una persona. Le forme sono quelle tipiche: i valori cambiano molto da persona a persona. Hofstra & de Weerd 2008 Dijk & Czeisler 1995
Tre curve, un orologio
Al volante
Prima dell'alba temperatura bassa e melatonina alta dicono al corpo che è notte fonda. È anche l'ora in cui la guida peggiora di più. Dijk & Czeisler 1995 Lenné et al. 1997
06Il corpo
Gli orologi del corpo
Anche fegato, intestino, pancreas e tessuto adiposo hanno il loro orologio. Seguono il cervello, ma ascoltano anche i pasti. Nei topi, mangiare solo di giorno, cioè nelle ore in cui di solito dormono, sposta l'orologio del fegato fino a dodici ore, mentre quello del cervello non si sposta. Damiola et al. 2000
Nell'uomo, ritardare i pasti di cinque ore ha spostato il ritmo dello zucchero nel sangue di quasi sei ore e l'orologio del tessuto adiposo di circa un'ora. L'orologio del cervello e la sonnolenza non si sono mossi. Wehrens et al. 2017
Anche la flora intestinale cambia nel corso della giornata, e il jet lag la altera. Lo si è visto soprattutto nei topi. Quando lavoro e scuola vanno contro l'orologio, come nel jet lag sociale o nel lavoro a turni, il corpo vive fra due orari. Thaiss et al. 2014 Wittmann et al. 2006
Pasti spostati di cinque ore
Al volante
Il calo del pomeriggio non dipende dal pranzo: lo porta l'orologio. Un pranzo abbondante, dopo una notte corta, può peggiorare le cose. Reyner et al. 2012 Lenné et al. 1997
07La strada
Sulla strada
Gli incidenti in cui chi guida si è addormentato non sono distribuiti a caso nella giornata. In Inghilterra i dati della polizia mostrano tre picchi: verso le due di notte, verso le sei del mattino e verso le quattro del pomeriggio. Horne & Reyner 1995
Al simulatore la guida peggiora alle due e alle sei, e nel primo pomeriggio c'è un calo di entità simile. Lenné et al. 1997
E di notte la strada non è vuota. Sull'A2, alle tre, nella galleria del Gottardo passano in media 185 veicoli l'ora, a Biasca 229, a Lugano 315.
Tre picchi, e una strada che non si svuota
Al volante
L'orologio non si lascia ingannare: né dal finestrino, né dalla radio. Si può sapere a che punto è, e fermarsi. Su strada, di notte, un caffè o trenta minuti di sonno hanno permesso alla maggior parte dei giovani conducenti di guidare quasi come di giorno. Philip et al. 2006
Che cosa puoi fare
Il viaggio in sette frasi
- La luce del mattino rimette l'orologio all'ora giusta, attraverso cellule della retina che non servono a vedere.
- Un piccolo gruppo di neuroni alla base del cervello dà il tempo a tutto il corpo.
- La sonnolenza nasce da due forze: la pressione del sonno, che cresce stando svegli, e l'orologio, che fa da soglia.
- In quasi ogni cellula un ciclo di geni e proteine gira in circa un giorno.
- Melatonina, temperatura e cortisolo seguono l'orologio e dicono al corpo se è giorno o notte.
- Gli organi hanno orologi propri, che rispondono anche agli orari dei pasti e possono sfasarsi rispetto a quello del cervello.
- Al volante la vigilanza cala di più prima dell'alba e nel pomeriggio, e l'orologio non si lascia ingannare.
Le parole
- Circadiano
- Dal latino circa diem, «circa un giorno»: un ritmo che si ripete in circa 24 ore.
- Nucleo soprachiasmatico
- L'orologio principale, alla base del cervello.
- Melanopsina
- Il pigmento di alcune cellule della retina: misura la luce per l'orologio.
- Adenosina
- Una molecola che si accumula nel cervello durante la veglia e segnala la pressione del sonno.
- Pressione del sonno
- Il bisogno di dormire che cresce con le ore di veglia. Nel modello si chiama processo S.
- Melatonina
- L'ormone della notte biologica, prodotto dall'epifisi quando è buio.
- Orologi periferici
- Gli orologi di fegato, intestino, pancreas e degli altri organi.
- Jet lag sociale
- La distanza fra gli orari dell'orologio e quelli imposti da lavoro e scuola.
Cosa sappiamo, e cosa non sappiamo ancora
Sappiamo
- La vigilanza segue un ritmo di circa 24 ore, con il punto più basso prima dell'alba e un calo nel pomeriggio.
- La sonnolenza dipende sia dalle ore di veglia sia dall'ora del giorno.
- La luce della sera fa slittare l'orologio più tardi.
Non sappiamo ancora
- Quanto ogni persona si discosti dalle curve medie: cronotipo, età e lavoro contano molto.
- Quanto i pasti influiscano sulla sonnolenza alla guida. Nell'uomo lo spostamento dei pasti non ha cambiato la sonnolenza misurata.
- Molte scoperte sugli orologi del corpo vengono da topi, ratti e gatti. Nell'uomo sono confermate solo in parte.
Fonti
Sul modello
Le curve della terza fermata vengono dal modello a due processi, con le costanti di tempo pubblicate da Daan, Beersma e Borbély. Mostrano l'andamento tipico per una persona che si sveglia alle 7 e va a letto alle 23. Non misurano la tua sonnolenza e non sostituiscono la domanda «ho sonno?».
01 · La luce
- Berson DM, Dunn FA, Takao M. Phototransduction by retinal ganglion cells that set the circadian clock. Science 2002;295(5557):1070-1073. DOI 10.1126/science.1067262 · studio sui ratti
- Hattar S, Liao HW, Takao M, Berson DM, Yau KW. Melanopsin-containing retinal ganglion cells: architecture, projections, and intrinsic photosensitivity. Science 2002;295(5557):1065-1070. DOI 10.1126/science.1069609 · studio su ratti e topi
- Czeisler CA, Duffy JF, Shanahan TL, et al. Stability, precision, and near-24-hour period of the human circadian pacemaker. Science 1999;284(5423):2177-2181. DOI 10.1126/science.284.5423.2177 · studio su persone, in laboratorio
- Chang AM, Aeschbach D, Duffy JF, Czeisler CA. Evening use of light-emitting eReaders negatively affects sleep, circadian timing, and next-morning alertness. PNAS 2015;112(4):1232-1237. DOI 10.1073/pnas.1418490112 · studio su persone
- Cajochen C, Frey S, Anders D, et al. Evening exposure to a light-emitting diodes (LED)-backlit computer screen affects circadian physiology and cognitive performance. Journal of Applied Physiology 2011;110(5):1432-1438. DOI 10.1152/japplphysiol.00165.2011 · studio su persone, Basilea
02 · Il cervello
- Mohawk JA, Green CB, Takahashi JS. Central and peripheral circadian clocks in mammals. Annual Review of Neuroscience 2012;35:445-462. DOI 10.1146/annurev-neuro-060909-153128 · rassegna
03 · Le due forze
- Borbély AA, Daan S, Wirz-Justice A, Deboer T. The two-process model of sleep regulation: a reappraisal. Journal of Sleep Research 2016;25(2):131-143. DOI 10.1111/jsr.12371 · rassegna, Zurigo e Basilea
- Daan S, Beersma DG, Borbély AA. Timing of human sleep: recovery process gated by a circadian pacemaker. American Journal of Physiology 1984;246(2 Pt 2):R161-R183. DOI 10.1152/ajpregu.1984.246.2.R161 · modello matematico
- Dijk DJ, Czeisler CA. Contribution of the circadian pacemaker and the sleep homeostat to sleep propensity, sleep structure, electroencephalographic slow waves, and sleep spindle activity in humans. Journal of Neuroscience 1995;15(5 Pt 1):3526-3538. DOI 10.1523/JNEUROSCI.15-05-03526.1995 · studio su persone, in laboratorio
- Porkka-Heiskanen T, Strecker RE, Thakkar M, et al. Adenosine: a mediator of the sleep-inducing effects of prolonged wakefulness. Science 1997;276(5316):1265-1268. DOI 10.1126/science.276.5316.1265 · studio sui gatti
- Landolt HP. Sleep homeostasis: a role for adenosine in humans? Biochemical Pharmacology 2008;75(11):2070-2079. DOI 10.1016/j.bcp.2008.02.024 · rassegna, Zurigo
04 · La cellula
- Takahashi JS. Transcriptional architecture of the mammalian circadian clock. Nature Reviews Genetics 2017;18(3):164-179. DOI 10.1038/nrg.2016.150 · rassegna
- Balsalobre A, Damiola F, Schibler U. A serum shock induces circadian gene expression in mammalian tissue culture cells. Cell 1998;93(6):929-937. DOI 10.1016/s0092-8674(00)81199-x · cellule di ratto, Ginevra
05 · La chimica
- Arendt J, Skene DJ. Melatonin as a chronobiotic. Sleep Medicine Reviews 2005;9(1):25-39. DOI 10.1016/j.smrv.2004.05.002 · rassegna
- Hofstra WA, de Weerd AW. How to assess circadian rhythm in humans: a review of literature. Epilepsy & Behavior 2008;13(3):438-444. DOI 10.1016/j.yebeh.2008.06.002 · rassegna
06 · Il corpo
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- Wehrens SMT, Christou S, Isherwood C, et al. Meal timing regulates the human circadian system. Current Biology 2017;27(12):1768-1775. DOI 10.1016/j.cub.2017.04.059 · studio su persone
- Thaiss CA, Zeevi D, Levy M, et al. Transkingdom control of microbiota diurnal oscillations promotes metabolic homeostasis. Cell 2014;159(3):514-529. DOI 10.1016/j.cell.2014.09.048 · studio su topi e persone
- Reyner LA, Wells SJ, Mortlock V, Horne JA. 'Post-lunch' sleepiness during prolonged, monotonous driving - effects of meal size. Physiology & Behavior 2012;105(4):1088-1091. DOI 10.1016/j.physbeh.2011.11.025 · simulatore di guida
- Wittmann M, Dinich J, Merrow M, Roenneberg T. Social jetlag: misalignment of biological and social time. Chronobiology International 2006;23(1-2):497-509. DOI 10.1080/07420520500545979 · questionari
07 · La strada
- Horne JA, Reyner LA. Sleep related vehicle accidents. BMJ 1995;310(6979):565-567. DOI 10.1136/bmj.310.6979.565 · dati di polizia
- Lenné MG, Triggs TJ, Redman JR. Time of day variations in driving performance. Accident Analysis & Prevention 1997;29(4):431-437. DOI 10.1016/s0001-4575(97)00022-5 · simulatore di guida
- Philip P, Taillard J, Moore N, et al. The effects of coffee and napping on nighttime highway driving: a randomized trial. Annals of Internal Medicine 2006;144(11):785-791. DOI 10.7326/0003-4819-144-11-200606060-00004 · strada, di notte
- USTRA, conteggi orari A2, 2022-2025 · driveawake.ch
Drive Awake · Awareness Behind the Wheel