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CNR: Alamanacco della Scienza

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N. 4 - 24 feb 2021
ISSN 2037-4801

Focus - Distopia  

Salute

Cronobiologia, jet lag e insonnia spaziale

La natura del tempo resta da sempre uno dei grandi misteri per l'uomo. Già Lewis Carrol in “Alice nel paese delle meraviglie” introduceva una seconda dimensione del tempo, distinguendo tra quella cosmologica e quella psicologica. Basti pensare alla percezione soggettiva della velocità dello scorrere del tempo, soprattutto in occasione di una forte emozione o sotto stress.

A sua volta, il tempo è strettamente correlato al ritmo circadiano, ossia al nostro orologio biologico, che è valso nel 2017 il Nobel per la medicina a Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash e Michael W. Young. “I tre ricercatori americani sono riusciti a scoprire il meccanismo con il quale tutti gli esseri viventi, inclusi gli organismi unicellulari, riescono a regolare i loro ritmi biologici in sintonia con l'ambiente, ad esempio con l'alternarsi del giorno e della notte. Sono studi iniziati nel '700, quando l'astronomo Jean Jacques d'Ortous de Mairan analizzò la pianta di mimosa, scoprendo che le sue foglie si aprivano di giorno e si chiudevano al crepuscolo”, spiega Angelo Gemignani, neuro-psicobiologo del Centro Extreme di Pisa, struttura multidisciplinare che vede una stretta collaborazione tra Istituto di fisiologia clinica del Cnr, Scuola Sant'Anna e Università di Pisa. “Una volta messe al buio costante, le piante continuavano a seguire i propri ritmi interni, aprendo e chiudendo le foglie. Da qui la scoperta del ritmo circadiano (dal latino circa dies), ciclo di variazione nell'arco delle ventiquattr'ore di alcuni parametri, quali il livello ematico di cortisolo, il livello di melatonina o la temperatura corporea. Esistono due meccanismi di regolazione: l'endogeno, regolato a livello del sistema nervoso centrale dall'ipotalamo sulla base della luce solare esterna e dei livelli di melatonina; e l'esogeno, regolato invece dalle attività umane come, per esempio, l'alternanza dei pasti. La durata del ciclo circadiano per alcuni parametri è poco modificabile: per esempio il ciclo della temperatura corporea e di alcuni ormoni è di 25 ore. Per contro, altri cicli possono essere caratterizzati da maggiore durata. In ambienti confinati e privi di luce solare, i meccanismi endogeno ed esogeno possono adattarsi in maniera diversa, generando disturbi. Possiamo dunque affermare che esista una sorta di meccanismo svizzero interno, che adatta la nostra fisiologia sulla base delle diverse fasi della giornata, regolando funzioni cruciali come il nostro comportamento, i livelli ormonali, il sonno, la temperatura corporea e il metabolismo”.

E ciò non avviene senza significative conseguenze, poiché un disallineamento temporaneo tra l' ambiente esterno e il nostro timer interno altera stato di salute e benessere: basti pensare a quando viaggiamo in aereo e sperimentiamo il jet lag. “Il jet leg è un tipico esempio di separazione tra sistema endogeno ed esogeno nella regolazione dei ritmi circadiani. In base a evidenze scientifiche, tale disallineamento cronico comporterebbe anche aumentata suscettibilità e vulnerabilità allo sviluppo di patologie come, ad esempio, la sintomatologia depressiva e le malattie cronico- degenerative”, aggiunge Francesca Mastorci, anche lei neuro-psicobiologa del Centro Extreme di Pisa.

L'argomento riguarda, ovviamente, anche situazioni estreme come i viaggi in orbita e una possibile colonizzazione umana di Marte, sogno dell'uomo comune divenuto realizzabile anche grazie alla visione dell'imprenditore canadese Elon Musk. “Anche i viaggi spaziali rappresentano sicuramente un esempio di tale 'disallineamento'. L'esposizione alla microgravità non solo comporta alterazioni di carattere fisiologico causate per lo più dalla mancanza di attività muscolare, ma anche la sfera emotiva, le funzioni cognitive e psicosensoriali non ne sono immuni, pur non escludendo una sinergia di diversi fattori alla base della loro alterazione”, continua Mastorci. “Inoltre, lo spazio e la condizione di microgravità possono determinare modificazioni del ciclo sonno-veglia. A questo riguardo, è stato descritto come 'l'insonnia spaziale' dell'astronauta, dovuta alla condizione estrema, all'alterazione dei ritmi circadiani, al sovraccarico intellettuale e fisico e quindi allo stress si associ a un maggiore rischio di accidenti e incidenti. Per questo la Nasa ha riconosciuto l'importanza di un'adeguata durata di sonno, implementando contromisure pre-volo per un corretto adattamento durante la missione”.

La Nasa lavora con gli astronauti della Stazione Spaziale per ottenere un naturale ciclo giorno-notte in diverse situazioni e le tecniche che oggi aiutano i membri dell'equipaggio dei Boeing nei voli intercontinentali, come specifici occhiali da sole e assunzione di farmaci, sono spesso utilizzate anche in orbita. “Nello spazio, i fattori ambientali differiscono completamente da quelli terrestri: il ciclo luce-buio, l'intensità di illuminazione, la gravità, le radiazioni, il rumore di fondo, il confinamento spaziale e l'isolamento. Le registrazioni polisonnografiche e la valutazione soggettiva della qualità del sonno durante le missioni Skylab e Mir hanno documentato che mediamente nello spazio la durata del sonno si riduce significativamente con cambiamenti strutturali. Responsabile è ancora il nucleo soprachiasmatico dell'ipotalamo, che riceve afferenze dalla retina”, conclude Gemignani. “Altri meccanismi, tra cui le attività che il soggetto svolge, possono modulare in parte il ritmo sonno-veglia, ma l'esposizione alla luce solare contribuisce in maniera considerevole. In un ambiente confinato con luce artificiale sempre accesa viene perduto lo stimolo più importante: l'organismo ha bisogno di mantenere i ritmi circadiani normali e la regolazione dell'alternanza sonno-veglia è uno degli aspetti importanti che interessano la vita a bordo del veicolo spaziale, soprattutto nell'ottica di missioni di lunga durata come quella su Marte. Non a caso, è proprio questo uno dei focus dei tavoli di lavoro organizzati dall'Agenzia spaziale italiana nell'ambito di Biomedicina e scienze della vita per rilanciare la ricerca spaziale in Italia, inclusa l'esplorazione umana del Pianeta Rosso”.

Luisa De Biagi

Fonte: Angelo Gemignani, Centro Extreme - Istituto di fisiologia clinica del Cnr, tel. 050/3152699 , email angelo.gemignani@unipi.it - Francesca Mastorci, Centro Extreme - Istituto di fisiologia clinica del Cnr , email mastorcif@ifc.cnr.it -