Ritmi circadiani

Cronobiologia e Ritmi circadiani

Cronobiologia, ormoni e ritmi circadiani, a che ora è meglio allenarsi?

Lomeostasi è la capacità di mantenere una condizione di equilibrio interno, indipendentemente dalle modificazioni che avvengono all’esterno. Per esempio: il nostro organismo è in grado di conservare una temperatura pressoché costante nonostante le continue variazioni climatiche.

Tutte queste miriadi di processi necessitano di tempi diversi, vi sono alcuni meccanismi di regolazione a breve termine che si attivano immediatamente (regolazione del battito cardiaco in seguito ad uno sforzo ) ed altri che necessitano di tempi più lunghi (ciclo mestruale femminile).

ormoni circadiani

Le concentrazioni plasmatiche dei principali ormoni del corpo umano seguono un andamento sinusoidale, caratterizzato dall’alternarsi di:

Fase crescente

Picco massimo (acrofase)

Fase decrescente

Picco minimo

L’alternarsi di questi stadi può compiersi o essere studiata nell’arco di un giorno (ritmi circadiani), di una settimana (ritmi circasettani), di un mese (ritmi circatrigintani), di un ciclo lunare (ritmi circalunari) di un anno (ritmi circannuali) e così via.

Anche la prestazione atletica segue una ritmicità circadiana. Alcuni test hanno dimostrato che: i picchi più elevati di temperatura corporea si registrano nel tardo pomeriggio e nelle prime ore serali (16-18). A questo aumento di temperatura si associa un miglioramento delle capacità reattive, della forza esplosiva, della forza massimae del massimo consumo di ossigeno (massima capacità aerobica). Se si considera che l’ipertermia corporea migliora la velocità di propagazione degli stimoli nervosi ed aumenta il metabolismo, facilitando la produzione di energia, si spiega facilmente il miglioramento della prestazione sportiva che essa comporta.

Al mattino si registra invece un miglioramento della capacità intellettiva.

Anche le concentrazioni plasmatiche di alcuni ormoni possono influire positivamente o negativamente sulla prestazione sportiva nelle varie fasi della giornata.

Cenni sulle secrezioni ormonali circadiane

Il cortisoloè soggetto ad una secrezione basale pressoché costante nelle 24 ore, con picco massimo (acrofase) registrato intorno alle primissime ore del mattino (3-4) e picco minimo che coincide con le prime ore di riposo notturno (22-24).

La concentrazione plasmatica del GH o somatotropina raggiunge la propria acrofase intorno alle 24 e fa registrare i suoi valori minimi dalle 8 alle 20.

Il testosterone ha il suo apice intorno alle 2-3 del mattino, mentre il picco minimo si registra intorno alle 18.

Il TSH oTSH
tireotropina, il principale ormone che regola le funzioni tiroidee, ha un andamento del tutto simile a quello del testosterone.

Influenza degli ormoni sulla prestazione fisica, a che ora è meglio allenarsi?

Il picco di cortisolo determina una maggiore predisposizione del nostro corpo ad utilizzare gli acidi grassi come substrato energetico. Pertanto per dimagrire è utile allenarsi al  mattino in condizioni di ipoglicemia .

Allo stesso tempo occorre però considerare i rischi legati a tale pratica (capogiri, malesseri, crisi di fame e possibili svenimenti). Può essere utile portare con sé alcune bustine di zucchero da assumere non appena si presentano i sintomi sopra elencati.

Qualsiasi assunzione di cibo antecedente la seduta di allenamento mattutina comporta una riduzione dei livelli di cortisolo annullandone i suoi effetti positivi sulla lipolisi.

Chi vuole dimagrire preservando o addirittura aumentando le proprie masse muscolari, deve inoltre tener presente che l’ipercortisolismo mattutino favorisce il catabolismo degli amminoacidi, processo fondamentale per produrre glucosio e mantenere costante la glicemia.

L’ipercortisolismo cronico favorisce l’accumulo di grasso, specie nella regione addominale, riducendo allo stesso tempo anche le masse muscolari ed innescando un processo catabolico che interessa soprattutto i muscoli degli arti inferiori. Pertanto a chi conduce una vita stressante, con abitudini alimentari scorrette, tale strategia dimagrante è sconsigliata. Per ridurre i livelli di cortisolo è invece importante consumare un’abbondante colazione, ricca di carboidrati sia a basso che a medio ed elevato indice glicemico .

Il profilo ormonale che si insatura nelle ore serali favorisce la glicogeno sintesi, predisponendo il corpo all’accumulo di glicogeno e di acidi grassi sottoforma di tessuto adiposo; ecco spiegato perché è sconsigliabile assumere un pasto ricco di carboidrati a cena.

Nelle prime ore notturne si ha invece una predisposizione all’accumulo proteico che favorisce l’anabolismo muscolare; ciò spiega come mai ai bodybuilder venga spesso consigliato di assumere un integratore proteico a base di caseine (particolari proteine del latte) prima di coricarsi.

I ritmi circadiani di questi ormoni possono essere sfruttati a proprio favore anche durante l’allenamento.

Gli ormoni anabolici vengono stimolati durante i primi minuti di attività fisica, specialmente se questa viene eseguita ad un ritmo particolarmente elevato, con iperproduzione e conseguente accumulo di acido lattico.

Gli ormoni catabolici si attivano sensibilmente dopo il 45° minuto di esercizio. Anche i linfociti  diminuiscono dopo un allenamento troppo intenso, in relazione all’aumentata secrezione di cortisolo e alla sua attività immunosoppressoria. Si parla in questi casi di reazione immunologia da stress

Un programma di allenamento inadeguato e/o eccessivo,  non solo aumenterà il rischio di infortuni  ma, soprattutto, causerà a lungo andare una diminuzione delle difese immunitarie, predisponendo l’organismo ad un maggiore rischio di  infezioni. A tal proposito è bene sottolineare la pericolosità degli allenamenti svolti in presenza di stati febbrili, a causa del serio  rischio di gravi complicazioni, come polmonite e miocardite, che essi comportano.

Fonte: http://www.my-personaltrainer.it/fisiologia/ormoni/cronobiologia.html

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Il ritmo circadiano anomalo del cervello depresso

13 maggio 2013

Dimostrato sperimentalmente per la prima volta nell’essere umano che anche i geni delle cellule cerebrali seguono specifici ritmi di attivazione circadiani. Nelle persone che soffrono di depressione, tuttavia, fra questi ritmi viene a mancare la corretta sincronizzazione, con uno sfasamento che ha un impatto significativo sulla regolazione di numerosi processi neurali e quindi sui comportamenti.

Nei pazienti affetti da depressione maggiore i cicli giornalieri di espressione genica [1] nel cervello sono interrotti. A dimostrarlo è uno studio condotto da ricercatori dell’Università del Michigan e dell’Università della California ad Irvine, che firmano un articolo su “Proceedings of the National Academy of Sciences”.

Uno dei classici sintomi della depressione maggiore è il disturbo del sonno, espressione della rottura dei ritmi circadiani, che si ritengono collegati ai cicli di espressione dei geni. Finora, tuttavia, la ritmicità circadiana dell’espressione genica era stata però documentata solo nell’animale e per quanto riguarda l’uomo solamente in tessuti periferici ma non nel cervello, poiché [la ricerca] richiede il prelievo di tessuti per la valutazione del trascrittoma (ossia il complesso dei fattori di trascrizione relativo ai diversi geni).

Per il presente studio – che fornisce la descrizione più completa finora realizzata del trascrittoma cerebrale di una specie diurna, definendo circa 12.000 trascritti nella corteccia dorsolaterale prefrontale, corteccia cingolata anteriore, l’ippocampo, amigdala, nucleo accumbens e nel cervelletto  – sono stati prelevati post mortem campioni di tessuto cerebrale di 34 pazienti depressi e di 55 controlli non affetti da problemi psichiatrici o malattie neurologiche.

L’analisi dei dati ha permesso di dimostrare una fondamentale coerenza delle relazioni di fase nelle attivazioni geniche tra mammiferi, confermando gli schemi di attivazione ciclica della maggior parte dei geni circadiani noti.

In particolare, il modello di attivazione dei ritmi circadiani usato dai ricercatori ha permesso di risalire dal profilo di espressione dei geni all’ora del decesso dei 55 soggetti di controllo, confermata dalle cartelle cliniche. I profili dei soggetti depressi sono invece risultati sfasati di alcune ore, evidenziando alterazioni nella ritmicità circadiana in sei regioni.

Queste alterazioni possono interrompere le relazioni fra le fasi di attivazione tra i singoli geni circadiani e avere un impatto significativo sulla regolazione di numerosi processi neurali e quindi dei comportamenti, coerentemente con la vasta gamma di sintomi depressivi.

Il ritmo circadiano anomalo del cervello depresso
I ricercatori hanno utilizzato modelli di espressione genica  per    prevedere il momento della morte dei soggetti dello studio (cerchi interni), che hanno confrontato con l’ora del decesso registrata nelle cartelle cliniche (cerchi esterni). I due momenti sono strettamente vicini nelle persone sane, come mostrano le brevi linee tra i due punti nel diagramma di sinistra. Ma nelle persone depresse sono  fuori sincrono, come si vede a destra. (Cortesia Università del Michigan/PNAS)

In complesso, sono state identificate alcune centinaia di geni che mostravano un chiaro ritmo circadiano, alcuni noti, ma molti altri no, come per esempio il gene per il recettore per la lipoproteina a bassa densità e il gene INSIG1, noti per essere coinvolti nella sintesi dei lipidi e  nel metabolismo o ancora il gene per il recettore per l’ipocretina, HCRTR2, importante per la regolazione del sonno e della veglia.

La scoperta del ritmo circadiano di questi geni, osservano i ricercatori, apre le porte alla possibilità di identificare nuovi biomarcatori per la depressione, ossia molecole che segnalino il disturbo e che possano essere rilevate nel sangue, nella pelle o nei capelli.

Resta ora da capire perché l’orologio circadiano sia alterato nei depressi. “Abbiamo bisogno di imparare di più sulla natura dell’orologio stesso e capire se, resettando l’orologio, sia possibile aiutare le persone a stare meglio”, ha detto  Huda Akil, uno degli autori dello studio.

Fonte:http://www.lescienze.it/news/2013/05/14/news/depressione_ritmi_circadianiespressione_geni_cervello-1652770/

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Il ruolo della dopamina nella regolazione del ritmo sonno-veglia

20 giugno 2012

Al termine di ogni notte sulla membrana delle cellule dell’ipofisi fanno la loro comparsa recettori della dopamina che si associano in strutture composte con quelli della noradrenalina, in modo da bloccarne l’azione di stimolo alla sintesi della melatonina.

Anche la dopamina ha un ruolo centrale nella regolazione del ritmo sonno-veglia. La scoperta o quanto meno la conferma di un sospetto che circolava da tempo, è stata fatta da un gruppo di ricercatori del Centro de Investigación en Biomedica Red de Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED) dell’Università di Barcellona, che illustrano i loro risultati in un articolo pubblicato sulla rivista “PLoS Biology”.

E’ noto che, nel definire il ritmo circadiano di veglia e sonno, il ruolo centrale spetta all’ipofisi, che si incarica di tradurre i segnali luminosi ricevuti dalla retina in un linguaggio comprensibile a tutto il resto dell’organismo, in primo luogo attraverso la sintesi della melatonina. Questa, prodotta e rilasciata durante la notte, aiuta a modulare l’attività metabolica del corpo durante il sonno. Nella regolazione della sintesi e del rilascio della melatonina interviene peraltro un altro ormone, la noradrenalina, che esplica i suoi effetti legandosi ai recettori di membrana presenti sulle cellule.

Tuttavia, finora non era chiaro come questo sistema riuscisse a ottenere la capacità di rispondere con grande velocità ai ritmi di produzione e degradazione della melatonina.

Il nuovo studio ha individuato un meccanismo che dà, almeno in parte, una risposta a questo quesito, mettendo in evidenza che i recettori della noradrenalina non sono i soli protagonisti della modulazione dei livelli della melatonina, ma collaborano con i recettori della dopamina attraverso la formazione di “eteromeri”, ossia di recettori composti.

Quando la dopamina interagisce con i propri recettori, inibisce gli effetti della noradrenalina e questo si traduce in una diminuzione della produzione e del rilascio di melatonina.

I ricercatori hanno scoperto che questi recettori della dopamina fanno regolarmente la loro comparsa sulla membrana delle cellule ipofisarie verso la fine della notte, quando si conclude il periodo di oscurità. Pertanto, concludono i ricercatori, la formazione di questi eteromeri è un meccanismo efficace per fermare la produzione di melatonina quando inizia il giorno ed è necessario “dare la sveglia” al cervello.

La scoperta di questa nuova funzione della dopamina potrebbe rivelarsi estremamente utile nella progettazione di nuovi farmaci per mitigare i disturbi del ritmo circadiano, come quelli legati al jet lag, nei lavoratori dei turni notturni e nei casi di disturbi del sonno in generale.

Fonte: http://www.lescienze.it/news/2012/06/20/news/sonno_veglia_dopamina_ritmo_circadiano_ipofisi_eteromeri_noradrenalina-1099365/

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Note

[1] In biologia molecolare, con il termine espressione genica si intende il processo attraverso cui l’informazione contenuta in un gene (costituita di DNA) viene convertita in una macromolecola funzionale (tipicamente una proteina).

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