Invecchiamento ed Orologio Biologico

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L’orologio del nostro organismo

Chi viaggia per lavoro attraversando diversi fusi orari o ha fatto una vacanza su un altro continente ha già sperimentato come il nostro organismo abbia una sua abitudine (il ciclo sonno/veglia, lo stimolo della fame, etc..) e come questa richieda tempo per risintonizzarsi con i nuovi orari.

In realtà, non bisogna viaggiare per sperimentarlo in maniera evidente, è sufficiente guardare i nostri nonni o i nostri genitori per rendersi conto che esistono dei ritmi nel nostro organismo e questi ritmi cambiano con l’età.

Questo insieme di ritmi viene chiamato Ciclo Circadiano e vedremo che è uno dei sistemi più importanti ed affascinanti del nostro organismo per il ruolo che gioca sul nostro metabolismo e sul rischio di insorgenza di patologie croniche collegate all’età.

La definizione di Ciclo Circadiano

Circadiano viene dal latino e significa “quotidiano”. Il nostro organismo regola una serie di attività, prevalentemente ormonali, sulla base di una ritmica quotidiana scandita come un orologio. Lo fa in una logica di “efficienza”, ovvero per anticipare e preparare l’organismo ad una serie di reazioni chimiche utili al suo funzionamento ottimale.

Tutti i mammiferi sottostanno a dei ritmi circadiani, che forniscono un meccanismo adattivo per coordinare i processi cellulari, le funzioni fisiologiche e i comportamenti che vengono governati nelle 24 ore della giornata, dall’alternanza di luce e buio. Il tutto viene scandito dal sistema ormonale.

Il sistema ormonale (endocrino) è uno dei sistemi di trasmissione “dati” del nostro organismo, ovvero ha il ruolo di comunicare a specifici apparati ed organi quando svolgere una specifica attività metabolica, stimolandone l’innesco biochimico e favorire la ricezione dell’attività da parte dell’apparato ricevente.

Il sistema ormonale ha una funzione “omeostatica” ovvero di mantenere il nostro organismo in equilibrio funzionale rispetto a stimoli esterni (ie. caldo, freddo, paura, virus etc..) ed interni (ie. bilancio energetico, riproduzione, infiammazione, etc..)

Il principale centro di controllo di questo sistema è nell’Ipotalamo, una piccola area del sistema nervoso centrale a ridosso della ghiandola Ipofisi nella scatola cranica, ma il nostro organismo utilizza anche un sistema di “intelligenza diffusa” che vede innescare reazioni ormonali da altri organi e ghiandole in modo indipendente dal controllo centrale.

Il ciclo circadiano governa una parte di questo sistema ormonale mediando tra abitudini, stimoli ambientali, orologio biologico centrale e una serie di orologi biologici periferici.

Il sistema circadiano ha l’obiettivo di rendere il nostro organismo più efficiente, governando le reazioni biochimiche secondo un ritmo giorno-notte, utile ad anticipare i fabbisogni funzionali del nostro organismo

Vedremo che questo sistema complesso, regolato come un orologio, può alterarsi nel corso della vita innescando delle degenerazioni metaboliche con importanti effetti secondari, che possono però essere contrastate efficacemente rimettendo in “sincrono” il sistema.

Le componenti del sistema circadiano

Il sistema circadiano è fatto di stimoli esogeni (chiamati nella letteratura scientifica Zeitgeber) e di un sistema endogeno chiamato “orologi circadiani”. Questi orologi biologici lavorano a livello cellulare e permettono ad una cellula, come ad un organo, di percepire il tempo nell’arco di una giornata, modulandone alcune attività.

Studi dimostrano che tra il 7 ed il 13% dell’attività genetica della cellula è governata da questo sistema temporale, attraverso una categoria di “geni-orologio” che modulano l’espressione di altri geni fondamentali.

Gli orologi circadiani si raccolgono in 2 famiglie: un orologio centrale, una sorta di direttore d’orchestra che tiene il tempo, ed una serie di orologi periferici presenti in tutti gli organi rendendoli parzialmente autonomi dalla struttura centrale. Vedremo che la mancanza di “sincronia” tra questi orologi può avere importanti conseguenze sulla nostra salute.

L’orologio centrale è localizzato nell’Ipotalamo e scientificamente viene chiamato Nucleo Soprachiasmatico (NSC). Per capire come funziona bisogna immaginare una centrale di comando che invia un ordine di produzione ormonale specifica per farne aumentare o diminuire la concentrazione nel nostro organismo ed accelerare o frenare tutte quelle reazioni metaboliche associate allo specifico ormone

Gli orologi periferici attivi nei diversi tessuti ed organi del nostro corpo seguono un loro ritmo ma debbono essere in sincronia con l’orologio centrale, altrimenti si generano dei grossi problemi.

E’ stato infatti dimostrato che situazioni che stimolano la perdita di sincronia tra orologio centrale e quelli periferici hanno significativi impatti sul sistema immunitario

Gli stimoli del nostro orologio circadiano (Zeitberg)

Il nostro orologio biologico ha come primo stimolo la luce: l’alternanza notte/giorno scatena una sequenza molto importante di eventi.

Il secondo stimolo è il momento dell’alimentazione: la disponibilità di determinati nutrienti, come la loro privazione, stimola determinati processi “temporizzati”.

Il terzo stimolo è l’attività fisico/cognitiva: il dispendio energetico di entrambe queste attività ingaggia l’orologio biologico perché i processi metabolici ad essi collegati hanno anch’essi un ritmo naturale.

In tal senso anomalie del comportamento e delle abitudini personali hanno significativi impatti sull’orologio centrale, che li rifletterà riorganizzando i propri cicli ma rischiando la “desincronizzazione” con gli orologi periferici.

I viaggi frequenti tra diversi fusi orari, il cambio di turni lavorativi, notti brave, eccessi alimentari in determinate fasce orarie forniscono stimoli “non previsti” al nostro orologio biologico centrale, che cerca di riorganizzarsi per garantire la sequenza di stimoli organici corretti per sostenere queste attività; purtroppo, gli orologi biologici periferici rischiano di disallinearsi perché non hanno questa agilità, facendo lavorare i diversi sistemi in modo asincrono.

L’orologio circadiano e l’invecchiamento

Se la Luce è il primo stimolo, una corretta esposizione dovrebbe garantirci che non si inneschino alterazioni se non per i comportamenti di cui sopra, purtroppo non è cosi. La luce viene “letta” dal nostro organismo tramite i recettori oculari della retina; questa capacità si riduce dell’1% per ogni anno dopo i 18. Una persona di 65 anni ha il 45% in meno di recepire la luce rispetto ad una di 20 anni.

L’operazione della cataratta ha dimostrato di impattare sulla qualita del ciclo sonno-veglia, a testimonianza della stretta correlazione tra recettori e ciclo circadiano.

Questa alterazione ha una serie di conseguenze poiché il ciclo ormonale si riduce in dimensione (gli ormoni sono meno concentrati) ed i cicli si accorciano, riflettendosi sui disturbi del sonno e sulla durata/qualità dello stesso: una persona di 68 anni si sveglia in media 2 ore prima di una di 23, con un sonno più leggero ed un numero inferiori di fasi REM (fase profonda del sonno).

Questo incide sul fatto che le persone con l’età diventano “mattutine”, mostrando anche un efficienza cognitiva simile ad un cervello giovane all’inizio della giornata, che però perde velocemente di brillantezza nel corso della stessa.

La temperatura corporea (vedi illustrazione sopra) che fluttua significativamente nei giovani, abbassandosi nella prima sera e raggiungendo il picco nel primo mattino, diventa più costante nel corso della giornata.

Alcuni ormoni (Melatonina e Cortisolo) si riducono in concentrazione e magnitudine a partire dai 30anni, così come determinati equilibri metabolici (ciclo insulinico, metabolismo dei lipidi e stato redox) e infiammatori vengono deregolati a causa della minor azione dei “geni-orologio” nel governare la componente sensibile dell’attività genica e dalla desincronizzazione dell’orologio centrale con quelli periferici.

In qualche modo il pacchetto ormonale (vedi tabella) crono-sensibile si altera e con lui, gli equilibri metabolici ed immunitari associati.

Altro processo interessato è quello del NAD, la via enzimatica essenziale per l’attività cellulare e al cuore del processo di invecchiamento fisiologico, come dimostrato dagli studi della Harvard Medical School. La SIRT1, uno dei geni della longevità che governa l’espressione del NAD, appare direttamente correlato con l’espressione dei geni-orologio, in un rapporto causa-effetto ancora da chiarire.

Strategie per la regolazione del ciclo circadiano

Questa dimensione del nostro funzionamento fisiologico è ancora oggetto di studio e comprensione delle cause-effetto. Alcune evidenze sono già emerse.

Contrastare l’invecchiamento dell’occhio, soprattutto nella parte retinica, riduce il rischio di alterazioni dei fotorecettori. Il contrasto del naturale inspessimento ed invecchiamento del tessuto lo si può ottenere con una corretta supplementazione, la protezione degli occhi da luce blu ed eccessiva esposizione al sole. Al contempo occorre evitare quei dismetabolismi (ie. diabete, ipertensione arteriosa) che innescano la degenerazione.

Il ciclo circadiano è strettamente correlato ai contenuti nutrizionali e alla ritmica nutrizionale, per lo stretto legame cha ha con le vie metaboliche (Comprendere il metabolismo per alimentarsi in modo sano) infatti ogni via metabolica è accoppiata con un “gene-orologio” che sincronizza l’attività dei sensori nutrizionali e l’attività di produzione delle molecole fondamentali. Diete sbilanciate da un punto di vista nutrizionale ed accesso continuo e non ritmico al cibo, con prevalenza nella fase serale, producono delle disfunzioni del ciclo circadiano correlato all’insorgenza di patologie croniche. Così come la restrizione calorica ha mostrato degli effetti positivi sui “geni-orologio”, grazie all’azione sulle SIRT1 di cui abbiamo parlato nel paragrafo precedente che governa la via metabolica AMPK, infatti questo gene della longevità si attiva in presenza di riduzione dell’apporto nutrizionale.

La forma della restrizione calorica che appare più efficace è quella che mima il digiuno, che può prendere la forma di digiuno intermittente, di time-restricted feeding (TRF) o come quella più blanda di evitare di alimentarsi al di fuori dei pasti principali.

Una regola che appare utile applicare è quella di avvicinare temporalmente il più possibile il picco nutrizionale con il picco di consumo energetico. Alimentarsi in modo importante nel periodo di riposo (ie. serale-notturno) aumenta la produzione e l’accumulo di adipe.

Più difficile valutare l’efficacia di terapie ormonali per ristabilire il ciclo circadiano, poiché mancano dati estesi e consistenti sull’efficacia e sulla modulazione del dosaggio, tenendo a mente che la criticità delle terapie sostitutive è sempre il perfetto bilanciamento per non alterare equilibri ed innescare degenerazioni.

La ricerca in campo nutraceutico sta sviluppando integratori alimentari in grado di targettizzare quei processi metabolici e di stimolare le sirtuine, per aiutare la regolazione del ciclo sonno-veglia ed il riequilibrio ormonale.

Bibliografia

  • Circadian clock control of endocrine factors. By Karen L. Gamble, Ryan Berry, Stuart J. Frank and Martin E.
  • The aging clock: circadian rhythms and later life. By Suzanne Hood and Shimon Amir