Ritmi Circadiani | Influenze su Ormoni, Dieta, Fitness, Salute

Cos'è la Cronobiologia

La cronobiologia è la branca delle discipline biomediche che si occupa dello studio dei ritmi biologici.

La maggior parte dei ritmi biologici ha un andamento sinusoidale, caratterizzato da un picco massimo (acrofase) e uno minimo (nadir), che si susseguono con regolarità a determinati intervalli di tempo.

A seconda della lunghezza del loro ciclo, i ritmi biologici possono essere classificati in:

• ritmi circadiani (periodo di circa 24 ore),
• ritmi ultradiani (periodo inferiore alle 24 ore),
• ritmi infradiani (periodo superiore alle 24 ore), tra cui i più importanti sono quelli:
  • circasettani (periodo di circa 7 giorni),
  • circamensili (periodo di circa 30 giorni, es. ciclo mestruale femminile)
  • circannuali (periodo di circa 12 mesi).

Ritmi Circadiani

I ritmi circadiani sono cicli biologici che si ripetono con una periodicità di circa 24 ore.

I ritmi circadiani sono regolati da fattori interni (il cosiddetto orologio biologico) ed esterni (per es. luce e temperatura).

Abbiamo quindi un'attività spontanea (detta free-running) che viene influenzata da diversi elementi ambientali (zeitgeber), come la luce solare.

Gli esempi più evidenti di questo "orologio circadiano" sono il ritmo ciclo sonno-veglia e la produzione di alcuni ormoni (come il cortisolo e la melatonina).

Più in generale, i ritmi circadiani coinvolgono:

• Ritmo sonno - veglia,
• Temperatura corporea,
• Pressione arteriosa,
• Attività surrenalica,
• Produzione di ormoni ed enzimi,
• Divisione cellulare,
• Risposta immunitaria e infiammatoria,
• Attività ipofisaria ed epifisaria (sintesi ormonale).

Ad esempio, seguendo un ritmo circadiano ideale:

• all'alba l'organismo si prepara per il risveglio: si assiste a un aumento della temperatura corporea, a una riduzione della melatonina circolante, a un picco del cortisolo e dell'adrenalina e a una predominanza del sistema nervoso simpatico (SNS).
  Questi cambiamenti neuro-ormonali predispongono l'organismo all'assunzione di un buon pasto energetico e allo svolgimento delle varie attività della giornata con una predominanza del metabolismo glicolitico:
  • il cortisolo agisce sulla quantità di zucchero nel sangue, la fonte primaria di energia, aumentandola;
  • l'adrenalina è coinvolta nella reazione “combatti o fuggi”, provocando un'ipereccitazione e una sferzata di energia.
• Fino a mezzogiorno si intensifica l'attività del sistema nervoso simpatico, che agisce con effetti stimolatori sul ritmo cardiaco, sulla dilatazione delle pupille, dei bronchi e delle coronarie, sulla produzione di acido cloridrico nello stomaco e altre funzioni fisiologiche;
• Nel pomeriggio, verso le 16, la pressione del sangue raggiunge il valore massimo, il cortisolo inizia a ridursi e l'organismo si prepara a passare da una fase catabolica (consumo di energia) a una fase anabolica (ricostruzione delle riserve); alle 18 la temperatura corporea incomincia a diminuire, seguita alle 20 dal battito del cuore e dalla pressione del sangue;
• Al calar della notte aumentano l'ormone della crescita e la prolattina, e avviene l'impennata della secrezione della melatonina. L'aumentata secrezione di leptina sopprime l'appetito.
  Una buona qualità e quantità di sonno assicura la produzione di GH (ormone della crescita) e garantisce il corretto funzionamento dei meccanismi di riparazione e pulizia cellulare, inclusa quella neuronale (fattore neurotrofico cerebrale BDNF), necessari a mantenere in efficienza la macchina biologica umana.

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Regolazione

L'uomo, così come gli altri esseri viventi, ha un orologio interno che si è sviluppato nel corso dell'evoluzione.

Il principale regolatore dei ritmi circadiani è il nucleo soprachiasmatico (master clock), costituito 16.000 coppie di nuclei localizzati nell'ipotalamo. Questa struttura riceve afferenze dalle strutture nervose deputate a registrare i segnali provenienti dall'esterno, principalmente retina e via ottica; per questo motivo, risulta particolarmente sensibile allo stimolo luminoso.

Dal nucleo soprachiasmatico partono messaggi rivolti al resto del corpo umano, dove si trova una vera e propria "rete di orologi". Ogni organo possiede infatti un proprio orologio (clock periferico) sincronizzato dal segnale centrale, che funge da metronomo o direttore d'orchestra.

A livello molecolare, anche le singole cellule sono dotate di un orologio interno (clock molecolare) che regola la trascrizione di migliaia di geni.

Il nucleo soprachiasmatico mostra una stretta correlazione con le ghiandole ipofisaria ed epifisaria, deputate alla secrezione di importanti ormoni.

• La principale sostanza prodotta dall'epifisi è la melatonina, che ha un ruolo fondamentale nella sincronizzazione del ciclo sonno-veglia con l'ambiente circostante, fungendo da "sonnifero naturale";
• L'ipofisi secerne l'ormone della crescita (GH), la prolattina e numerosi ormoni (tropine) che regolano la secrezione di altre ghiandole a secrezione interna (tiroide, gonadi, surreni).

Ritmi Circadiani e Ormoni

Molti ormoni seguono un ritmo circadiano di 24 ore. Tuttavia, non tutti questi ritmi sono autosufficienti. 

Ad esempio, nell'uomo, i livelli circolanti di ormone della crescita mostrano un picco notturno giornaliero, ma questo non è un vero ritmo circadiano perché il picco deriva direttamente dal sonno.

Al contrario, gli steroidi surrenali come il cortisolo, il deidropiandrosterone (DHEA) e il DHEA solfato (DHEAS) non solo hanno solidi schemi di rilascio di 24 ore, ma sono anche autosufficienti, ovvero continuano a essere espressi chiaramente anche quando gli animali vengono mantenuti in condizioni di scarsa illuminazione continua. 

I ricercatori hanno osservato che le variazioni nella secrezione e concentrazione degli ormoni si notano anche per periodi più lunghi, che portano a picchi circannuali.

Ad esempio, con l'avvicinarsi dell'inverno, la durata del periodo notturno si allunga, causando la secrezione di più melatonina.

Di seguito sono riportati i periodi annuali di massima secrezione di alcuni ormoni; sono comunque possibili variazioni su base individuale ^{1, 2}:

• GH: maggio
• Cortisolo: tra febbraio e marzo
• Testosterone: settembre/ottobre
• LH (ormone luteinizzante): gennaio/febbraio
• Colesterolo: fine dicembre
• Insulina: ottobre/novembre

Implicazioni sull'Allenamento

Per Dimagrire

Se l'obiettivo è quello di dimagrire, si consiglia generalmente di andare a dormire presto (non più tardi delle 22:30), in modo da potersi alzare altrettanto presto (intorno alle 6:45).

Dopo un paio di bicchieri di acqua, è consigliabile allenarsi a digiuno; questo consente di sfruttare il picco mattutino degli ormoni cortisolo e GH, che hanno un'attività lipolitica (cioè promuovono il consumo di grassi, favorito anche dalle lunghe ore di digiuno notturno).

Uno studio pubblicato sul Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism ha ad esempio dimostrato che coloro che si sono allenati prima di colazione (ciclismo di intensità moderata) hanno bruciato il doppio della quantità di grassi rispetto a quelli che si sono esercitati dopo il pasto del mattino ¹.

Per la Massa Muscolare

Il periodo del giorno più adatto per le prestazioni di potenza e il sollevamento pesi è il tardo pomeriggio, dalle ore 17:00 alle 20:00 circa.

In questo periodo della giornata, la maggior temperatura corporea e i bassi livelli di cortisolo sembrano favorire la forza massima esplosiva.

Implicazioni sulla Dieta

I ritmi circadiani possono essere sfruttati anche sul fronte dietetico.

Ad esempio, il classico consiglio per dimagrire è quello di concentrare i carboidrati al mattino, evitandoli nel pasto serale.

In effetti, uno studio ha osservato che il corpo è più bravo a bruciare carboidrati al mattino e grassi la sera ². Inoltre, diversi studi indicano che l'aumento di peso tende a verificarsi con l'assunzione di maggiori calorie nelle ore serali, quindi pasti abbondanti e ricchi di carboidrati la sera possono ostacolare la perdita di grasso ^{3, 4, 5}.

I risultati sono comunque misti e l'assunzione totale di calorie rimane più importante delle tempistiche di assunzione dei vari alimenti ⁶.

Implicazioni sul Sonno

L'esposizione quotidiana alla luce solare o a quella artificiale intensa può migliorare la qualità e la durata del sonno, riducendo il tempo impiegato per addormentarsi fino all'83% ⁷.

Ad esempio, uno studio condotto su anziani ha scoperto che 2 ore di esposizione alla luce intensa durante il giorno aumentavano la quantità di sonno di 2 ore e l'efficienza del sonno dell'80% ⁸.

Se l'esposizione alla luce durante il giorno è vantaggiosa, l'esposizione alla luce notturna ha l'effetto opposto, perturbando i ritmi circadiani ^{9, 10}. Riduce infatti gli ormoni come la melatonina, che aiutano a rilassarsi e a dormire profondamente ^{11, 12}.

Gli studi hanno dimostrato che la luce blu - che i dispositivi elettronici come smartphone e computer emettono in grandi quantità - è la peggiore in questo senso.

Sebbene l'esercizio quotidiano sia la chiave per dormire bene la notte, eseguirlo troppo tardi durante la giornata può causare problemi di sonno. Ciò è dovuto all'effetto stimolante dell'esercizio fisico, che aumenta la vigilanza e gli ormoni come l'adrenalina.

Quanto a lungo Dormire?

La maggior parte degli esperti consiglia di dormire almeno 7 ore a notte, anche se sarebbe più opportuno individuare una durata del sonno ideale sulla base dell'età dell'individuo, come riportato in tabella ¹³.

Implicazioni sulla Salute

Diverse malattie mostrano regolari variazioni giornaliere del rischio o della gravità dei sintomi, risultando in tal senso influenzate dai ritmi circadiani.

• Malattie cardiovascolari. Il rischio di subire un infarto o un ictus è più alto al mattino. Si nota anche un secondo, ma più basso, picco serale per l'ictus ¹⁴.
  Il rischio cardiovascolare coincide infatti con i cambiamenti circadiani dei fattori che influenzano la funzione cardiovascolare, come i livelli di cortisolo e adrenalina, la frequenza cardiaca e la pressione arteriosa.
  Al risveglio, con la ripresa delle attività fisiche e mentali, si assiste a un incremento sia della frequenza cardiaca che della pressione arteriosa, frutto dell'aumento dei valori plasmatici di catecolamine, del tono vasale e del picco di cortisolo, ormone che rende più sensibili allo stimolo vasocostrittorio delle catecolamine.
• Raffreddori o infezioni. Uno studio ha scoperto che la febbre ha raggiunto il picco la sera per l'infezione batterica e al mattino per l'infezione virale ¹⁵.
  In un altro studio, le secrezioni nasali durante il raffreddore erano più alte al mattino presto, diminuivano durante il giorno e aumentavano un po' la sera ¹⁶.
• Asma. Per la maggior parte delle persone, i sintomi dell'asma sono peggiori durante la notte rispetto al giorno. Ciò coincide con un peggioramento della funzione polmonare.
• Allergie stagionali. I sintomi allergici stagionali - starnuti, naso chiuso e occhi rossi e pruriginosi - sono più comuni al mattino rispetto al resto della giornata.