La chimica è...

Chimica inside

Chimica day by day – La chimica del sonno

13 dicembre 2021

La giornata è stata lunga e intensa e finalmente è arrivato il momento di andare a dormire! La chimica c’entra anche col sonno?
Certo! Il sonno ha sempre rappresentato un interessante enigma scientifico, sia per quanto riguarda la comprensione della sua utilità, sia per quanto concerne l’individuazione dei meccanismi che lo determinano.


20 min






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Chimica day by day – La chimica del sonno

13 dicembre 2021


La giornata è stata lunga e intensa e finalmente è arrivato il momento di andare a dormire! La chimica c’entra anche col sonno?
Certo! Il sonno ha sempre rappresentato un interessante enigma scientifico, sia per quanto riguarda la comprensione della sua utilità, sia per quanto concerne l’individuazione dei meccanismi che lo determinano.


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L'origine del sonno

Che all’origine del sonno vi fosse qualche sostanza chimica circolante nel sangue è stata una delle prime idee nate nella mente dei ricercatori che studiavano l’alternanza sonno-veglia. Questa ipotesi venne rapidamente smentita semplicemente osservando i gemelli siamesi che, essendo uniti fisicamente, hanno necessariamente lo stesso sistema circolatorio, eppure si addormentano in modo indipendente l’uno dall’altro. Di conseguenza, responsabile del sonno non poteva essere qualche sostanza presente nel sangue. Nel 1910 due francesi, René Legendre e Henri Piéron, resero pubblici i risultati di che indicavano l’esistenza di una qualche sostanza nei liquidi cerebrali capace di indurre il sonno. Legendre e Piéron la chiamarono ipnotossina. Negli stessi anni il giapponese Kuniomi Ishimori aveva realizzato studi simili giungendo alle stesse conclusioni. Il ricercatore giapponese chiamò ipnogenica l’ipotetica sostanza generatrice di sonno. I tentativi di isolare questa sostanza tuttavia fallirono. Nel 1964 Monnier e Hösli individuarono una sostanza, chiamata delta sleep inducing peptide (peptide inducente sonno delta) che, prelevata dal sangue. Che il responsabile del sonno fosse il peptide verrà però messo in dubbio da altri ricercatori. Nel 1967, lo scienziato americano John Pappenheimer (1915-2007) ripeté esperimenti simili a quelli di Legendre, Piéron e Ishimori isolando il cosiddetto Fattore S, che nel 1982 venne identificato chimicamente come muramil peptide, una molecola prodotta dal sistema immunitario.

Le altre sostanze

Nello stesso liquido, tuttavia, sono presenti anche molte altre sostanze tra cui il “peptide inducente sonno delta”, lipopolisaccaridi, prostaglandine, interleuchina-1, interferon-a2 (fattore che induce necrosi nelle cellule tumorali), peptide intestinale vasoattivo e serotonina. È stato accertato che molti di questi fattori sono capaci di influenzare anche la temperatura corporea e la risposta immunitaria dell’organismo. In particolare il muramil peptide è presente anche nelle pareti dei corpi batterici, responsabili dell’innesco della reazione immunitaria che porta alla produzione delle cosiddette citochine e quindi degli anticorpi e del macrofagi. Non sarebbe quindi casuale il fatto che, quando l’organismo viene colpito da una malattia infettiva, insieme alla febbre, si verifica anche una maggiore propensione al sonno. Da queste evidenze qualcuno ha ipotizzato che il sonno possa avere una funzione importante nell’ottimizzare i processi di risposta nei confronti delle infezioni.
Tuttavia non è ancora chiaro se il sonno sia dovuto direttamente all’azione del muramil peptide o alle citochine da esso stimolate.





Le prostaglandine

Secondo altre teorie, alla base dei meccanismi del sonno vi sarebbero le prostaglandine. Dal punto di vista chimico esse sono molecole che appartengono alla categoria degli eicosanoidi. Questi ultimi sono acidi  carbossilici poliinsaturi, derivati dall’acido arachidonico. Gli eicosanoidi sono coinvolti in diversi processi importanti per la salute dell’uomo come le infiammazioni, con febbre e dolore associati a traumi o malattie, la coagulazione del sangue, la regolazione della pressione sanguigna e del flusso ematico nei vari organi (vaso-costrizione o dilatazione), il riassorbimento del sodio e dell’acqua a livello renale, la secrezione del succo gastrico, alcune funzioni dell’apparato riproduttivo, le contrazioni della muscolatura liscia dell’utero durante il travaglio.  Infine avrebbero un ruolo importante anche nella regolazione del ciclo sonno-veglia.





La melatonina

Una funzione rilevante sembra averla anche la melatonina, il cui nome chimico ufficiale è N-[2-(s-metossi-1H-indol-3-il)etil]etanammide, prodotta principalmente dalla ghiandola pineale (epifisi), che si trova in profondità nel cervello tra i due emisferi. Verso la metà degli anni settanta Harry J. Lynch e collaboratori, dimostrarono che la produzione di melatonina segue un ritmo circadiano, che si compie cioè nell’arco di 24 ore. La melatonina comincia a essere prodotta poco dopo la comparsa dell’oscurità e la sua concentrazione nel sangue aumenta progressivamente nelle ore notturne. Il massimo della concentrazione si ha tra le 2 e le 4 di notte. Dopodiché la concentrazione comincia a ridursi progressivamente avvicinandosi al mattino.
L’esposizione alla luce inibisce la produzione della melatonina. Il tutto sembra essere regolato da una particolare area dell’ipotalamo, il nucleo soprachiasmatico: esso riceve segnali direttamente dalla retina, a sua volta influenzata dalla luce nell’ambiente. La melatonina viene sintetizzata nella ghiandola pineale partendo da un’altra sostanza prodotta dalla stessa ghiandola, ma non solo: la serotonina. Oltre a fungere da precursore per la sintesi della melatonina, la serotonina svolge altre importanti funzioni e ha un ruolo attivo anche nel regolare i cicli sonno-veglia.
Essa viene prodotta nelle ore di luce e ci mantiene attenti e vigili, stimola le attività di apprendimento e la memoria, aumenta lo stato di coscienza e di concentrazione, agisce sull’umore e stimola varie attività fisiologiche. Nelle ore notturne, buona parte della serotonina viene convertita in melatonina.





L'orexina

Esiste anche un’altra sostanza che sembra avere importanza nell’induzione del sonno, l’orexina. In inglese essa viene chiamata anche Hypocretin che, tradotto in italiano, può sembrare un po’ buffamente ipocretina. Nelle ore di veglia la sua concentrazione è elevata. Oltre a tenerci svegli, un’alta concentrazione di ipocretina ci mantiene di buon umore, attenti e vigili. Un interessante studio sul ruolo dell’ipocretina è stato pubblicato nel 2013 su “Nature Communications”. Jerome Siegel, professore di psichiatria alla University of California di Los Angeles e collaboratori, hanno scoperto che le persone che hanno sofferto di sonnolenza diurna (narcolessia) e di debolezza muscolare improvvisa mostrano bassi livelli di ipocretina. Un deficit di ipocretina potrebbe anche essere una delle cause di depressione e ipersonnia (tendenza eccessiva al sonno). Non sarebbe quindi casuale la tendenza da parte di soggetti depressi a hanno scoperto che le persone che hanno sofferto di profonda dormire molto.
Oggi abbiamo capito quanto sono complessi i meccanismi cerebrali che regolano i nostri cicli di veglia e di sonno! Molte cose si devono ancora comprendere e molti studi sono sicuramente necessari per conoscere quella complessissima macchina che è il nostro cervello.