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Scoperte le cellule del cervello che ci fanno restare svegli di notte: implicazioni per il lavoro notturno

L’ipotalamo è una regione cerebrale evolutivamente conservata con i suoi numerosi circuiti neurali distinti riconosciuti per l’orchestrazione dei segnali endocrini periferici in tutti i vertebrati. La profonda eterogeneità cellulare delle reti neuronali ipotalamiche è vista come causa della loro capacità di orchestrare non solo i bisogni fisiologici di base, inclusi sonno e veglia, riproduzione, assunzione di cibo o liquidi, ma anche comportamenti complessi, ad esempio stress, aggressività, sessualità e genitorialità. A tal fine, i sottotipi neuronali ipotalamici acquisiscono competenza operativa attraverso combinazioni di ormoni, neuropeptidi e neurotrasmettitori veloci (dopamina inclusa) le cui permutazioni possono generare specificità funzionale. La dopamina nell’ipotalamo è meglio conosciuta per inibire il rilascio di prolattina dall’ipofisi in modo diurno. Tuttavia, la presenza di gruppi neuronali della dopamina all’interno di un mosaico di nuclei all’interno dell’ipotalamo, così come nelle aree cerebrali adiacenti, suggerisce che i sottotipi di neuronali potrebbero essere fondamentali per generare segnali ipotalamici non endocrini.

Il ritmo circadiano è la capacità degli animali di sincronizzare i loro processi fisiologici in un periodo di circa 24 ore. Ciò include il ritmo sonno-veglia come elemento regolatore centrale. Il centro per il controllo di questa funzione cerebrale si trova nell’ipotalamo. Le persone con cicli sonno-veglia irregolari, dovuti sia all’attività notturna che al jet lag, usano spesso psicostimolanti per compensare i cambiamenti circadiani e correggere i ritmi del sonno. Un gruppo di ricerca del Center for Brain Research dell’Università di Medicina di Vienna ha identificato uno specifico gruppo cellulare nel cervello responsabile dei cambiamenti del ritmo sonno-veglia causati dagli psicostimolanti. Una popolazione cellulare dell’ipotalamo definita dal punto di vista molecolare costituisce un punto di controllo nella regolazione del ritmo circadiano nel cervello e blocca l’effetto degli psicostimolanti attraverso la sua attività. Attraverso questo meccanismo neurale, gli psicostimolanti possono causare un aumento della vigilanza e dell’attività, anche durante i periodi circadiani di riposo e sonno.

Il team di ricerca è stato ora in grado di identificare un gruppo cellulare definito molecolarmente gruppo A14 nell’ipotalamo che è responsabile dei cambiamenti circadiani nei modelli di attività innescati dagli psicostimolanti. Queste cellule sono positive per la sintesi e il trasporto della dopamina (TH+/Dat1+). È noto che alcune persone con disturbi cronici dei loro ritmi quotidiani, come i piloti, usano l’anfetamina psicostimolante per poter rimanere svegli ed essere attivi anche durante i periodi di riposo biologicamente predeterminati. Il nuovo studio ha ora testato e caratterizzato questo effetto in un modello murino. A tal fine, metodi chemogenetici, optogenetici e comportamentali sono stati utilizzati per identificare il gruppo di cellule nell’ipotalamo che rispondono direttamente agli stimolanti. Il team di ricerca ha rivelato il circuito funzionale in cui sono incorporate queste cellule: il setto laterale. Quest’area del cervello regola i processi autonomici ed è coinvolta nel controllo della locomozione, come un’altra importante area cerebrale coinvolta nei processi regolatori indotti dalle anfetamine.

Inoltre, è stato rivelato anche il sottotipo del recettore della dopamina del drive ipotalamico della dopamina nel setto laterale. Dopo essere stati in grado di identificare tre sottocoorti di neuroni all’interno del gruppo A14, è stato scoperto che i modelli oscillatori giornalieri erano bloccati dai farmaci recettoriali D1 della dopamina (SCH 23890), mentre i neuroni sensibili alla notte erano inibiti dalla sulpiride, un antagonista del recettore D2. Nel complesso, ciò che è stato trovato dagli scienziati concorda con il fatto che i neuroni A14 della dopamina subiscono cambiamenti ritmici dello stato cellulare. Questi non si manifestano solo come oscillazioni per fattori di trascrizione e neurotrasmettitori, ma anche come robustezza della loro eccitabilità e produzione sinaptica. Questa scoperta ha implicazioni a vari livelli, specie quello lavorativo. Per il lavoro notturno, rivela che è la dopamina a guidare le variazioni dovute all’attività lavorativa. C’è chi usa l’anfetamina per avere le giuste prestazioni lavorative, c’è chi usa il caffè. Entrambi incentivano il network della dopamina, sebbene con modalità differenti.

L’anfetamina interferisce con il trasportatore DAT1 della dopamina, mentre la caffeina antagonizza il recettore dell’adenosina che contrasta quello della dopamina. C’è chi assume dosi regolari di entrambi gli stimolanti, ma non è infrequente che nel tempo compaia una resistenza che determini un calo delle prestazioni o la richiesta di dosi maggiori di stimolante. Senza contare che chi fa lavoro notturno va spesso incontro a sbalzi di umore legati che possono inficiare l’attività lavorativa. Una ricerca eseguita circa 20 anni fa ha testato l’effetto combinato di anfetamina e zolpidem (un attivatore dei recettori del GABA che serve solitamente come sonnifero), in una coorte di lavoratori notturni, per cercare di contrastare le alterazioni consecutive dell’umore. Lo zolpidem non è riuscito a correggerle, e la ricerca appena descritta ha scoperto il perché. Il network della dopamina dialoga con il GABA in molte aree cerebrali, ma i ricercatori hanno visto che le oscillazioni dei neuroni A14 del setto laterale non sono influenzate dal GABA, un neurotrasmettitore solitamente associato alla calma ed al sonno.

E questo si capisce perché: se si instaura una situazione di allerta dove attenzione e vigilanza devono predominare, non ci può essere un controllo maggiore a monte che spegne tutto alla prima necessità di riportare tutto in bilancio. L’evoluzione ha fatto in modo di separare le attività diurne da quelle notturne nel nostro corpo. O almeno si aspettava che ciò potesse permanere indefinitamente. Il lavoro notturno, invece, è frutto delle evoluzioni sociali umane e non di quelle biologiche. Ecco perché il lavoro notturno non può essere continuativo ed è stato regolamentato con turnistiche e parallele attività di riposo o recupero. Tutto per la protezione del benessere e della salute mentali.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

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Pubblicazioni scientifiche

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Dott. Gianfrancesco Cormaci

Medico Chirurgo, Specialista; PhD. a CoFood s.r.l.
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry residency in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Guardia medica presso strutture private dal 2010 - Detentore di due brevetti sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento enzimaticamente neutralizzata (owner of patents concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (Leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di articoli su informazione medica e salute sul sito www.medicomunicare.it (Medical/health information on website) - Autore di corsi ECM FAD pubblicizzati sul sito www.salutesicilia.it
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