Ritmi ultradiani e attenzione sostenuta in compiti in modalità visiva

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CAPITOLO 1 
INTRODUZIONE ALLO STUDIO DEI RITMI 
BIOLOGICI 
 
 
1.1 PERCHE’ E’ IMPORTANTE STUDIARE I RITMI? 
 
 
Nell‟uomo sono presenti delle ritmicità che influiscono sia 
sulla fisiologia che sul comportamento; in letteratura si 
riferisce come nella condizione di veglia e anche durante il 
sonno i processi mentali e comportamentali siano sempre legati 
al tempo. Le persone sono consapevoli di un “presente”, 
rispetto al quale riconoscono un passato ed un futuro e rispetto 
ai quali il comportamento ed i processi mentali si compiono 
(Mejer-Koll A., 1992) . 
In molte patologie psichiatriche, seppure in modo alterato, è 
sempre presente un vissuto temporale del soggetto, come 
avviene ad esempio nella depressione endogena.
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Un‟immobilità temporale è quindi impossibile: tutto ciò che fa 
parte della realtà che vivono gli esseri viventi viene percepito 
ed inserito in un contesto temporale, anche se descrivere cos‟è  
il tempo è spesso difficile in termini sperimentali 
(Natale,1998). 
Ispirandosi al principio gestaltico di organizzazione figura-
sfondo, il noto sociologo Zerubavel (1985) si riferisce al tempo 
come parametro fondamentale di ogni sfondo, rispetto al quale 
percepiamo le figure: se una figura non è accompagnata da uno 
“sfondo Temporale” si ha la necessità di ristabilirlo tramite 
ristrutturazione mentale. Di fronte ad una incongruenza 
cognitiva tra figura e sfondo temporale si sente un bisogno 
impellente di verificare se l‟identificazione dello sfondo stesso 
sia corretta. 
D‟altra parte gli esseri viventi sono anche dotati di 
„pacemaker‟ naturali, i quali consentono loro di organizzare il 
proprio comportamento in perfetta armonia sia con l‟ambiente 
circostante che con le strutture dell‟organismo stesso.
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La disciplina che studia i ritmi biologici è la cronobiologia, 
infatti tutti i processi vitali hanno un ritmo che ne costituisce le 
fondamenta, è ritmico il pulsare del cuore e di tutti gli altri 
organi del corpo sono, inoltre, scandite da ritmicità la 
respirazione e l‟attività riproduttiva della donna (Rensing et al., 
2001). La ritmicità regola anche la maggior parte dei fenomeni 
ambientali fisici, come l‟alternanza del giorno e della notte, 
delle stagioni, delle maree, dei solstizi ed equinozi, del freddo 
e del caldo, delle posizioni dei pianeti o del sole. 
Tra i ritmi che interessano l‟uomo ed il suo corpo, quelli 
circadiani, si ripetono ogni 24 ore e sono influenzati e attivati 
dalla luce sull‟ipotalamo, attraverso gli occhi e la pelle nuda, 
che reagisce facendo secernere alla ghiandola pineale più o 
meno melatonina: la notte tale sostanza diminuisce, mentre 
durante il giorno la sua secrezione aumenta ( Asso D., 1987). 
I ritmi circadiani sono regolatori delle ghiandole endocrine e 
degli organi del corpo, inoltre, essi regolano l‟aumento del 
tasso di glucosio nel sangue, il volume di urina, il variare della
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pressione arteriosa, quello della temperatura corporea, ecc. 
(Hoppenbrouwers,1992). 
Vi sono poi cicli i quali si ripetono con una maggior frequenza, 
alla base dei quali potrebbero esistere  meccanismi filogenetici 
stabili e marcati negli organismi i quali contribuiscono 
all‟organizzazione delle varie attività, quali ad esempio quella 
motoria (Minors e Waterhouse,1989). 
Ritmicità brevi sono stati altresì individuati nella sfera 
cognitiva umana; dati sperimentali ottenuti utilizzando EEG 
durante la veglia con compiti brevi di fissazione visiva (es: 
ogni 10 min. per tutto il giorno) hanno rilevato infatti, 
componenti ultradiane generalmente prominenti durante la 
seconda metà del giorno (Lovett-Doust,1978) . 
I ritmi ultradiani sono stati osservati già dal 1930, ma nessuno 
aveva dato ancora alcun nome a tali fluttuazioni ritmiche, 
considerandole spesso alla stregua di mero rumore di fondo. 
Il termine ultradiano, con la durata di un ciclo cioè minore del 
ritmo circa-diano, è stato individuato in numerosi studi 
pionieristici in biologia cellulare e biochimica, negli anni
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1960-70, quando vennero osservate delle oscillazioni 
consistenti durante la sintesi di proteine (Brodsky,1975). 
Tali ritmicità furono osservate anche durante l‟attività di molti 
enzimi, in cellule per la respirazione, ATP, cAMP ed altre 
sostanze metaboliche. Questi ritmi sono stati trovati, inoltre, in 
cellule di vertebrati, invertebrati, piante e organismi procarioti. 
In fisiologia è stata osservata la presenza di ritmicità ultradiane 
nei ritmi cardiaco e cerebrale e nella respirazione (Lloyd e 
Rossi, 1992). 
Nell‟ambito dello studio dei ritmi brevi in biologia cellulare, 
una proprietà nota delle fluttuazioni ultradiane, sembra essere 
l‟adattabilità ai cambiamenti esterni agenti sulle cellule, oltre 
alla caratteristica irregolarità nella durata del ciclo, tipicamente 
tra 4-5 e 1,5-2 ore (Brodsky,1975) . 
La cronobiologia ha messo in evidenza, quindi, l‟esistenza in 
tutti gli esseri viventi di fluttuazioni ritmiche delle funzioni 
biologiche, mentre la cronopsicologia è  la scienza che studia i 
ritmi in relazione al comportamento. Le due  discipline negli 
ultimi anni lavorano insieme al fine di avere un quadro
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completo della reazione agli stimoli ambientali da parte 
dell‟organismo (Gordon et al,1995).
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1.2 BASI BIOLOGICO-GENETICHE DEI RITMI 
 
 
Il passaggio dalla fase pre-natale, a quella post-natale, è 
caratterizzato dal susseguirsi ritmico di fasi attive e non attive, 
dette cicli di attività-riposo le quali si sovrappongono al ciclo 
sonno-veglia che si sviluppa solo in seguito (Puglisi Allegra, 
1997). Nel feto sono presenti forme di attività che rompono 
lunghi periodi di inattività, fenomeno presente anche negli 
animali. Nello specifico sono presenti una serie di ritmi quali, 
microritmi di breve durata, minimo 5 –15 secondi, massimo 1-
5 minuti, ritmi ultradiani di durata 40-90 minuti , quindi già 
presenti nel nascituro ed infine ritmi circadiani di attività, che, 
come afferma Corner (1977) si presentano dopo la nascita. 
In letteratura (Puglisi Allegra,1997; Plomin,2001) si evince 
che l‟adattamento del genoma a fattori ambientali, per esempio 
la luce, al fine di sincronizzarlo ai propri processi biologici, 
può interessare uno o più organi alla ricerca delle variazioni del
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segnale e alla trasmissione degli ordini che inizieranno i 
suddetti processi. 
L‟uso di un sincronizzatore esterno all‟organismo è 
fondamentalmente adattivo affinché l‟attività biologica 
dell‟individuo sia modulata in funzione delle risorse 
dell‟ambiente naturale. 
 Gli organi ai quali sono deferite le funzioni di orologi 
biologici sono: 
 Nucleo soprachiasmatico (NSC)-  regione sottocorticale 
contenuta nell‟Ipotalamo, tale area cerebrale regola le risposte 
vegetative, ormonali e metaboliche dell‟organismo in relazione 
alle variazioni ambientali della luminosità, che dipendono dal 
ciclo circadiano (Ueyama et al., 1999). 
 Ghiandola Pineale (epifisi)-  essa secerne la melatonina, la 
quale è prodotta in alta concentrazione durante la notte. I ritmi 
ultradiani pare siano, infatti, correlati all‟epifisi come anche ai 
meccanismi neuronali (Spath S.E.et al, 1992 ; Van Cauter e 
Honinckx,1985) .
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 Ghiandole surrenali- esse secernono il cortisolo. 
Variazioni ultradiane sono coinvolte anche nella secrezione di 
ormoni pituitari oltre che gonadotropine (Van Cauter et al., 
1985). 
Questi orologi fanno generalmente parte di una rete di 
multioscillatori funzionalmente connessa, i quali ritmi 
interagiscono tra loro (Honma e Hiroshige 1987). 
I ritmi circadiani sono un aspetto della sfera comportamentale 
oggetto di studio della neurogenetica (Takahashi J., 1995). 
Nel 1971 venne isolata nella Drosophila una mutazione detta 
Period , la quale altera la lunghezza del ritmo circadiano 
(Kanopa e Benzer,1971). Period è un gene della famiglia 
Timeless la quale costituisce il nucleo funzionale dell‟orologio 
che opera nei distretti ipotalamici soprachiasmatici. 
Tramite un meccanismo di autoregolazione per retroazione  l‟ 
mRNA e le proteine di Period e Timeless entrano nel nucleo e 
bloccano la trascrizione dei geni che codificano per loro stesse,  
si ha quando nel corso delle 24 ore le proteine ed i loro prodotti
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vengono degradati, la trascrizione genica continua ed anche il 
ritmo (Plomin,2001). 
Il prodotto proteico di Timeless viene degradato rapidamente 
con la luce solare , quindi il ciclo di trascrizione del gene 
Timeless si rivela più breve di 24 ore in presenza di luce. 
Il gene Period , invece, è stato isolato dapprima nell‟ape e nel 
topo infine anche nell‟uomo. Tale gene pare abbia una 
funzione evolutivamente molto antica (Plomin,2001). 
Recentemente è stato isolato un “pool genico”, costituito da tre 
diversi geni Period, sia nel topo che nell‟uomo, ma la loro 
funzione non è ancora nota ( Low-Zeddies e Takahashi,2000). 
La prima mutazione circadiana in  mammifero venne chiamata 
TAU, essa apparve in modo spontaneo in un ceppo di criceti da 
laboratorio. Lo stesso tentativo è stato successivamente fatto 
nei topi e così è stata isolata una mutazione, la quale allunga il 
periodo circadiano di un‟ora, se presente allo stato eterozigote, 
mentre il periodo viene allungato di quattro ore se presente in 
omozigosi ( Vitaterna,1994). Il gene di topo chiamato CLOCK 
fu clonato nel 1997 (King et al., 1997), inserendo questo gene
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normale, nell‟embrione di topi mutanti, si è notato che essi 
recuperavano ritmi circadiani normali ( Antoch et al., 1997), 
inoltre, il ritmo circadiano è una delle poche funzioni cerebrali 
che non si deteriorano con l‟età ( Czeisler et al., 1999). 
 Un ritmo biologico ha, poi, la caratteristica di essere 
assimilato ad una curva sinusoide avente come proprietà 
periodo, ampiezza e fase. 
Esistono tre grandi classi di orologi biologici, comuni a tutti gli 
organismi viventi:  
 Ritmi infradiani  
 Ritmi circadiani 
 Ritmi ultradiani. 
Il sistema circadiano presenta caratteristiche endogene, in 
quanto generato ed autosostenuto dal nucleo soprachiasmatico 
nell‟ipotalamo, nei mammiferi, sensibile alla sincronizzazione 
esterna del ciclo luce-buio (Wever,1979). 
Vista l‟importanza di alcuni fattori, di natura emozionale e 
motivazionale, nell‟influenzare il soggetto e la sua percezione 
del tempo, nasce l‟esigenza di misurare il tempo non solo in
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modo spontaneo, bensì utilizzando strumenti quali meridiane, 
clessidre, orologi e persino orologi atomici ( Sharma, 2003). 
La capacità di oggettivare il tempo è, infatti, fondamentale 
affinché gli individui possano sincronizzare e pianificare la 
loro vita ed il lavoro di comune utilità. 
I BIORITMI sono regolati, quindi, da un orologio biologico che 
è stato influenzato per migliaia di anni da avvenimenti naturali 
come la luce e il buio, dal giorno e dalla notte, dalle stagioni e 
da una vita scandita anche dai ritmi imposti dal lavoro 
(Mantovani,2000). Da pochi decenni gli orari di lavoro sono 
stati cambiati radicalmente dal progresso e dall'evoluzione 
dell'uomo, oggi, infatti, si può dire che non ci sono più confini, 
l'uomo ha modellato una vita su misura, a suo uso e consumo, 
lavora e si diverte il giorno come la notte e si alimenta con cibi 
che non sono sempre presenti in natura, quando invece 
dovrebbero esserci. 
Una parte del sistema nervoso centrale, l'ipotalamo (presiede al 
controllo di varie funzioni fra cui il sonno, la temperatura