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In quest'ultimo secolo, per spiegare l'attività del sonno sono state avanzate, molte proposte. Una prima teoria è conosciuta come "teoria umorale del sonno" e cerca di spiegare l'attività del sonno come conseguenza dell'accumulo di tossine che condizionerebbe il corpo ad avere necessità di un periodo di riposo al fine di poterle eliminare, però spesso è proprio l'accumulo di tossine che impedisce di prendere sonno.
Una seconda teoria tenta di spiegare l'attività del sonno come la conseguenza dell'alternanza di riflessi condizionati opposti come il buio e la luce, il giorno e la notte, la posizione distesa e quella in piedi, il caldo e il freddo. Sebbene questa teoria risulti abbastanza superficiale e semplicistica essa però si basa su un dato fisiologico attendibile, cioè quello relativo alla sensibilizzazione dei collegamenti nervosi corti cali del talamo e dell'ipotalamo che influenzerebbero gli stati di sonno e di veglia.
Una terza teoria considera il sonno come un'attività innata dell'uomo quindi rientrante nelle funzione quotidiane organiche. Infatti i neonati dormono fino a venti ore al giorno e dovrà passare molto tempo affinché i periodi di veglia e di sonno saranno uguali, e ancora di più dovrà passarne perché il tempo che passiamo dormendo sia inferiore a quello da svegli. In questa teoria è implicita anche l'idea che il sonno rappresenti una sorta di ciclico ritorno al grembo materno, testimoniato dalla posizione fetale (ginocchia piegate e pugni serrati) che spesso si assume mentre si dorme. Dalle considerazioni sul meccanismo di funzionamento dello stato di veglia e dello stato di sonno, in quanto strettamente connesso al sistema nervoso, nascono due teorie tra le più attendibili: una è la "teoria neuronale passiva", l'altra è la "teoria neuronale attiva". La teoria neuronale passiva si basa sui risultati di ricerche svolte sul problema dell'origine del sonno. Secondo questa teoria, lo stato di sonno si verificherebbe per mancanza dello stato di veglia. In pratica la teoria passiva, afferma che il sonno sopraggiunge quando tutte le stimolazioni sensoriali sono ridotte al minimo.Sarebbe il nostro sistema nervoso autonomo costituito dai due rami antagonisti del simpatico e parasimpatico ad avere la responsabilità di gestire e coordinare il ritmo alternante di attività e passività del nostro organismo. In particolare durante il sonno si avrebbe la predominanza del ramo parasimpatico su quello simpatico. Sappiamo infatti che mentre il sistema simpatico aumenta il battito cardiaco quello parasimpatico lo rallenta; mentre il simpatico rallenta l'attività digestiva quello parasimpatico l'accelera; mentre il simpatico fa aumentare la respirazione e la pressione del sangue quello parasimpatico le fa diminuire; mentre il simpatico fa dilatare le pupille e aumentare la disponibilità d'efficienza fisica il parasimpatico le fa restringere e favorisce il rilassamento muscolare.
La teoria neuronale attivà sembra invece godere di maggiore credibilità fra studiosi e ricercatori, in quanto confortata dai numerosi esperimenti condotti in laboratorio. Nella teoria attiva si ipotizza l'esistenza di collegamenti nervosi corticali che mettono in comunicazione il talamo (regione laterale della parte centrale dell'encefalo) con l'ipotalamo (parte inferiore dell'encefalo in cui sono concentrati centri a secrezione endocrina) e che controllerebbe il nostro stato di veglia e quello di sonno. Questa teoria si basa soprattutto sui risultati delle ricerche compiute da Walter Hess un fisiologo svizzero, premio Nobel per la medicina, il quale constatò che stimolando con sottilissimi elettrodi alcune aree cerebrali di alcune cavie, queste andavano alla ricerca di un proprio angolino, assumevano la posizione dell' addormentamento e quindi si concedevano ad un lungo sonno ristoratore.
Lo studioso italiano Giuseppe Moruzzi, dimostrò che una piccola stimolazione elettrica della zona posteriore del tronco cerebrale porta un soggetto dal sonno al risveglio, e alcuni studiosi americani dimostrarono invece come la stessa leggerissima stimolazione elettrica nella parte posteriore della formatio reticulari, portava il soggetto dalla veglia al sonno. Ulteriori e più recenti studi hanno messo invece in evidenza come l'introduzione di una stessa sostanza narcotizzante può portare dalla veglia al sonno o viceversa a seconda del punto in cui viene iniettata. Da tutti questi studi e queste ricerche si è dedotto che non esisterebbe un vero e proprio centro del sonno e che mentre dormiamo il nostro cervello non riposa ma è attivo.

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