La radice della pianta, dall’inconfondibile odore sgradevole, contiene oli essenziali (esteri dell'acido valerianico, esteri dell'acido valerico, cariofillene, terpinolene, valerenolo, valerenale e composti diterpenici noti col nome di iridoidi), alcuni alcaloidi (valerina, actinidina, catinina e alfa-pirrilchetone) e flavonoidi (linarina, 6-metilapigenina ed hesperidina).
Il meccanismo d'azione dei suoi costituenti è abbastanza conosciuto. Si deve agli esteri degli acidi valerianici e agli iridoidi la capacità di inibire l'enzima (acido gamma-aminobutirrico transaminasi) preposto alla degradazione metabolica del neurotrasmettitore gamma-aminobutirrico (GABA). Questo mediatore chimico è responsabile nella regolazione dell'eccitabilità neuronale in tutto il sistema nervoso della sensazione di rilassamento anche dell'induzione del sonno. Non a caso, molti farmaci ad azione calmante, miorilassante, anticonvulsivante e ipnotica, agiscono stimolando i recettori del GABA (in termini tecnici si dice che sono suoi agonisti recettoriali).
Per la presenza di questi principi attivi, la valeriana possiede proprietà sedative, rilassanti e ipnoinducenti, cioè favorenti il sonno. Riducendo il tempo necessario per addormentarsi e migliorandone la qualità, la valeriana è indicata in tutti i suoi disturbi, insonnia e ansia.
Infine, pare che alcuni dei terpeni e dei flavonoidi possano fare da agonisti con i recettori dell'adenosina ed essere in parte responsabili dell'azione spasmolitica sulla muscolatura liscia, utile in caso di crampi e sindrome dell'intestino irritabile.
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