Esercizio fisico e biomarcatori di stress ossidativo

Negli anni recenti è stata posta sempre più attenzione alla relazione tra esercizio fisico e stress ossidativo, con quasi 300 studi pubblicati negli ultimi 30 anni. Sia l‟esercizio aerobico sia quello anaerobico possono indurre uno stato acuto di stress ossidativo; ciò è dimostrato dall‟aumentata presenza di molecole ossidate in vari tessuti. Il tipo di esercizio, l‟intensità e la durata influenzano l‟entità dello stress ossidativo; allo stesso tempo, anche il supplemento con sostanze antiossidanti può influenzare questi rilievi (104).

I principali meccanismi responsabili della produzione di specie reattive dell‟ossigeno durante l‟esercizio fisico comprendono: perdita di elettroni nella catena di trasporto mitocondriale, ischemia/riperfusione e attivazione della xantina ossidasi endoteliale, risposta infiammatoria e autossidazione delle catecolamine. È stato visto anche che l‟esercizio fisico cronico conduce ad una upregulation dei meccanismi di difesa antiossidante dell‟organismo, che aiutano a minimizzare lo stress ossidativo che si verifica dopo un‟attività fisica intensa (105).

Il monitoraggio di alcuni biomarcatori di stress ossidativo durante un test da sforzo può essere utile per migliorare la comprensione dei meccanismi alla base della risposta cellulare all‟insulto ossidativo ipossia mediato e allo sviluppo di nuove strategie terapeutiche.

I biomarcatori sono prodotti o sostanze usate come indicatori di uno stato biologico, per misurare oggettivamente nell‟organismo processi fisiologici o patogeni, che si verificano in condizione di salute, durante il decorso di una patologia oppure in risposta a trattamenti o in seguito ad uno sforzo fisico (106). La maggior parte degli studi che, nell‟uomo, misurano i biomarcatori di stress ossidativo sono effettuati sul plasma o sul siero, in quanto può essere raccolto facilmente e riflette lo stato ossido-riduttivo meglio di altri fluidi biologici (107).

Un marker di danno ossidativo, che permette di valutare la quantità di proteine modificate da processi di ossidazione, a livello di specifici residui amminoacidici, è rappresentato dai prodotti di ossidazione avanzata delle proteine (AOPP, Advanced Oxidation Protein Products). Le proteine interessate comprendono soprattutto l‟albumina, la mioglobina, la γ- globulina, la tireoglobulina. Dal momento che il danno ossidativo modifica le caratteristiche spettroscopiche delle proteine, ad esempio attraverso l‟ossidazione di residui amminoacidici, lo studio delle caratteristiche spettrali delle proteine plasmatiche ha permesso di individuare due picchi di assorbanza visibili ai raggi UV a 340 nm, che

61 corrispondono agli AOPP a basso peso molecolare (LMW-AOPPs, Low Molecular Weight AOPP) e agli AOPP ad alto peso molecolare (HMW-AOPPs, High Molecular Weight AOPP). Gli AOPP a basso peso molecolare sono prevalentemente costituite da albumina in forma monomerica, mentre le AOPP ad alto peso molecolare sono prevalentemente dovute all‟albumina sotto forma di aggregati, probabilmente derivate da processi di cross-linking (108).

Gli AOPP possono formarsi in seguito ad esposizione ad acido ipocloroso (HOCl), che agisce sulle proteine plasmatiche determinando la produzione di proteine clorinate e cloramine (109).

Inoltre è stato dimostrato che, in vivo, i livelli plasmatici degli AOPP sono strettamente correlati con i livelli dei dimeri di tirosina e con i livelli di pentossidina, un marker degli Advanced Glycation End products (AGEs). Gli AOPP presentano analogie strutturali con gli AGEs ed entrambi questi prodotti eserciterebbero delle attività biologiche simili, come l‟induzione di citochine proinfiammatorie (108). È stato recentemente dimostrato che le reazioni biochimiche responsabili della glicazione proteica coinvolgono vie pro-ossidanti (110). La relazione tra AOPP e prodotti di perossidazione lipidica rimane invece poco chiara (108).

A livello tissutale ed ematico, la difesa nei confronti dell‟attacco lesivo delle specie ossidanti e dei radicali liberi è garantita dalla presenza di agenti antiossidanti, che possono essere enzimatici o non enzimatici.

Un test per la valutazione della capacità antiossidante del plasma è il saggio FRAP (Ferric Reducing Antioxidant Power), che valuta la capacità del plasma di ridurre il complesso Fe(III)-2,4,6-tripiridil-s-triazina (TPTZ) a complesso Fe(II)-TPTZ (cioè di ridurre lo ione ferrico a ione ferroso) (111). Al valore dell‟attività ferro riducente del plasma contribuiscono: l‟acido urico (per il 60%), l‟acido ascorbico (per il 15%), le proteine (per il 10%), l‟α-tocoferolo (per il 5%), la bilirubina (per il 5%) ed altre sostanze non identificate per un ulteriore 5% (111).

Una componente significativa della barriera antiossidante è rappresentata dai tioli. Si tratta di un gruppo di composti organici che sono accomunati dal possedere un comune gruppo funzionale, il gruppo sulfidrilico (-SH). I gruppi –SH si oppongono alla propagazione dei processi perossidativi. In particolare, una coppia di gruppi tiolici può ossidare una coppia di radicali alcossilici (RO·) o idrossilici (HO·), cedendo due elettroni sotto forma di due atomi di idrogeno, formando, rispettivamente, due molecole di alcol o di acqua. I due gruppi tiolici ossidati, invece, reagiscono tra loro generando ponti disolfuro (112).

62 Il glutatione ridotto (GSH) è il più importante antiossidante tiolico presente a livello intracellulare, le cui proprietà antiossidanti sono dovute alla presenza del gruppo sulfidrilico della cisteina. Il glutatione allo stato ridotto (GSH) espleta la sua attività riducendo i radicali liberi e convertendosi in glutatione ossidato (GSSG), composto da due molecole di glutatione unite da un ponte disolfuro. Il GSH interviene nei processi di perossidazione lipidica. Inoltre, può agire ripristinando la forma ridotta di altri antiossidanti, come la vitamina E e la vitamina C (112).

L‟esercizio fisico sembra essere coinvolto nell‟attivazione anche di agenti antiossidanti di tipo enzimatico, come la Sod, la Cat e la GPx (113).

Anche la forte produzione di acido lattico, tipica delle attività anaerobiche, è nota essere una fonte di stress ossidativo. Il prodotto finale della glicolisi è il piruvato, che, a seconda della richiesta energetica e delle condizioni cellulari, può essere ridotto a lattato o ossidato a CO2 e H20 (114). Il muscolo scheletrico è il principale produttore di acido lattico. Per

questo, la valutazione cinetica del lattato durante la contrazione muscolare è utile per investigare indirettamente eventuali danni del metabolismo ossidativo nel muscolo scheletrico durante l‟esecuzione di un esercizio fisico. Nei pazienti affetti da SLA, è stato dimostrato che la disfunzione mitocondriale si verifica sia nel sistema nervoso centrale sia nei tessuti periferici, perciò l‟analisi della curva del lattato durante esercizio muscolo- scheletrico risulta una valida indagine in questi soggetti (115).

È dimostrato che l‟acido lattico influenza lo stato ossidativo della cellula. In particolare, la concentrazione di lattato correla positivamente con la presenza di markers di perossidazione lipidica, come TBARS (Specie Reattive all‟Acido Barbiturico) (116). Inoltre, alte concentrazioni di lattato sono direttamente responsabili della formazione di radicali idrossili attraverso la reazione di Fenton (117).