195
6.8
196
come ad esempio più ore consecutive di corsa o nuoto, anche in soggetti altamente qualificati, il corpo può subire una grave "esaurimento" che potrebbe compromettere la salute degli individui. D'altra parte, in condizioni normali, i periodi di esercizio sono seguiti dai periodi di riposo e durante i quali L’organismo ha la capacità di far fronte all'esercizio "stressore" e, di conseguenza, l'adattamento avviene. Infatti, gli effetti adattivi dell'esercizio regolare sono perlopiù ma non limitatamente sistemici. Nel muscolo scheletrico, per esempio, un singolo acuto d’esercizio aerobico a lungo termine diminuisce la concentrazione del glicogeno, mentre l'adattamento normale di esercizio fisico ad un regime di allenamento è un aumento della concentrazione di glicogeni che supera significativamente il livello che si trova nei muscoli non addestrati . Allo stesso modo, l'esercizio anaerobico intensivo aumenta il livello di acido lattico, che può arrivare fino a 20-25 mmol/l nel sangue, ma l'adattamento anaerobico associato all'esercizio aumenta la capacità di far fronte all'acido lattico migliorandone l'eliminazione. L'esercizio fisico è effettuato al solo scopo di realizzare l'adattamento. Uno dei punti finali della la curva di ormesi correlata all'esercizio è l'inattività fisica, purtroppo associata al nostro moderno stile di vita. È ben documentato che l'inattività fisica è associata ad una maggiore incidenza di una varietà di malattie e condizioni patologiche, tra cui le malattie cardiovascolari, il diabete di tipo II, l'atrofia muscolare, l'obesità e le malattie di Alzheimer e di Parkinson[6][7]. Principalmente sono le attività di resistenza che causano risposte adattative dell'espressione genica nei genomi nucleari e mitocondriali nel muscolo scheletrico. I cambiamenti dell'espressione genica sono modulati da una varietà di fattori di trascrizione che costituiscono la base di diversi o comuni meccanismi di adattamento. Uno dei cambiamenti più rilevanti indotti dalle attività fisiche è l'up-regulation del metabolismo energetico mitocondriale con conseguente aumento della generazione dei ROS da esso derivanti. Un esercizio intenso ed acuto attiva il fattore di trascrizione NF-kB per migliorare la trascrizione di geni degli enzimi antiossidanti come la MnSOD mitocondriale. L'esercizio regolare aumenta anche le difese antiossidanti nel muscolo scheletrico grazie ad un’aumentano oltre che delle SOD, dell'espressione genica della GPX. Sembra pertanto che i ROS fungano da messaggeri nell'espressione genica adattiva indotta dall'esercizio fisico. È stato osservato che le fibre muscolari esposte a H2O2 mostrano l'up-regulation di mRNA per enzimi antiossidanti (CAT, GPX, CuZnSOD e MnSOD), suggerendo che i ROS sono coinvolti nella risposta adattiva dell'espressione genica antiossidante mediante esercizio [7][8]. A riposo, lo stato di stress ossidativo è generalmente inferiore negli atleti rispetto agli individui sedentari, [9] anche se molte sono variabili che influenzano questi risultati. Diversi studi hanno mostrato una risposta ossidativa inferiore negli atleti rispetto ai gruppi controlli sia a riposo che subito dopo l'esercizio fisico, in quanto MDA, proteine carbossilate e 8-OHdG erano più bassi negli atleti rispetto agli individui non allenati, mentre l'attività di SOD era più alta negli atleti rispetto agli individui sedentari [10]. È interessante notare che anche gli individui ben allenati sono più resistenti a improvvisi picchi ossidativi provocati da esercizi acuti e faticosi, come mostrano dati su modello animale e umano [11].
L'esercizio fisico ha aumentato la MDA negli eritrociti di ratti sedentari, ma non in quelli allenati, e ha ridotto l'attività di SOD di eritrociti nei ratti sedentari, aumentando l'attività di questo enzima in ratti allenati [12]. Questi risultati sono coerenti con la teoria dell’ormesi, e possono anche spiegare i dati epidemiologici che mostrando come gli atleti di élite abbiano un'aspettativa di vita più lunga rispetto alla popolazione generale. Inoltre, è stata riscontrata una relazione inversa e lineare del tipo dose-dipendente tra volume di allenamento fisico e mortalità allcause [4][13][14].
Di estremo interesse e coerenti con quanto finora esposto sono i risultati dello studio condotto da Margonis et al 2007 [15]. In questo studio 20 atleti, in realtà sono definiti uomini allenati, sono stati sottoposti ad un ben determinato ciclo di allenamenti durante il quale sono stati monitorati costantemente i principali markers di stress ossidativo. I 20 volontari avevano le seguenti caratteristiche: 22.4±2.1 anni, 75.5±6.9 kg, 1.78±2.5 m, 11.9±2.4% massa grassa, 49.4±5.1 ml/kg/min VO2max). Il ciclo d’allenamento era costituito da 1 settimana di familiarizzazione con gli esercizi dell’allenamento proposto e da cinque sottocicli di 3 settimane ciascuno di intensità crecente i primi tre ,fino ad arrivare ad ciclo di overtraining, decrescente il quarto e di riposo il quinto. Sono stati monitorati isoprostani, TBARS e proteine carbossilate per quanto riguarda i markers ossidativi e CAT, GPX, GSH, GSSG, GSH/GSSG e potere antiossidante totale TAC per quanto riguarda l’analisi della rete antiossidante. Come mostrano chiaramente i risulati illustrati nella figura seguente si ha una andamento prima crescente e poi descrescente dei markers ossidativi, coerente col carico di allenamento; le differenze più significative si sono registrate in concomitanze della
197
maggior maggiorazione del carico di lavoro. Di tipo adattativo è stata la risposta degli enzimi antiossidanti CAT e GPX che hanno mostrato un andamento simile a quello dei marker di ossidazione. Al contrario la capacità totale antiossidante ha un andamento tutto suo, si ha un primo incremento coi carichi di lavoro minori, una drastica riduzione nel sottociclo più intenso, quello per poi rialzarsi nei cicli finali. L’andamento di questo parametro è forse la più chiara dimostrazione dell’ormesi ricavabile dai risultati di questo studio, infatti finchè il carico stressorio è rimasto contenuto i meccanismi di adattamento sembrano funzionare ma in condizioni più critiche tutto il meccanismo è risultato compromesso. GSH è diminuito mentre GSSG è aumentato solo dopo l'overtraining per tornare alla normalità in seguito. Di conseguenza, il loro rapporto (GSH/GSSG) è diminuito solo dopo l’ overtraining ed è stato normalizzato successivamente. Quindi i volumi di lavoro inferiori non hanno influenzato lo stato di redox del GHS. Questi risultati indicano che durante l'overtraining, l'offerta GSH potrebbe non essere sufficiente per adattarsi al suo utilizzo massiccio, con conseguente riduzione della sua disponibilità nel sangue.
Anche senza arrivare ai risultati ecclatanti dello studio appena preso in esame esiste tutta una serie di studi che prendendo in esame sport diversi a livello professionistico, ad esempio pallamano, basket e ultramaratona, mostrano come dopo lo sforzo il bilancio redox sia squilibrato verso una situazione di stress ossidativo [16-18]. Naturalmente questa situazione di stress ossidativo ha fatto nascere l’idea di cercare di controllare i danni da esso causati mediante la somministrazione di integratori a base di antiossidanti o di modulazione degli stessi mediante dieta. Esiste già una certa letteratura in merito [3][16][19][20] con alterne valutazioni ma in questo ambito gli orizzonti da esplorare sono ancora molto vasti.
Molti studi in ambito sportivo sono stati fatti anche mediante i test H&D. In linea del tutto generale si è osservato che l’esercizio fisico, soprattutto se intenso (es. sforzo massimale al cicloergometro) induce un superamento della soglia delle 350 U.Carr; tuttavia, un’ora dopo tale sforzo, mentre i soggetti regolarmente allenati tornano rapidamente ai loro valori di normalità, e comunque al di sotto di 300 U.Carr, nei i soggetti non allenati i valori si mantengono più persistentemente elevati nel tempo [21].
Figura 3: Riassunto dei risultati di Margonis et al 2007 [15]; immagini tratte e rielaborate da relativo lavoro.
198
Negli atleti correttamente allenati i valori di d-ROMs test sono mediamente più bassi di quelli rilevati nei soggetti non allenati [22]. L'allenamento sportivo adeguato ha come effetto un incremento limitato dei ROS, anche dopo la prestazione atletica [22][23] con un rientro successivo a valori, a volte anche inferiori a quelli basali. Questo fenomeno si ritiene dovuto ad uno stimolo alla produzione di difese antiossidanti che, nell'atleta ben allenato, si protrae oltre al termine della prestazione. Di seguito verranno illustrati i risultati ottenuti nei vari sport.
Calcio
Alcuni studi hanno valutato il livello plasmatico di stress ossidativo nel corso di un’intera stagione di football [22][24][25]. Fra questi, molto interessante risulta essere quello eseguito su 26 calciatori del Bologna, nel momento in cui la squadra era iscritta alla massima categoria del torneo professionale italiano [25].Per ciascun atleta, sottoposto a regime di allenamento intenso, sono stati eseguiti cinque prelievi di sangue per la determinazione del livello dei radicali liberi, all’inizio della stagione, e nelle settimane successive, a cadenza regolare. I valori del d-ROMs sono risultati 300 U.Carr. nel 22% delle determinazioni. Nel corso della stagione agonistica, la tendenza si è dimostrata stabile verso elevati livelli di d-ROMs nel 15% dei casi, stabile su livelli border-line nel 15% dei casi, stabile nel range di riferimento nel 45% dei casi , in riduzione 20% dei casi (anche nel 15% dei casi era imputabile ad una assunzione di antiossidanti). La tendenza è stata in crescita solo nel 5% dei casi. Inoltre, il 37% dei calciatori hanno mostrato variazioni significative del potere antiossidante (TAS 1.30 mmol/L). Confrontando i risultati dei due test si è osservata una leggero andamento inverso fra d-ROMs e TAS, a conferma del fatto che una buona capacità antiossidante limita la generazione di radicali liberi. In particolare, sono stati riscontrati frequentemente livelli di perossidi più elevati della norma, ma, in seguito, i valori si sono generalmente stabilizzati intorno ad uno specifico livello, che probabilmente riflette la risposta soggettiva allo stress ossidativo in rapporto all’attività fisica. Un esempio di perfetto adattamento dell’organismo alla condizione di stress ossidativo da sport, è il risultato ottenuto nello studio condotto da Andersson et al (2009) [26]. In tale studio sono stati valutati i livelli di d-ROMs in 16 calciatrici élite prima e dopo 90 minuti di partita e non sono stati osservati cambiamenti nel valore di radicali liberi (245±25 U.Carr vs 249±25 U.Carr) Tale risultato indica una perfetto bilanciamento antiossidanti e ossidanti dell’atleta ben allenato e ben alimentato.
Degno di interesse, il rientro nella norma di valori di d-ROMs test precedentemente elevati in atleti sottoposti ad integrazione antiossidante [27][28]. Una buona integrazione antiossidante e una corretta alimentazione associate ad un allenamento ottimale permettono di mantenere sotto controllo la produzione eccessiva dei radicali liberi durante l’attività sportiva.
Ciclismo
Il d-ROMS test è stato applicato per la valutazione della condizione atletica durante alcune gare ciclistiche agonistiche al fine di valutare la condizione atletica e l'efficacia di eventuali terapie di sostegno [29][30]. In particolare si è osservato che la valutazione dello stress ossidativo durante il Giro d’Italia ha permesso di capire quali atleti ero maggiormente “sofferenti”
da un punto di vista ossidativo. Il d-ROMs si è dimostrato potenzialmente utile come marker predittivo di infiammazione [30]. Per il d-ROMs, infatti, si è osservato un suo amumento prima che la proteina C-reattiva (hs-CRP), marker di riferimento di infiammazione, uscisse dal range di normalità e soprattutto prima che si manifestasse un quadro clinico. Data l’esiguità del campione non è una conclusione definitiva ma apre alla possibilità di interessanti filoni di ricerca. In uno studio longitudinale, è stato monitorato il livello di stress ossidativo in un campione di 12 atleti prima e dopo una gara ciclistica di granfondo (150 km) [2]. In sei dei dodici ciclisti reclutati, il d-ROMs test è stato ripetuto anche dopo 2 giorni, a riposo, e dopo 10 giorni di trattamento antiossidante specifico (ARD Stenovit®) (Figura
*150 km Dopo 10 giorni di terapiay (n=6) p 0.001 vs riposo iniziale
0 100 200 300 400 500
U CARR
Riposo (n=12)
Immediatamente dopo la corsa* (n=12)
Due giorni dopo
la corsa (n=6) *150 km
Dopo 10 giorni di terapiay (n=6) p 0.001 vs riposo iniziale
0 100 200 300 400 500
U CARR
Riposo (n=12)
Immediatamente dopo la corsa* (n=12)
Due giorni dopo
la corsa (n=6) *150 km
Dopo 10 giorni di terapiay (n=6) p 0.001 vs riposo iniziale
0 100 200 300 400 500
U CARR
Riposo (n=12)
Immediatamente dopo la corsa* (n=12)
Due giorni dopo la corsa (n=6)
Dopo 10 giorni di terapiay (n=6) p 0.001 vs riposo iniziale
0 100 200 300 400 500
U CARR
Riposo (n=12)
Immediatamente dopo la corsa* (n=12)
Due giorni dopo la corsa (n=6)
0 100 200 300 400 500
U CARR
0 100 200 300 400 500
U CARR
Riposo (n=12)
Immediatamente dopo la corsa* (n=12)
Due giorni dopo la corsa (n=6)
Figura 4: Andamento dei valori del d-ROMs test pre e post gara ciclistica di gran fondo (150 km)
199
4). Il trial ha confermato che gli atleti presentano in condizioni basali, prima della gara, livelli sierici di d-ROMs nei limiti della norma. L’intenso sforzo muscolare si accompagna ad un considerevole e statisticamente significativo incremento dei valori del d-ROMs test che, tuttavia, tendono a ridursi già due giorni dopo la gara, con maggior rapidità nei soggetti sottoposti ad integrazione antiossidante. Le gare ciclistiche impegnative (marathon, endurance), risultano essere nell’ambito delle varie discipline sportive tra quelle a cui si accostano i maggiori livelli di perossidi finora trovati. [31]
Ultra-endurance running/mountain ultra-marathon running
I livelli di ROS sono stati valutati anche in gare di ultra-endurance e ultra-marathon. Gare di questo tipo hanno un carico di fatica e una durata elevate, e di conseguenza anche la produzione di ROS potrebbe diventare “pericolosa” per l’atleta. In due studi pubblicati recentemente sono stati valutati i livelli di ROS durante una mountain marathon running (330 km e 24000 m di dislivello) [32] e durante una ultra-endurance running (50 o 100 km) [33]. Da entrambi gli studi è emerso che gli atleti, in seguito all’attività prolungata ed estenuante presentavano elevati livelli di ROS e un conseguente inizio di status infiammatorio
Corsa
In uno studio condotto da Iorio et al (2001) [34] sono stati valutati i livelli dei ROS su un campione di 50 soggetti adulti, di età media 25.5±2.7 anni e di sesso maschile, tutti partecipanti ad una corsa cittadina per un percorso complessivo di 10.5 km . Il d-ROMs test è stato eseguito su campioni di sangue intero, prelevati prima (t0), al traguardo (t1), ed 1 ora dopo la fine (t2) della competizione. I livelli di d-ROMs sono passati da 243.4±22.6 (t0) a 281.2±21.7 (t1), fino a 333.2±19.7 (t2). Le variazioni osservate sono risultate statisticamente significative.
Softball
Uno studio ha valutato il livello di radicali liberi in condizioni basali, dopo una sessione di allenamento e dopo una corsa di 3.000 metri, in un campione di 8 atlete professioniste afferenti alla Squadra Nazionale Italiana di Softball [2]. I risultati dello studio hanno mostrato, in particolare, un incremento statisticamente significativo dei valori di perossidi dopo attività aerobica, in rapporto allo sforzo muscolare da 223±24 U.Carr a 446±73 U.Carr.
Baseball
Su un campione di 20 giocatori della Nazionale Italiana Baseball è stato eseguito il d-ROMs test, in condizioni basali e dopo sia un test da sforzo che due incontri ufficiali. Fra le due competizioni, gli atleti sono stati sottoposti ad un ciclo di terapia antiossidante (ARD
Stenovit®) di 10 giorni [2]. Rispetto alla condizione di riposo, il livello medio di d-ROMs dopo l’allenamento o la competizione sono aumentati in maniera statisticamente significativa (Figura 5). E’ interessante sottolineare che l’assunzione di antiossidanti ha ridotto in maniera significativa il livello di d-ROMs dopo allenamento
Triathlon
Lo stress ossidativo è stato valutato in 10 atleti di triathlon allenati, a riposo e dopo una prova da sforzo (nuoto seguito da corsa) [2]. Il livello di perossidi dopo la prova da sforzo è aumentato significativamente rispetto ai valori rilevati a riposo, da 295±56 U.Carr a 335±60 U.Carr. In un recente studio è stato valutato l’effetto di un particolare integratore (Pycnogenol®) sulle performance di atleti che praticavano triathlon [\35].32 uomini del gruppo trattato con Pycnogenol e 22 uomini del gruppo controllo sono stati inclusi nello studio. Si è osservato che il gruppo in trattamento aveva maggiori benefici rispetto al gruppo controllo: in
n = 20
After 2nd official game
*p=0.02
**p<0.001 0
100 200 300 400 500
CARR U
Resting After effort After 1st official game
*
* **
**
n = 20
After 2nd official game
*p=0.02
**p<0.001 0
100 200 300 400 500
CARR U
0 100 200 300 400 500
CARR U
Resting After effort After 1st official game
*
* **
**
Figura 5: Andamento dei valori medi del d-ROMs test dopo due incontri ufficiali in giocatori di baseball