L’importanza dell’attività fisica nella salute umana
Gli studi indicano che gli individui che si esercitano regolarmente e raggiungono i livelli raccomandati di attività fisica corrono un rischio inferiore di contrarre un’ampia gamma di malattie, tra cui il diabete, le malattie cardiovascolari, vari tipi di cancro e la mortalità per tutte le cause. Le attuali raccomandazioni sanitarie suggeriscono circa 150-300 minuti di esercizio moderatamente intenso o 75-150 minuti di esercizio vigoroso, come la corsa, a settimana per gli adulti. Inoltre, la routine di allenamento ideale dovrebbe consistere nel rafforzamento muscolare e in attività per migliorare l’equilibrio e la resistenza.
Mentre fattori come la resistenza, il numero di serie, gli intervalli di riposo e le ripetizioni possono essere modulati, il principio generale dei regimi di esercizio è il sovraccarico progressivo, in cui il carico viene aumentato progressivamente per migliorare la risposta adattiva. Il conseguente aumento della domanda energetica comporta anche cambiamenti nell’omeostasi metabolica sistemica. In un recente studio della fine dello scorso anno, gli scienziati hanno esaminato le conoscenze sulle risposte fisiologiche all’esercizio fisico. Hanno esaminato gli adattamenti che si verificano nei tessuti a causa dell’esercizio cronico e il loro ruolo cumulativo nel migliorare la salute cardiometabolica.
Ritmi circadiani, alimentazione ed esercizio fisico
Gli orologi circadiani orchestrano processi biologici ritmici, tra cui il metabolismo, la produzione di ormoni, l’immunità e il comportamento. Il controllo temporale della fisiologia è essenziale per il mantenimento dell’omeostasi e l’interruzione cronica dell’allineamento circadiano causa malattie metaboliche. L’alimentazione ritmica e l’attività motoria, processi entrambi controllati dalla regione cerebrale chiamata nucleo soprachiasmatico, trascinano gli orologi periferici nei tessuti metabolici indipendentemente dalla luce. La tempistica dell’assunzione di cibo può ricollegare la coordinazione temporale del metabolismo e dell’espressione genetica e quindi modificare la progressione della malattia. Il controllo circadiano dell’omeostasi energetica sistemica e dell’attività comportamentale può anche essere favorito dall’esercizio in modo specifico per l’ora del giorno.
Pertanto, la restrizione alimentare, l’esercizio fisico o i fattori di stress energetico che influenzano la regolazione temporale del metabolismo sono rilevanti per il controllo glicemico e la perdita di peso nel diabete e nell’obesità. L’esercizio eseguito in diversi momenti della giornata influenza le vie metaboliche del muscolo scheletrico e la capacità di resistenza. Pertanto, la tempistica dell’esercizio può specificare uno stretto allineamento tra gli orologi tissutali e promuovere un controllo temporale coerente ed efficiente dei processi metabolici. E’ questo il principio per cui istruttori di fitness e nutrizionisti sportivi stilano protocolli alimentari che sembrano poco sensati, agli occhi di chi non ha nozioni sull’intricato gioco metabolico del nostro organismo. Certe inversioni alimentari, in base a quanto detto, possono fare la differenza fra sovrappeso e magro.
Richieste energetiche e risposte metaboliche all’esercizio
L’esercizio genera intense richieste energetiche, con un aumento di quasi 100 volte del fabbisogno di adenosina trifosfato (ATP) fornito attraverso l’attivazione sia delle vie aerobiche che anaerobiche. L’esercizio breve ma intenso determina un maggiore utilizzo delle vie anaerobiche e delle riserve di glicogeno. Tuttavia, durate di esercizio più lunghe dipendono dal metabolismo aerobico di produzione di ATP, con conseguente aumento del consumo di ossigeno, ridistribuzione del flusso sanguigno nei muscoli e gittata cardiaca. Inoltre, durante l’esercizio acuto vengono attivati vari percorsi di trasduzione del segnale e programmi trascrizionali che rispondono alle contrazioni muscolari, agli ormoni, agli ioni, alla disponibilità di energia, di ossigeno e allo stato redox.
I programmi trascrizionali vengono attivati dall’esercizio acuto in modo tessuto-specifico attraverso il coinvolgimento di vari fattori trascrizionali (HIF1α, GR-alfa, PPAR), corepressori e coattivatori, inclusi i modificatori istonici (SIRT1, HDACs, KMTs). La revisione ha discusso anche sulle exerchine, un termine coniato per definire le molecole di segnalazione indotte dall’esercizio che hanno un impatto su vari tessuti attraverso vie autocrine, paracrine ed endocrine. Le exerchine includono citochine, peptidi (incluse adipochine del tessuto grasso) metaboliti, lipidi e vari tipi di acidi nucleici come l’acido ribonucleico mitocondriale (mRNA), micro-RNA e DNA mitocondriale. Hanno un impatto su vari tessuti e organi, come muscoli, fegato, cuore, intestino, cervello, tessuto adiposo e pancreas.
Adattamenti attraverso vari sistemi corporei
La revisione ha anche esplorato vari adattamenti che si verificano come risultato dell’esercizio cronico e influenzano i muscoli scheletrici, il sistema cardiovascolare, il pancreas, il cervello, l’intestino e il tessuto adiposo. Alcuni degli adattamenti associati all’idoneità cardiovascolare discussi includevano quelli legati all’aumento del consumo massimo di ossigeno, come valori di emoglobina, un volume di globuli rossi e una gittata cardiaca più elevati. Inoltre, sono stati discussi anche gli adattamenti come l’aumento della funzione mitocondriale e della densità capillare all’interno dei muscoli. Altri adattamenti inclusi erano l’allargamento e il rimodellamento del cuore dopo un esercizio intenso a lungo termine e alterazioni del sistema vascolare periferico, variazioni nei modelli di ipertrofia cardiaca a seconda che l’allenamento consistesse in più allenamento di resistenza o di scatto.
Gli adattamenti associati ai muscoli scheletrici includevano una maggiore capacità di produzione di energia aerobica, capacità di ossidazione dei carboidrati e una maggiore biogenesi mitocondriale. Una maggiore capacità di generazione di forza, un aumento dell’area della sezione trasversale delle fibre muscolari attraverso l’accrescimento di proteine miofibrillari e una maggiore capacità di produrre energia in modo non ossidativo, erano alcuni degli altri adattamenti dei muscoli scheletrici legati agli esercizi di resistenza. La revisione ha inoltre discusso ampiamente gli adattamenti agli esercizi di resistenza e resistenza nel metabolismo del tessuto adiposo, nella funzione epatica e nel metabolismo pancreatico che coinvolgono le cellule β, cambiamenti nel microbiota intestinale e nella funzione cerebrale dovuti all’esercizio cronico e il loro impatto sulla salute generale e sulla riduzione del rischio di varie malattie.
La prima prova che il microbiota cambiasse a seguito dell’esercizio fisico si è avuta sperimentalmente intorno al 2017; poi ci sono stati studi sull’uomo che hanno effettivamente appurato che la comunità intestinale è sensibile all’esercizio fisico. Queste variazioni non compaiono solo nel tempo: anche riprese di esercizio intenso possono avere i loro effetti più o meno transitori. E’ possibile che la variazione chimico-metabolica indotta da uno sforzo intenso diventi un segnale chimico anche per il microbiota (variazioni del pH sanguigno, presenza di acido lattico, produzione di metaboliti exerchine tipo il BAIBA, 12,13-diHOME e 2-idrossibutirrato), capace di influenzare il metabolismo batterico e la sua competizione a colonizzare/prevalere nella mucosa intestinale. Si conclude sull’effetto ben conosciuto che l’attività fisica ha sul benessere psicofisico. Con una riserva, dettata da ovvie difficoltà a provare se “prima viene l’uovo o la gallina”.
L’esercizio fisico induce sicuramente delle variazioni biochimiche cerebrali che potenziano il metabolismo dei carboidrati, dei neurotrasmettitori (es. dopamina, serotonina, glutammato), e la produzione di fattori di crescita neuroprotetttivi (es. NGF e BDNF). Tramite queste variazioni, fare movimento o sport migliora il tono dell’umore, la memoria, la concentrazione ed anche la qualità del sonno. Ma anche un microbiota sano (da alimentazione sana e, adesso, anche per esercizio fisico abitudinario) può ripercuotersi positivamente su queste modifiche neurochimiche ed indurre risposte molto similari a quelle appena citate. Con l’incentivo che l’esercizio fisico “rimodella” in positivo la composizione microbica intestinale stesso, che è capace esso stesso di produrre neurotrasmettitori (GABA, serotonina, glutammato ed anche acetil-colina), potendo influenzare in negativo la comparsa di problemi di salute mentale come l’ansia o la depressione.
Un’ulteriore conferma moderna del vecchio detto latino “mens sana in corpore sano”.
- A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
Pubblicazioni scientifiche
Ashcroft SP et al. Cell Metabolism 2023; Dec 29 in press.
Sato S, Dyar KA et al. Cell Metab. 2022; 34(2):329-345.
Murphy RM, Watt MJ et al. Nature Metab. 2020; 2:805.
Dai Z, Ramesh V et al. Nature Rev Genet. 2020; 21:737.
Sato S, Basse Al et al. Cell Metab. 2019; 30: 92-110.
Ceglia N et al. Nucleic Acids Res. 2018; 46: W157-W162.
Dyar KA, Hubert MJ et al. PLOS Biol. 2018; 16:e2005886.