(versione pdf) - SPORT e BILANCIO REDOX - Dieta della salute

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA
Facoltà di Medicina
Scuola di Specializzazione in
SCIENZA DELL'ALIMENTAZIONE
Indirizzo Nutrizione Applicata
"RUOLO DELL'ATTIVITA' FISICA NEL BILANCIO
OSSIDORIDUTTIVO MITOCONDRIALE COME MARKER
DELL'INVECCHIAMENTO CELLULARE E SOMATICO"
ANNO ACCADEMICO 2002
Esame di Fisiologia, II° anno
Docente Prof. Daniele Bordin
Specializzando dr. Fabrizio Moda

Introduzione
Nell'ultimo decennio si è affermata la teoria dei radicali liberi come
spiegazione dei processi dell'invecchiamento.
La maggior parte dei radicali liberi è formata a livello dei mitocondri e i
mitocondri stessi rappresentano uno dei bersagli principali, sia per ovvii motivi di
contiguità, sia perché il DNA mitocondriale non è protetto da proteine istoniche.
Alcune malattie degenerative come il morbo di Parkinson, l'Alzheimer e
l'Hantington, sono associate a danni ossidativi mitocondriali. Nell'invecchiamento si
ha una minore efficienza mitocondriale ed una maggiore produzione di radicali
liberi.
L'attività fisica aerobia porta ad un maggior utilizzo di ossigeno e quindi ad
una maggiore produzione di radicali liberi. Molti ed importanti studi 1 hanno,
d'altronde, oramai dimostrato come una costante e moderata attività fisica
prolunghi la vita e la sua qualità, con minore incidenza di malattie cardiovascolari,
neoplastiche, osteoporosi e con un miglioramento del sistema immunitario.
Questo foglio vuole indagare la relazione tra attività fisica e stress ossidativo
cellulare, con particolare riguardo al ruolo mitocondriale e le ripercussioni sullo
stato di salute generale.
Allo scopo sono state reperite su Medline gli articoli che di recente hanno
affrontato, da vari punti di vista, questo argomento.
La prima parte della relazione è dedicata ad una panoramica della fisiologia
del mitocondrio ed ai protagonisti dell'ossidazione e dei sistemi antiossidanti, segue
una disamina sui processi ossidativi in funzione dell'attività fisica e
dell'invecchiamento e quindi il ruolo svolto dall'allenamento intenso. In ultima le
possibilità offerte da una supplementazione alimentare di antiossidanti nella pratica
sportiva.

I mitocondri sono organelli presenti
in tutte le cellule eucariote. Ogni cellula
ne contiene da 500 a 1000, per quanto il
loro numero sia estremamente variabile.
Nelle cellule muscolari cardiache
occupano il 50% del volume cellulare
totale. Hanno una forma rotondeggiante o
allungata di circa 1X2 µ, molto simile a
quella di un batterio.
La loro funzione è quella di
produrre energia chimica (sotto forma di
ATP), necessaria allo svolgimento di tutte
le reazioni chimiche non spontanee della
cellula.
I mitocondri
I mitocondri sono costituiti da 2
membrane: una esterna, molto
permeabile, che delimita l’organello dal
citoplasma, ed una interna, spesso
fortemente ripiegata (creste), e con una
composizione chimica particolare, i fosfolipidi sono solo il 20% del peso totale e almeno
60 proteine diverse costituiscono il restante 80%. Lo spazio racchiuso dalla membrana
interna è detto matrice.
La matrice è costituita per
oltre il 50% da proteine, la maggior
parte enzimi impegnati nel ciclo di
Krebs e nella respirazione cellulare,
nonché gli enzimi della beta
ossidazione. Sono inoltre presenti
tutta una serie di strutture molto
particolari: una molecola di DNA
circolare (come nei batteri), detto
cromosoma mitocondriale, con tutto
l’apparato per la traduzione e la
trascrizione delle informazioni,
peraltro largamente insufficienti per
la sintesi di tutto il mitocondrio,
ribosomi del tutto diversi da quelli
presenti in tutte le altre cellule
eucariote, e straordinariamente simili a quegli batterici. La matrice, pur essendo una
soluzione acquosa simile ad un gel, contiene una concentrazione così alta di proteine da
potersi considerare quasi una fase solida, con un enorme vantaggio organizzativo nelle
associazioni enzimatiche, che possono così instaurare relazioni molto stabili e definite. I
mitocondri si possono dividere indipendentemente dal ciclo cellulare.

Nella membrana interna è disposto il complesso proteico della catena respiratoria,
in grado di utilizzare l'energia redox che arriva dal ciclo di Krebs sotto forma di NADH e
FADH2, in un gradiente protonico tra matrice e spazio intermembrana.
Il complesso I è in grado di ricevere gli elettroni che arrivano dal NADH, il
complesso II gli elettroni che arrivano dal FADH2. Attraverso una piccola molecola, il
coenzima Q, questi elettroni sono trasferiti al complesso III e quindi al complesso IV che
gli scarica all'ultimo e più potente ossidante, l'ossigeno, che si trasforma in acqua.
Questa cascata ossidoriduttiva è in grado, a livello dei complessi I, III e IV, di
generare una forza che sposta protoni dalla matrice alla camera mitocondriale esterna.
Il potenziale elettrico così generato può annullarsi
attraverso il passaggio dei protoni dal complesso
F0-F1 presente anch'esso nella membrana interna.
Il complesso F0-F1 è detto particella
elementare e tutta la membrana interna ne è
tappezzata. F0 è un canale costituito da 5-6
proteine, a forma di stelo, che attraversa la
membrana e trasportare i protoni alla frazione F1.
Questa è un complesso di almeno 6 proteine
3

presenti in più copie, in grado di accoppiare il passaggio dei protoni alla sintesi di ATP.
In forza del passaggio di protoni attraverso F1-F0, i quali tendono a ripristinare
l’equilibrio elettrico, osmotico e di pH, si genera una forza in grado di produrre lavoro e
sfruttato dalla ATP sintetasi (F1) nella fosforilazione dell'ADP + Pi in ATP. Questo
processo è detto fosforilazione ossidativa.
Quasi tutto l’O2 che
respiriamo serve in pratica
per la respirazione
mitocondriale (respirazione
vera) e l’O2 non serve ad
altro che come collettore di
elettroni, trasformandosi in
H2O.
Tutte le calorie che
introduciamo nel nostro
organismo (glucidi, lipidi,
in parte i protidi) servono
al alimentare il ciclo di
Krebs (come acetato) e
quindi la catena
respiratoria (come NADH e
FADH2) in vista della
produzione di ATP, vera
moneta energetica di tutto
l’organismo. Tutte le
reazioni chimiche non
spontanee sono rese
termodinamicamente
possibili grazie all'idrolisi
dell'ATP (sintesi proteica,
di DNA o RNA,
gluconeogenesi,
glicogenosintesi,
contrazione muscolare,
trasporto attivo,
trasmissione dell'impulso
nervoso…)
Tutte queste operazioni così importanti si compiono nei mitocondri, la cui struttura
assomiglia così tanto a quella dei batteri (DNA circolare, ribosomi…) che l’ipotesi più
accreditata li vede come batteri simbionti, inglobati dalla cellula "eucariota" primordiale
miliardi di anni fa, acquisendo in tal modo il carattere aerobio, vantaggio selettivo
enorme, ma che ha finito per far perdere a questi batteri-mitocondri parte della loro
autonomia.
4

La fisiopatologia ossidoriduttiva
mitocondriale
L'ossigeno è la molecola con il più alto potere ossidante di tutto il processo
ossidoriduttivo mitocondriale, ed è il collettore finale degli elettroni. La sua assenza
porta al blocco della catena respiratoria e la morte si instaura nel giro di pochi minuti.
Per questa nostra dipendenza dall'ossigeno, appare quasi paradossale che possa
esercitare una notevole tossicità.
Proprio a causa della sua reattività è in
grado di ossidare (distruggere) molti
substrati, tra cui proteine, acidi grassi
insaturi e acidi nucleici. Accade
frequentemente, inoltre, che nei processi
catalizzati dai vari complessi della catena
respiratoria, l'ossigeno non riceva 4 elettroni
per molecola, trasformandosi così in acqua
(normalmente responsabile della produzione
di circa 400 ml di acqua al giorno), ma ne
riceva uno solo, producendo lo ione
superossido O2.-, oppure ne riceva due, con
formazione di acqua ossigenata H2O2, oppure tre, con formazione del radicale ossidrilico
OH. e di uno ione idrossido. Tutte queste forme radicaliche e parzialmente ossidate
dell'ossigeno (ROS), sono molto più reattive dell'ossigeno stesso e quindi molto più
tossiche.
L'attacco di queste molecole al
DNA sembra il maggior
responsabile del danno cellulare e
dell'azione mutagena di queste
sostanze che sono fortemente
implicate in processi come
l'aterosclerosi, il cancro e
l'invecchiamento 2 . I radicali
ossidrilici (OH.), i più reattivi del
gruppo, sono inoltre capaci di
spezzare il doppio filamento di
DNA, impedendo la duplicazione
cellulare e portando quindi alla
morte. Il nostro patrimonio
enzimatico è infatti ricco di enzimi
in grado di riconoscere e riparare
una moltitudine di errori presenti
nel doppio filamento di DNA (possediamo oltre 60 enzimi correttori di bozze), ma non di
5

iunire una molecola spezzata. È inoltre evidente che il sistema di riparazione del DNA,
per quanto efficace, ha una sua capacità, oltre la quale si avrà un aumento delle
mutazioni e di probabilità di insorgenza di cancro.
Tra le maggiori alterazioni del DNA figurano la formazione della 8-idrossiguanina,
della timina glicolica e del 5-idrossimetiluracile.
Il DNA mitocondriale (mtDNA), ha notevoli analogie con quello batterico, non è
compartimentato da membrane, né associato a proteine istoniche, né possiede la
gamma di correttori di bozze presenti nel nucleo eucariota e questo lo rende
particolarmente sensibile agli attacchi ossidativi. Il DNA mitocondriale è d'altronde
indispensabile, trascrivendo e traducendo sette delle proteine presenti nel complesso I
della catena respiratoria (gli altri 43 polipeptidi sono a carico del genoma cellulare),
complesso che è anche il sito a più alta produzione si radicali liberi e di O2-. in
particolare 3 .
Ma qual è l'entità del fenomeno ossidativo? Si calcola che più del 2%
(verosimilmente tra il 3 e 5%), di tutto l'ossigeno utilizzato dai mitocondri sfugga alla
completa riduzione ad acqua 4 e che ogni mitocondrio produca circa 30 milioni di soli
anioni superossido al giorno.
La difesa da queste molecole è affidata a una serie di sostanze e di enzimi in
grado di neutralizzare le specie reattive trasformandole in acqua e ossigeno o in
sostanze meno reattive.
Struttura chimica di un radicale libero (.)
Il legame chimico è la messa in comune di uno o più elettroni per raggiungere la
stabilità (cioè un basso tenore energetico) che offre il completamento del guscio
elettronico esterno (ottetto). Mentre le normali reazioni chimiche sono caratterizzate
dallo spostamento di tutto il doppietto elettronico, le reazioni radicaliche avvengono con
la rottura omopolare del legame, per cui ogni molecola figlia conserva un elettrone
spaiato della coppia di elettroni di legame (chimicamente rappresentato con un punto
".").
Gli elettroni spaiati sono 1) fortemente reattivi, reagiscono cioè in tempi
brevissimi, a qualche angstrom di distanza dal luogo di formazione e 2) producono
reazioni a catena, cioè il radicale torna nel suo stato normale generando un altro
radicale (ossidando un'altra sostanza).
I radicali dell'ossigeno, quindi, appena formati reagiscono violentemente con
qualsiasi specie molecolare che si trovi a tiro, ossidandola, cioè distruggendola:
6

I lipidi sono perossidati soprattutto a livello dei doppi legami (siti ricchi di
elettroni), e la malondialdeide 5 è il marker più usato per controllare questo processo (nel
processo di perossidazione si formano molte altre aldeidi, gruppi con un'elevata
reattività chimica). Alcune di queste aldeidi sono in grado di formare legami crociati con
le proteine del citoscheletro e di instaurare legami covalenti con residui di istidina, lisina
e cisteina. Molto usata anche la rilevazione di vari idrocarburi, come il pentano, nell'aria
espirata. Appare molto sensibile la determinazione con la tecnica delle sostanze che
reagiscono con l'acido tiobarbiturico (TBARS).
Negli acidi nucleici la guanosina è la base più sensibile all'attacco radicalico e la
formazione della 8-idrossi-2'-deossiguanosina è il miglior indice al proposito. Aumenti di
8-idrossi-2'-deossiguanosina si ritrovano anche nella pelle esposta al sole o nel polmone
in seguito all'abitudine del fumo, nonché con l'aumento dell'età 6 .
Nelle proteine, nelle quali vari gradi di alterazioni possono alterare o meno la
struttura terziaria e quindi la funzione biologica, si usa rilevare la formazione di gruppi
carbonilici. I residui amminici più sensibili sono quelli della metionina, tirosina, istidina,
triptofano e cisteina.
Molto tossici anche i radicali liberi dell'azoto, come l'ossido di azoto (NO.) e
l'anione perossinitrito (ONOO-).
I ROS "buoni"
Va ricordato che le specie reattive
dell'ossigeno sono variamente utilizzate
dall'organismo ed hanno molteplici scopi: i
polimorfonucleati, per esempio, grandi
produttori di ROS, utilizzano queste
molecole per digerire virus, batteri e corpi
estranei inglobati nella fagocitosi, inoltre i
ROS portano alla trascrizione dei geni c-fos,
c-myc e c-jun, implicati nella
differenziazione, crescita e sviluppo
cellulare. I ROS attivano anche il fattore
nucleare к-B, coinvolto nella trascrizione dell'IL-2 e del TNF-α 7 .
7

I meccanismi antiossidanti
Enzimi ad azione antiossidante
La famiglia delle superossido dismutasi
(SOD) sono in grado di convertire due molecole di
superossido in una di acqua ossigenata e una di
ossigeno:
SOD
O2-. + O2-. → H2O2 + O2
Sono enzimi largamente rappresentati e
contengono al loro interno un metallo (metallo
proteine). Mitocondri e batteri contengono
manganese (MnSOD), mentre le cellule eucariote
rame e zinco (CuZnSOD). Nei cianobatteri è
presente il ferro. Si tratta di enzimi dimerici con un
fold tipico a β-barrel di otto filamenti β antiparralleli,
con tipologia a chiave greca (nell'immagine a lato).
L'acqua ossigenata proveniente dall'azione
della SOD e dai mitocondri è eliminata
dall'efficientissimo sistema della catalasi (oltre
40.000 cicli/secondo), un'eme-proteina (immagine
a lato), che catalizza la scissione del perossido
d'idrogeno in acqua e ossigeno.
Catalasi
H2O2 + H2O2 → H2O + O2
Esistono numerosi enzimi e molecole non
enzimatiche in grado di contrastare l'attività delle
specie reattive dell'ossigeno. Queste sostanze sono
note anche come scavenger, sono cioè gli spazzini
che eliminano i residui dell'attività ossidativa atta alla
produzione di ATP.
8

Una reazione analoga è svolta dal sistema delle perossidasi, più rappresentato nelle
piante che negli animali, ma estremamente utile a livello degli eritrociti anche nell'uomo,
elementi molto sensibili ai danni ossidativi. Nel caso specifico, una glutatione
perossidasi riduce l'acqua ossigenata a spese del glutatione ridotto. Il glutatione (GSH)
è un tripeptide contenente cisteina.
GSH perossidasi
H2O2 + 2 G-SH → 2H2O + G-S-S-G
Antiossidanti non enzimatici
Conosciuti anche dal
grande pubblico sono composti
per lo più vitaminici, come la
vitamina C e la E 8 .
Queste sostanze agiscono
da anti ossidanti in quanto la loro
struttura molecolare è in grado di
stabilizzare l'elettrone spaiato
all'interno di se stessa. Il radicale
perde, quindi, molta della sua
reattività.
La vitamina E (tocoferoli)
protegge soprattutto gli
acidi grassi polinsaturi dalla
perossidazione. Protegge
quindi le membrane
plasmatiche e quelle degli
eritrociti in particolare,
dato l'alto grado di insaturazione degli acidi grassi presenti nei fosfolipidi di membrana di
questi elementi.
La vitamina C, oltre alle molte funzioni svolte,
esercita anche un notevole potere antiossidante. La
presenza del radicale ascorbile è stata interpretata
come indice di difesa extracellulare contro le
ossidazioni biologiche. Proprio per le sue capacità
antiossidanti è utilizzato come additivo alimentare.
9

La vitamina A (carotenoidi). È un
idrocarburo polienico costituito da
quattro residui isoprenici
polimerizzati e ciclizzati agli
estremi della catena. Oltre alle
altre funzioni, possiede anch'essa
una certa attività antiossidante.
I gruppi tiolici e quelli del glutatione in
particolare, possono arrestare la
propagazione dell'effetto radicalico con la
formazione di glutatione ossidato.
R-S. + R-S. → R-S-S-R
In questo caso non vi è la stabilizzazione
del radicale, ma la formazione di un legame covalente utilizzando i due elettroni spaiati.
Sono prodotti dall'organismo.
I bioflavonoidi e i
polifenoli sono
composti chimici
relativamente semplici e
ampiamente distribuiti
nel mondo vegetale che
presentano, in vitro, una
grande capacità
antiossidante, dovuto
soprattutto al gruppo
catecolico.
Diversi lavori e studi epidemiologici hanno messo in relazione
l'assunzione di alte dosi di polifenoli con la diminuzione d'incidenza
della malattia coronarica e neoplastica. Il più noto polifenolo è il
resveratrolo, presente nel vino rosso e probabile autore del
paradosso francese (incidenza di CHD simile ai paesi mediterranei
pur con una dieta molto ricca di grassi saturi tipica dei paesi nord
europei e nord americani), tra i flavonoidi quelli presenti nel tè verde
(Camelia sinensis, bevanda nazionale giapponese), nella soia, nei
mirtilli e negli agrumi.
10

Il Coenzima Q (CoQ10), è un
semichinone in grado di stabilizzare un
elettrone spaiato. La coda idrofobica è
costituita nell'uomo da 10 unità
isoprenoidi, da cui il nome. È
sintetizzato dall'organismo ed ha un
alto grado di lipofilia, la coda è immersa
nel bilayer fosfolipidico. Oltre ad essere
un componente della catena
respiratoria, il CoQ ridotto svolge
attivamente anche la funzione di
scavenger stabilizzando, al suo interno,
l'elettrone spaiato. il coenzina Q10 è
l'unico antiossidante idrofobico
sintetizzato dall'uomo. La lunga coda
isoprenoide è immersa nel bilayer
fosfolipidico e sembra agire sia
direttamente sull'anione superossido sia
indirettamente sui lipidi ossidati. Agisce
anche rigenerando le forme ossidate
dei tocoferoli.
Il selenio, un metalloide, non è altro che il cofattore della glutatione perossidasi ed in
questo ruolo svolge la sua azione antiossidante (oltre a diverse altre), ultimamente
molto pubblicizzata.
Il bilancio ossidoriduttivo
È importante ricordare che il sistema
omeostatico ossidoriduttivo può sbilanciarsi sia per un
aumento nella formazione dei ROS, sia per
un'insufficienza dei sistemi antiossidanti. Non è tanto
importante la produzione dei ROS, che hanno anche
notevoli implicazioni fisiologiche, ma l'eccessiva
produzione o la carenza dei meccanismi antiossidanti.
11

I processi ossido-riduttivi mitocondriali in
funzione dell'età
Da quando Harman nel 1956 propose la teoria dei
radicali liberi come importante spiegazione dei processi
dell'invecchiamento, molte prove si sono stratificate a
suo sostegno 9,10 . Questa teoria postula che
l'invecchiamento somatico sia dovuto alle mutazioni del
mtDNA indotte dalla presenza delle varie specie reattive
dell'ossigeno (ROS) e causa prima nella diminuzione
della produzione energetica e maggior produzione di
radicali liberi 11 . Si instaurerebbe, quindi, un circolo
vizioso, in cui la diminuita efficienza mitocondriale
provoca un aumento dei ROS, che a loro volta
danneggiano il mitocondrio diminuendone ulteriormente
l'efficienza.
Attraverso l'ingegneria genetica, le varianti di
Drosophila melanogaster che super esprimono
Cu/ZnSOD e catalasi presentano un aumento della
durata della vita, mentre le varianti con ridotta
attività mostrano una diminuzione. L'inattivazione
della SOD mitocondriale (MnSOD) nei topi, ne
provoca la morte nella prima settimana di vita,
mentre l'inattivazione della SOD citosolica ed
extracellulare (Cu/ZnSOD), ha effetti più lievi 12 .
Il trattamento con raggi X determina l'aumento della produzione di H2O2
mitocondriale, con conseguente danno cellulare, ed un aumento della produzione di
H2O2 età correlato è stato dimostrato in Drosophila melanogaster.
È stata dimostrata anche una diminuzione della respirazione mitocondriale legata
all'età nell'uomo 13 , ed un aumento della concentrazione di 8-idrossi-2'-desossiguanosina
(marker di danno ossidativo al DNA), sempre correlata all'età in molti tessuti umani, di
mammifero e negli insetti. In Drosophila melanogaster la durata della vita è
inversamente proporzionale alla quantità di 8-idrossi-2'-desossiguanosina (8-OH-dG)
presente nei tessuti dell'insetto.
Ames et al, hanno stimato che ogni nostra singola cellula riceva
circa 10.000 insulti ossidativi al giorno, danni che si accumulano con
l'età. Nei ratti di 2 anni si calcolano 2 milioni di lesioni ossidative, il
doppio rispetto ai ratti più giovani. Nei topi, la restrizione calorica che
si accompagna al massimo prolungamento della vita, è correlata a
bassi valori di 8-OH-dG, comunque età dipendenti.

Sempre sui ratti, Ji ha dimostrato una produzione più alta del 77% di ROS nei
soggetti di 25 mesi rispetto a quelli di otto, approssimativamente al loro 75% di
VO2max. Secondo Ji et al. 14 e Hammeren et al. 15 , i bassi livelli di perossidasi nei ratti
anziani possono essere aumentati dall'attività fisica. Anche Bejma et al. 16 , trovano valori
di danno ossidativo (GSSG, carbonili proteici e perossidazione lipidica), nettamente più
aumentati dopo sforzo intenso in ratti di 24 mesi rispetto a quelli di otto. Risultati
analoghi con lo stesso metodo sono stati ottenuti sempre da Bejna e Ji 17 .
Pansarosa et al. 18 , hanno rilevato un generale diminuzione dei sistemi
antiossidanti in uomini anziani rispetto agli adulti e rispetto ai giovani ed inoltre che i
soggetti maschi appaiono maggiormente soggetti allo stress ossidativo rispetto alle
femmine.
Mecocci et al. 19 hanno riscontrato un aumento dei danni ossidativi agli acidi
nucleici, lipidi e proteine in maniera correla all'età.
La maggior vulnerabilità del mtDNA è dimostrata da un contenuto di 8-OH-dG 100
volte maggiore rispetto al DNA nucleare. Alti tassi di mutazioni e delezioni di mtDNA si
trovano nei mitocondri di pazienti affetti da malattie mitocondriali come la sindrome di
Kearns-Sayre e di Pearsons. In diverse malattie degenerative come il Parkinson e
l'Alzheimer (caratterizzate da una componente genetica e ambientale), il danno
ossidativo mitocondriale sembra svolgere un ruolo importante, e terapie a base di
antiossidanti ottengono piccoli ma significativi risultati nel morbo di Alzheimer e nella
corea di Huntington.
Si sono accumulate tante
evidenze da tanti punti di vista del
ruolo chiave dell'ossidazione dei
mitocondri da ROS correlati all'età, che
diversi autori parlano oramai che la
"teoria mitocondriale
dell'invecchiamento è
matura". 20
13

I processi ossido-riduttivi mitocondriali
nell'attività fisica
L'attività fisica, specialmente
aerobia, comporta l'aumento di 10-15
volte il consumo di ossigeno dell'intero
organismo e nei muscoli scheletrici attivi
l'aumento può arrivare anche a 100
volte. Esiste quindi la possibilità di un
pari incremento nella produzione di ROS,
incremento cui il sistema antiossidante
dell'organismo non sia in grado di tenere
testa, con conseguente aumento del
danno ossidativo mitocondriale e
cellulare e, nel lungo periodo, possibile
diminuzione della speranza di vita.
A lato è mostrato l'aumento dei radicali
liberi in muscolo e fegato di ratto a riposo e
dopo allenamento, rilevati con la risonanza
elettroparamagnetica su omogeneizzati di
organo, in grado di rilevare l'anione
superossido (unità arbitrarie in ordinata).
È opportuno ricordare che cuore e
muscoli scheletrici umani sono nettamente
meno protetti dall'ossidazione rispetto ad altri
tessuti. L'attività catalasica è 40 volte
inferiore rispetto al fegato e la SOD 16 volte.
La gran parte degli autori è concorde nel rilevare
un aumento di ROS in qualunque attività fisica e mai
completamente bilanciato da un aumento dei sistemi
antiossidanti, sia negli animali da esperimento che
nell'uomo, sia in attività aerobie che isometriche 21 , sia in
individui allenati che sedentari. Ma con importanti
differenze 22 .

Un aumento della perossidazione lipidica correlato all'intensità di una corsa è stato
dimostrato da diversi autori (ma non da tutti), usando come marker il TBARS.
Nel diagramma a fianco, Alessio et
al. trovano un aumento di TBARS
del 68% nell'attività moderata e del
120% nell'attività intensa rispetto
al riposo. Kanter et al. trovano un
aumento di TBARS del 77% in
individui allenati per un'attività
intensa, Davies et al. un aumento
di MDA dell'81% in persone non
allenate sottoposte ad attività
intensa. Tiidus riporta una aumento di TBARS ma non di MDA dopo allenamento e
diversi altri autori (Ji et al, Viinikka et al, Salmiten e Vihko), non riportano aumenti di
TBARS o MDA dopo esercizio moderato. Secondo Venditti et al. 23 , un esercizio moderato
nei topi non altera significativamente lo stato redox, in contrasto con il forte danno
ossidativo dell'esercizio intenso.
Usando il pentano come marker
specifico e sensibile della perossidazione
lipidica nell'aria espirata, Dillart el al.
trovano un aumento di 1,8 volte al 75%
della VO2max rispetto allo stato di
riposo.
Lo stato di ossidazione del
glutatione è uno degli indici più sicuri di
stress ossidativo. L'esercizio intenso
aumenta il glutatione ossidato (GSSG),
oltre i limiti di capacità della glutatione
reduttasi di ridurlo a GSH. Livelli sierici marcatamente elevati di GSSG sono stati
riscontrati in diversi modelli animali dopo strenuo esercizio.
A dispetto dell'importanza di verificare la presenza di danni
ossidativi agli acidi nucleici dopo attività fisica (viste le ripercussioni
su cancro e invecchiamento), esistono pochissimi e contrastanti
studi sull'aumento di marker di ossidazione come la 8-idrossi-2'deossiguanosina.
Viguie et al. non hanno trovato alcun aumento 8idrossi-2'-deossiguanosina
nell'urina in giovani maschi sani dopo 90
minuti di bicicletta, Alessio e Carter hanno riscontrato invece un
aumento dell'escrezione dopo una maratona di 1,3 volte.
Esistono pochi studi anche in merito all'ossidazione delle
proteine esercizio indotta, ma tutti concordi nel rilevare danni
proteici anche marcati.
15

L'allenamento induce un aumento degli enzimi antiossidanti
Già nel 1973 Calderera et al. rilevarono un aumento di catalasi nella muscolatura
scheletrica e cuore dei topi allenati rispetto ai controlli. Vihko et al. hanno trovato livelli
diminuiti di TBARS in topi allenati rispetto ai non allenati, Jenkins et al. hanno riscontrato
una relazione tra aumento di VO2max e aumento dei sistemi antiossidanti SOD e
catalasi, sia nell'uomo che nel ratto. Ji et al. hanno riportato una buona correlazione tra
la durata dell'allenamento e l'attività della glutatione perossidasi sia citosolica che
mitocondriale. È stato riscontrato anche una netta diminuzione nella produzione di MDA,
dopo attività fisica, in giovani maschi diabetici allenati rispetto a quelli non allenati.
La disputa se un moderato esercizio fisico sia in grado di aumentare le difese
antiossidanti sembra ricevere una risposta positiva, come l'assoluta inattività sembra
diminuirle. Secondo Criswell et al. un'attività intensa con intervalli di 5 minuti è in grado
di aumentare le difese antiossidanti più dell'esercizio moderato continuato.
La supplementazione dietetica e farmacologica di sostanze antiossidanti
Lo scopo di questo capitolo è vedere se un'introito di vitamine (o altre sostanza
antiossidanti non vitaminiche), superiore al fabbisogno minimo per evitare sindromi
carenziali può rallentare i processi ossidativi o è in grado di migliorare la performance
sportiva, senza incorrere nella tossicità da accumulo, fenomeno non infrequente per le
vitamine liposolubili.
Vitamina E: la somministrazione di
vitamina E (200 mg/die per 3 settimane),
riduce drammaticamente l'escrezione di
pentano nell'aria espirata dopo esercizio
intenso (figura a lato); Reznick et al. 24
trovano un evidente protezione di vit. E
nei muscoli scheletrici dall'ossidazione
indotta dall'esercizio; Cannon et al. 25 ,
trovano un accelerato recupero dopo
sforzo fisico in seguito a
supplementazione di vit. E; Meydani et al.
riscontrano una minore perossidazione
lipidica in maschi giovani ed anziani in
seguito ad assunzione di vit.E; Nel 1994
secondo Goldfarb e Sen 26 il trend della
ricerca era senz'altro favorevole ad un
utilizzo di questa vitamina per ridurre i
danni da ROS nell'attività fisica, ricordando anche che i dati non erano ancora né univoci
né definitivi. Nel 1997 Fielding e Meydani 27 ripropongono le stesse conclusioni tratte
dalla letteratura, secondo cui una dieta ricca di vitamina E è in grado di ridurre diversi
danni da radicali liberi dovuti all'età e all'attività fisica. Ricordano anche che pochissimi
studi non hanno trovato alcuna protezione dalla supplementazione di vitamina E.
16

Vitamina C: secondo Balz 28 , la vitamina C giuoca un
importante ruolo anche nella protezione dai ROS, riducendo i
danni all'endotelio e alle LDL. Nell'attività sportiva Evans 29
trova un ruolo protettivo di questa vitamina, ma in generale il
suo ruolo appare nettamene inferiore a quello svolto dalla
vitamina E.
GSH: il rapporto GSH/GSSG è considerato emblematico dello
stato ossidoriduttivo cellulare. Dopo uno sforzo muscolare
lieve il rapporto però non si abbassa apprezzabilmente perché
il GSSG è immediatamente ridotto a GSH dalla glutatione
reduttasi a scapito del NADPH. È, inoltre, attivamente
prodotto dal fegato a seguito dello stimolo vasopressinico e
glucagonico. Alcuni autori hanno trovato una diminuzione di
GSH negli allenamenti strenui fino al 70%. Negli esercizi di resistenza la
supplementazione di GSH sembra aumentare la resistenza fisica, mentre nessun chiaro
beneficio è stato dimostrato negli esercizi di potenza. Risultati simili sono stati ottenuti
anche utilizzando supplementazioni di N-acetil-cisteina, Coenzima Q10 e acido α-lipoico.
Suscitano interesse l'utilizzo di prodotti come il tè verde, il gingseng e le cipolle,
naturalmente dotati di sostanze ad alto potere antiossidante. Non si tratta, comunque,
ancora di risultati definitivi, soprattutto per quel che riguarda l'aumento della
performance atletica in seguito al loro utilizzo 30 .
Cocktail di antiossidanti in atleti: trial clinici.
In un trial clinico randomizzato
contro placebo in maratoneti, la
supplementazione di vitamina C
(200mg/die) ed E (400IU/die)
per un mese e mezzo prima della
gara, si è rivelata utile nel ridurre
alcuni danni muscolari. Stesso
effetto su professionisti di basket
con supplementazione di
vitamina A, E e C 31 .
17

Considerazioni finali
Una moderata e costante attività fisica è
sicuramente benefica e molti studi ne hanno
oramai sancito l'importanza. Si calcolano in
circa due anni l'aumento della vita media
dovuta a questa pratica, oltre al guadagno
dovuto al miglioramento della qualità della vita
stessa (minori malattie).
Il danno ossidativo legato all'attività
fisica appare però ineliminabile e, nel lungo
periodo, anche rilevante. C'è un generale
consenso, infatti, a ritenere che l'aumento dei
sistemi antiossidanti indotti dall'allenamento
non sia mai in grado di compensare l'aumento
dei ROS che l'allenamento stesso comporta 32 .
Questa apparente contraddizione può
forse essere spiegata dal bilanciamento che
l'attività fisica produce sull'organismo: gli effetti
negativi all'aumento dei ROS e dell'ossidazione del mtDNA e delle membrane
biologiche, sarebbero ampiamente compensati dagli effetti positivi su pressione
arteriosa, sistema cardiocircolatorio, sistema immune, tono dell'umore, tolleranza
glucidica, quadro lipidico, sistema muscolare e scheletrico 33 . L'aumento dello stress
ossidativo sarebbe quindi lo scotto da pagare per beneficiare di tutti i miglioramenti
sopra riportati.
Un'adeguata alimentazione a base di frutta e
verdura fresca sembra indicata sia per i
sedentari, che così controbilanciano la caduta
dei loro sistemi antiossidanti endogeni, sia agli
sportivi, che possono così far fronte
all'aumentato fabbisogno antiossidante 34 .
Negli atleti è da prendere in
considerazione anche la supplementazione
farmacologica di antiossidanti, che alcuni autori
raccomandano
caldamente 35 , dato l'alto
carico di lavoro e di stress
ossidativo cui sono
sottoposti.
18

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