Linea di Ricerca 1 - Fondazione Don Carlo Gnocchi

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mento della massima forza Wmax e al miglioramento delle abilità propriocettive, come per esempio durante un lavoro di tipo pliometrico. PRODOTTI SCIENTIFICI Il progetto ha dato come risultato le seguenti pubblicazioni: Pubblicazioni recensite su PUBMED con impact factor – Esposito F, Cè E, Limonta E. Cycling efficiency and time to exhaustion are reduced after acute passive stretching administration. Scand J Med Sci Sports, 2011. doi: 10.1111/j.1600-0838.2011.01327.x. – Esposito F, Limonta E, Cè E. Passive stretching. Effects on electromechanical delay and time course of recovery in human skeletal muscle: new insights from an electromyographic and mechanomyographic combined approach. Eur J Appl Physiol, 2010 Oct 1. IF 2.047. – La Torre A, Castagna C, Gervasoni E, Cè E, Rampichini S, Ferrarin M, Merati G. Acute Effects of Static Stretching on Squat Jump Performance at Different Knee Starting Angles. J Strength Cond Res. 2010, 24(3), 687-94. IF: 1.457. – Esposti R, Esposito F, Cè E, Baldissera F. Difference in the metabolic cost of postural actions during iso- and antidirectional coupled oscillations of the upper limbs in the horizontal plane. Eur J Appl Physiol. 2010: 108: 93-104. IF 2.047. – Maggioni MA, Cè E, Rampichini S, Ferrario M, Giordano G, Veicsteinas A, Merati G. Electrical stimulation versus kinesitherapy in improving functional fitness in older women. Arch Gerontol Geriatr, 2009 May 27. IF 1.572. Pubblicazioni su riviste internazionali con comitato di revisione – Limonta E, Squadrone R, Rodano R, Marzegan A, Veicsteinas A, Merati G, Sacchi M. Tridimensional kinematic analysis on a kayaking simulator: key factors to successful performance. Sport Sci Health (2010) 1:27–34. Linea di Ricerca 1 Il ruolo dei radicali liberi prodotti durante esercizio muscolare sul tessuto muscolare Responsabile: Veicsteinas Arsenio INTRODUZIONE L’esercizio rimodella il muscolo scheletrico in maniera molto profonda. I segnali nervosi, gli stimoli meccanici e la diffusione di molecole segnale, sia per via sistemica sia per via paracrina, hanno un ruolo importante in tale rimodellamento. L’attività muscolare determina un maggior dispendio di energia e quella porzione di energia che viene ricavata dal metabolismo ossidativo determina a sua volta una maggiore produzione delle cosiddette “Specie Reattive dell’Ossigeno” (ROS); oltre a essere dei potenziali agenti di danno a livello subcellulare, esse costituiscono la base della segnalazione che induce a risposte adattative e citoprotettive. Indubbiamente il ruolo dei ROS nel rimodellamento muscolare presenta ancora molti aspetti poco noti e affascinanti, che possono gettare luce anche sui meccanismi patologici in cui l’eccessiva produzione di ROS non deriva dall’aumentata attività muscolare, ma da alterazioni nel sistema di omeostasi mitocondriale o da altre fonti. Nello studio delle modificazioni indotte dall’esercizio fisico sull’apparato muscolare scheletrico è fondamentale tenere conto delle diverse tipologie muscolari. Infatti, i vari muscoli si differenziano per la percentuale di fibre “rosse” o “lente”, ossia a metabolismo prevalentemente ossidativo, meno affaticabili e, viceversa, di fibre “bianche” o “rapide”, ossia a metabolismo prevalentemente glicolitico, in grado di esercitare per tempi brevi una grande forza. È anche importante tenere conto del tipo di esercizio al quale il muscolo viene sottoposto; infatti, un esercizio di potenziamento muscolare, “anaerobico”, come l’esercizio che si effettua in palestra con macchine e pesi, non determina gli stessi effetti di un esercizio aerobico, teso a potenziare la resistenza muscolare, come per esempio la corsa o il ciclismo. È molto utile avvalersi di modelli animali, sia perché rendono possibile lo studio di una popolazione omogenea e facilmente manipolabile, sia per la possibilità di prelevare, al termine dell’allenamento, interi muscoli di varie tipologie, rendendone possibile la comparazione e lo studio di numerosi parametri. Ricerca corrente 95
Ricerca corrente 96 Linea di Ricerca 1 OBIETTIVI Studio delle modificazioni indotte nel tessuto muscolare da allenamento fisico aerobio, con particolare attenzione al confronto tra muscolo a metabolismo prevalentemente ossidativo e muscolo a metabolismo prevalentemente glicolitico; effetti dei ROS sul danno muscolare e sulla sua riparazione e loro funzione di segnalazione nell’adattamento del muscolo all’esercizio. METODI Gruppi di ratti maschi di ceppo Sprague-Dowley vengono abituati al cicloergometro all’età di 8 settimane e, dopo una settimana, iniziano un allenamento graduale che li porta ad acquisire, nel giro di 10 settimane, una VO2 pari a circa il 60% (allenamento moderato) o l’80% (allenamento intenso) del massimo. Si noti che entrambi i livelli sono da considerarsi livelli amatoriali. I controlli sono ratti sedentari di pari età. Al termine del periodo di allenamento, i ratti sono sacrificati e dalle zampe posteriori vengono prelevati muscolo soleo (SOL), a metabolismo prevalentemente ossidativo e muscolo tibiale anteriore (TA), a metabolismo prevalentemente glicolitico. Ci siamo avvalsi di numerose tecniche, dall’istochimica alla morfometria, dallo studio dell’espressione genica mediante Real Time PCR, a quello dell’espressione di particolari proteine tramite Western Blotting, da un’indagine proteomica eseguita su gel bidimensionale (IF+SDS-PAGE), alla valutazione delle modificazioni proteiche indotte dall’ossidazione (gruppi carbonilici), e all’identificazione delle proteine isolate tramite MALDI-TOF, dalla valutazione dello stato di pompe e canali ionici, allo studio di attività enzimatiche e a quello di prodotti di perossidazione lipidica. RISULTATI 1. In una prima fase è stata eseguita un’approfondita analisi della letteratura, che ha permesso la redazione di una review. 2. Analisi proteomica e stato di ossidazione dei muscoli allenati. Questo lavoro ha utilizzato le più avanzate tecnologie di valutazione proteomica per confrontare i muscoli SOL e TA di ratti sedentari e di ratti sottoposti ad allenamento intenso. Si è partiti da una separazione delle proteine mediante Isoelectric Focusing, cui è seguita una separazione nella seconda dimensione tramite elettroforesi in condizioni denaturanti. Mentre un gel veniva semplicemente colorato con Coomassie, l’altro gel, eseguito in parallelo, veniva sottoposto a identificazione delle proteine carbonilate, ossia modificate dall’ossidazione. Queste venivano quantificate e si procedeva quindi a una loro identificazione mediante spettroscopia di massa (MALDI-TOF). I risultati principali sono i seguenti: a) identificazione di 15 proteine la cui espressione era influenzata dall’allenamento, in particolare, diminuzione di enzimi glicolitici espressi nel TA; b) identificazione di 13 proteine che vengono selettivamente ossidate in conseguenza dell’allenamento, di cui solo 4 comuni a entrambi i tipi di muscolo; c) identificazione di 48 proteine che sono ossidate anche a livello basale, parzialmente diverse nei due diversi tipi di muscolo; tra di esse, proteine da stress, in particolare HSP70, e proteine coinvolte nel metabolismo energetico e nella contrazione muscolare. Questo aspetto rappresenta il dato forse più significativo, in quanto si può concludere che l’ossidazione delle proteine può rappresentare una specie di naturale “valvola di compensazione” alla normale produzione di ROS. Infatti si nota che il livello di ossidazione è maggiore, in condizioni basali, sia nel SOL che nel TA, in considerazione del loro diverso metabolismo. La Fig. 1 mostra le proteine carbonilate riconosciute nel SOL (a sinistra) e nel TA (a destra) in condizioni basali. 3. Adattamento del muscolo scheletrico all’esercizio e ruolo dei ROS. Questa parte dello studio ha esaminato SOL e TA in ratti sedentari e sottoposti ad allenamento aerobico moderato. I risultati più significativi vengono dalla comparazione dei due tipi di muscolo, che hanno consentito di determinare che entrambi sono soggetti a modificazioni, anche in seguito ad allenamento moderato. Entrambi i muscoli sono soggetti a lieve, ma significativa, ipertrofia, tuttavia con modalità diverse, in quanto il muscolo SOL, già con metabolismo ossidativo e quindi con potenti sistemi antiossidanti già presenti, subisce un modesto incremento percentuale delle fibre ossidative e una modesta ipertrofia delle stesse, ma il muscolo TA va incontro a importanti modificazioni in cui i ROS stessi inducono l’aumento dei mitocondri, lo switch metabolico, e una vera e propria proliferazione delle cellule muscolari, con aumento delle fibre “rosse”.
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