Allenamento e Stress ossidativo

Centro Studi di Scienze del Movimento e del Benessere

IV CONVEGNO

“Alimentare il Benessere”

4 ottobre 2019

Prof.a.c. Pierluigi Gargiulo

Facoltà di Medicina e Chirurgia

Corso di Laurea in Scienze Motorie

Università di Roma Tor Vergata

La Storia : 1954

Pierluigi Gargiulo MD

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Mount Sinai Hospital

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J. Mc Cord e I. Fridovich: 1969

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La scoperta dell’enzima SOD

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L’ossidazione e la salute

◼ Un mosaico complesso e insidioso

◼ Un delicato equilibrio

◼ Una rincorsa costante e continua

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I radicali liberi

◼ I radicali liberi sono prodotti di “scarto” che si formano naturalmente all’interno delle cellule del corpo quando l’ossigeno viene utilizzato nei processi metabolici per produrre energia (ossidazione)

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I radicali liberi e gli elettroni

◼ Dal punto di vista biochimico, i radicali liberi sono molecole particolarmente instabili in quanto possiedono uno più elettroni spaiati sull’orbitale più esterno

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Specie chimiche radicaliche

I radicali liberi, al contrario degli atomi, possiedono sempre elettroni spaiati

Radicali liberi dell’ossigeno (instabili)

Il radicale idrossile (HO.)

Un elettrone spaiato

OH

L’atomo di O

Due elettroni spaiati

O

L’atomo di Ne

Solo elettroni appaiati

Ne

Atomo (stabile)

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La ricerca dell’equilibrio

◼ I radicali liberi continuano a ricercare un equilibrio appropriandosi di elettroni dalle altre molecole con le quali vengono a contatto

◼ Molecole che diventano instabili e che a loro volta ricercano un elettrone

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RADICALI LIBERI

Sottraggono elettroni ad altre molecole per completare il loro

ottetto

Molecole o frammenti di molecole che hanno

uno o più elettroni spaiati negli orbitali esterni

MOLECOLE

BERSAGLIO:

Acidi nucleici

Proteine

Membrane biologiche

STRESS OSSIDATIVO

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◼ Tuttavia essi sono

anche utili in quanto il

nostro organismo

utilizza questa

capacità di

"demolizione" contro"

virus o batteri

◼ Modulano la

contrazione del

tessuto liscio dei vasi

sanguigni

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A livello dei lipidi

◼ Perossidazione

lipidica

◼ Danni alle membrane

cellulari ( gravissimo)

◼ Alterazione a livello

delle LDL

◼ Acido arachidonico

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A livello dei carboidrati

◼ Glicazione non enzimatica

◼ Autoossidazione del

glucosio

◼ Attivazione intracellulare dei

polioli

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Il danno proteico dall’auto-ossidazione

del glucosio

◼ Il danno prodotto da

questi radicali liberi si

realizza a carico di

altri target molecolari

◼ PROTEINE ( strutture

endoteliali)

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I danni ai grandi polimeri

◼ Non sono risparmiati nemmeno le lunghe catene dei grandi polimeri proteici

◼ Fenomeni di condensazione

◼ Formazione di legami crociati

◼ Depolimerizzazione dell’acido ialuronico

◼ Interruzione di uno o di entrambi i filamenti del DNA

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L’ossigeno

◼ Teniamo presente che l'ossigeno e' presente per il 21% nel corpo umano

◼ La maggior parte dell'ossigeno che entra nei processi metabolici mitocondriali si lega all'idrogeno formando acqua

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Il metabolismo aerobico

◼ Tutto questo perché il metabolismo aerobico durante l'esercizio fisico aumenta, incrementando a sua volta, la produzione di radicali liberi

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Metabolismo

anaerobico

Si bruciano carboidrati

Senza O2

Metabolismo

aerobico

Si bruciano lipidi e

Carboidrati con O2

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FATTORI CHE INFLUENZANO UN’ IPERPRODUZIONE DI

RADICALI LIBERI

DIETE

SBILANCIATE

FUMO

ALCOOL

INQUINAMENTO

FARMACI

RAGGI SOLARI

ESERCIZIO FISICO INTENSO

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RADICALI

LIBERIridotta fluidita’

di membrana

perossidazione dei PUFA

(poliunsatured fatty acid)

compromessa attività cellulare

NEOPLASIE

Malattie

CARDIOVASCOLARI

INVECCHIAMENTO

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MECCANISMI DI SMALTIMENTO

DEI RADICALI LIBERI

ENDOGENI

Sistemi enzimatici:

• Superossidodismutasi

• Catalasi

• Glutatione perossidasi

• Desaturasi

• Ac.lipoico

Molecole chelanti i metalli:

• Albumina

• Ferritina

• Transferrina

• Ceruloplasmina

ESOGENI

Dieta

• Antiossidanti

• Grassi polinsaturi

•Costante e “intelligente” attività motoria

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ANTIOSSIDANTE

Sostanza che, pur presente in concentrazione ridottarispetto al substrato ossidabile, può prevenire oritardare l’ossidazione iniziata da un fattoreproossidante.

Possono essere:

•endogeni, sintetizzati dall’organismo umano

•esogeni, introdotti con la dieta.

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CLASSIFICAZIONE DEGLI ANTIOSSIDANTI

ENDOGENI

ENZIMI: SOD, catalasi, glutatione perossidasi, desaturasi, ecc

PROTEINE: proteine-SH, leganti metalli (Fe, Cu): albumina, ferritina, transferrina, ceruloplasmina, ecc.

ALTRE MOLECOLE: acido urico, bilirubina, ac. lipoico ...

VITAMINICI:

•Vitamina C

•Vitamina E

•Carotenoidi (con funzione di pro-vitamina A)

NON VITAMINICI:

•Carotenoidi

•Polifenoli

ESOGENI

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PROOSSIDANTI ANTIOSSIDANTI

STRESS OSSIDATIVO:

sbilanciamento dell’equilibrio tra proossidanti e antiossidanti nell’organismo a favore dei proossidanti.

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L’attività motoria fa bene o no?

Lo stress ossidativo è la conseguenza di uno squilibrio tra processi proossidanti e processi antiossidanti

Le specie chimiche reattive possono essere sia la causa che l’effetto dello STRESS OSSIDATIVO

Specie reattive Difese antiossidanti

Radiazioni,farmaci, metalli pesanti

Fumo di sigaretta, alcool, inquinamento

Esercizio fisico inadeguato, sedentarietà

Infezioni ed altre malattie

Ridotta assunzione

e/o diminuita sintesi

e/o ridotta capacità di utilizzazione

e/o aumentato consumo di antiossidanti

Danno cellulare

Invecchiamento

precoce

Malattie

cardiovascolari

Altre

malattie

Demenza,

M. di Parkinson

Infiammazioni,

tumori

Danno tissutale

Danno d’organo

Danno sistemico

Pierluigi Gargiulo MD

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Riduzione significativa del livello di ROS con riposo e antiossidanti dopo un gara ciclistica di gran fondo*

Il d-ROMs test è utilissimo per monitorare lo stress ossidativo e la terapia antiossidante negli atleti

*150 km

Dopo 10 giorni

di terapia (n=6)

p 0.001 vs riposo iniziale0

100

200

300

400

500

U C

AR

R

Riposo

(n=12)

Subito dopo la

corsa (n=12)

2 giorni dopo

la corsa (n=6)

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L’età

◼ Età

◼ Malattie croniche

◼ Inquinamento

◼ Fumo

◼ Alcol

◼ Stress

◼ Farmaci

◼ Ecc.

Due forme di esercizio, training di forza e di durata, possono

aiutarti a proteggerti contro l’usura e i rischi dell’invecchiamento.

L’attività fisica regolare vs intenso esercizio fisicoEric Brodwin, 2018

Pierluigi Gargiulo MD

Verità

◼ L'esercizio fisico favorisce la produzione di specie reattive dell’Ossigeno (ROS).

Se pero eccede una certa intensita o durata, aumenta la produzione di ROS dalla

catena respiratoria mitocondriale e comporta danno ossidativo a lipidi, proteine e

DNA.

◼ Tuttavia, l'esercizio fisico regolare puo aumentare la formazione di ROS a un

livello che puo essere tollerabile e a sua volta indurre adattamenti benefici

mediante UP REGOLATION dei sistemi antiossidanti cellulari e la stimolazione

dei sistemi di riparazione del danno ossidativo.

◼ in individui sani, la produzione di ROS e necessaria per l'allenamento dei muscoli

scheletrici.

◼ In individui giovani, di mezza eta e anche anziani, l'esercizio regolare e

continuato e associato a ridotti livelli di marcatori di stress ossidativo e ad

aumento della capacita antiossidante enzimatica e non enzimatica

Pierluigi Gargiulo MD

Allenamento e ROS

◼ Qualsiasi tipo di attivita fisica produce Specie Reattive dell’Ossigeno

(ROS), quando l’esercizio richiede il metabolismo dell’Ossigeno

◼ La produzione di ROS e tanto maggiore quanto più intenso e prolungato e

l’esercizio.

◼ L’allenamento all’esercizio consente un’adeguata produzione di

antiossidanti endogeni, capaci di contrastare la generazione del danno

ossidativo.

◼ Se si configura overtraining il rischio di danni ossidativi e elevato.

◼ Il monitoraggio dello Stato Redox puo essere di grande utilita sia

nell’attivita amatoriale sia, soprattutto, in quella agonistica

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Radicali liberi e attività fisica

◼ I radicali liberi aumentano

durante l'attivita' fisica

◼ Le difese restano

adeguate ed anzi

migliorerebbero grazie

all'intervento di enzimi

che sarebbero

"sovraregolati" proprio in

virtu' dell'esercizio fisico.

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ROS attività fisica e malattie

◼ Riscontri positivi

dell'attivita' fisica su

malattie vascolari e

tumori, la cui insorgenza

e' strettamente legata allo

stress ossidativo

◼ Il rischio sembra

dipendere dall'intensità'

dell'esercizio fisico e dallo

stato di allenamento

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L’esercizio non solo aumenta il consumo di ossigeno ma anche la

generazione di specie reattive dell’ossigeno come lo ione superossido e

l’acqua ossigenata (perossido di ossigeno

L’aumento è effetto transitorio, essendo massimo dopo 3 settimane, ma

scomparendo dopo 9 settimane di allenamento.

Si ipotizza un rimodellamento strutturale che “normalizza” lo shear

stress.

La risposta all’allenamento è molto maggiore in ratti sedentari che in

altri più attivi prima dell’allenamento.

L’esercizio acuto aerobico e anaerobico aumenta lo stress ossidativo dei

vasi con conseguente danneggiamento delle proteine, dei lipidi e degli

acidi nucleici e del sistema del glutatione. Questi effetti acuti sono

controbilanciati da un aumento dei sistemi antiossidanti in seguito

all’allenamento

L’aumento dello stress ossidativo associato all’esercizio è fonte di

preoccupazione quando si prescrive esercizio a pazienti cardiovascolari

(coronarie, insufficienza, stroke) e dimostra l’importanza di una

prescrizione individualizzata e di un’educazione del paziente sul

programma da seguire.

È evidente che lo stress ossidativo dell’esercizio, che in principio può

provocare danni tessutali, contribuisce a modificazioni favorevoli

dell’espressione genica vascolare dopo alcune settimane di allenamento.

L’esercizio ripetuto a medio termine riduce vari segni di stress

ossidativo, anche per la produzione dell’antiossidante SOD

4 settimane di esercizio riducono la produzione di radicali liberi

In confronto ad altre terapie antiossidanti (es. vit. E) l’esercizio è più

efficace

L’allenamento modifica le forze fisiche che agiscono sulla parete dei

vasi: shear stress, pressione transmurale e stiramento ciclico.

Ogni volta che aumenta la frequenza cardiaca, queste forze

aumentano

Tutte queste forze hanno importanti effetti fisiologici

sull’espressione genica e sulla funzione delle cellule endoteliali e del

muscolo liscio.

Conclusioni

◼ Qualsiasi tipo di attivita fisica produce Specie Reattive

dell’Ossigeno (ROS), quando l’esercizio richiede il

metabolismo dell’Ossigeno

◼ La produzione di ROS e tanto maggiore quanto più intenso

e prolungato e l’esercizio.

◼ L’allenamento all’esercizio consente un’adeguata

produzione di antiossidanti endogeni, capaci di contrastare

la generazione del danno ossidativo.

◼ Se si configura overtraining il rischio di danni ossidativi e

elevato.

◼ Il monitoraggio dello Stato Redox puo essere di grande

utilita sia nell’attivita amatoriale sia, soprattutto, in quella

agonistica

Pierluigi Gargiulo MD

Valutazione globale:

DROM test : misura del livello di specie radicaliche

BAPtest: misura della capacità antiossidante

Dieta e sport

◼ Nel caso di individui

con una corretta

dieta, le difese

dell'organismo sono

sufficienti e

rispondono

adeguatamente

all'aumento di stress

ossidativo

Pierluigi Gargiulo MD

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Pierluigi Gargiulocell 3356851304

email: pierlugarg@gmail.com