Tesina SANIS:

LO STRESS OSSIDATIVO NELLO SPORTIVO:

SIGNIFICATO, DIAGNOSI, MONITORAGGIO E NUTRIZIONE

Ricci Riccardo – SANIS sede di Roma – a.a. 2022/2023

Introduzione

Già negli anni “30, Hans Selye, medico e scienziato di origine ungherese, scriveva: « Lo stress (“tensione”) è l’essenza della vita, in quanto necessario per innescare la reazione di adattamento dell’organismo al continuo mutamento delle situazioni fisiche e ambientali ».

La reazione di stress è una risposta biologica primaria aspecifica perché qualunque sia la natura dell’agente stressante (stressor), i meccanismi di adattamento fisiologico che vengono innescati sono sempre gli stessi; essi sono mediati dalla produzione di radicali liberi e consistono in primis nell’attivazione di importanti vie biochimiche come quelle che portano alla produzione di catecolamine e cortisolo [1].

Questo processo adattativo stress-mediato caratterizza l’attività sportiva ed il suo controllo mediante opportuni piani di allenamento e una dieta antiossidante bilanciata rappresenta una sfida per allenatori e nutrizionisti al fine di salvaguardare la salute dell’atleta ed implementarne la performance.

La risposta fisiologica allo stress da allenamento

L’attività fisica che caratterizza l’allenamento sportivo richiede un incremento del fabbisogno di ossigeno al livello dei muscoli scheletrici impegnati dall’atleta che si traduce al livello sistemico in una drastica riduzione temporanea del flusso sanguigno al livello degli organi e dei distretti corporei, come l’apparato digerente, per favorire l’afflusso di sangue ai muscoli. Il metabolismo aerobico del muscolo viene così stimolato dal maggiore afflusso di sangue ossigenato, provocando un cospicuo aumento dell’attività respiratoria mitocondriale che produce come sottoprodotti delle molecole con proprietà radicaliche, dette specie reattive dell’ossigeno (ROS). A ciò si aggiungono anche i processi di autossidazione dell’emoglobina e della mioglobina che concorrono alla generazione dei ROS. Inoltre, durante l’attività fisica l’aumento della temperatura corporea, la produzione di catecolamine e di acido lattico possono portare alla produzione di ROS convertendo l’anione superossido (O₂^.-) in radicale ossidrilico (OH^.) [2].

Le reazioni radicaliche, così provocate al livello muscolare, promuovono il rilascio di una serie di mediatori biochimici come la proteina C-reattiva (CRP) e le citochine infiammatorie (ad es. TNF-α e le interleuchine IL-6 e IL-1β), con concomitante migrazione dei fagociti nel sito di lesione [2,3,4,5].

Durante l’intensa attività muscolare viene, inoltre, prodotto ossido nitrico (NO) a partire dall’L-Arginina che viene trasformata in L-Citrullina per opera dell’NO sintasi (NOS), un enzima NADPH dipendente. L’NO svolge importanti funzioni fisiologiche adattative agendo da secondo messaggero: stimola la vasodilatazione regolando la pressione e il flusso sanguigni; regola la respirazione e la biogenesi mitocondriale, l’uptake del glucosio, la contrazione muscolare e la funzione immunitaria; ma è anche in grado di reagire rapidamente con l’anione superossido (O₂^.-) prodotto nei mitocondri per formare perossinitrito (ONOO^–), un potente agente tossico ossidante. Pertanto l’NO viene considerato appartenente al gruppo delle specie reattive dell’azoto (RNS) [6].

Oggi sappiamo che una parte dell’NO deriva dal nitrato proveniente dagli alimenti, potendo essere convertito prima in nitrito dalle nitrato reduttasi e poi in NO dalle nitrito reduttasi di origine batterica (questo processo si basa principalmente sull’azione dei batteri presenti nella bocca). Il percorso nitrato-nitrito-NO che stimola la vasodilatazione potrebbe essere particolarmente importante quando la richiesta di ossigeno aumenta, come nei muscoli durante l’esercizio fisico [7].

Altre importanti fonti di radicali liberi indotte dall’esercizio motorio includono le attività enzimatiche della fosfolipasi A₂ (PLA₂), che, scindendo i fosfolipidi di membrana, porta alla formazione di acido arachidonico libero, il quale, a sua volta, è substrato di alcuni enzimi che generano ROS, come le ossidasi NAHPH-dipendenti: esse comprendono le NOX₂ e le NOX₄. Queste ultime, in particolare, sembrano essere responsabili della maggior parte degli O₂^.- prodotti al livello mitocondriale durante la contrazione muscolare [6].

L’insieme dei processi descritti che si verificano durante l’allenamento, sono favoriti in primis dall’ischemia e successiva riperfusione degli organi, e possono determinare uno stato di stress ossidativo, cioè una condizione di squilibrio omeostatico tra antiossidanti e pro-ossidanti per l’eccessiva produzione di radicali liberi sottoforma di ROS (specie reattive dell’ossigeno) e/o di RNS (specie reattive dell’azoto). La formazione di quantità relativamente alte di radicali liberi comporta l’istaurarsi di una serie di processi infiammatori, per lo più transitori, dovuti al danneggiamento per ossidazione radicalica di strutture cellulari quali i lipidi delle membrane cellulari, le proteine, gli zuccheri e il materiale genetico [8,9].

Nella maggior parte dei fluidi e tessuti corporei, le difese antiossidanti sono capaci di contrastare solo una normale produzione di ROS, RNS ed altri radicali (R^.); esse, però, diventano insufficienti nello stress ossidativo, che è una condizione dell’organismo caratterizzata da un eccesso di specie ossidanti e/o da una significativa deplezione di antiossidanti [10].

Lo stress ossidativo caratterizza l’invecchiamento cellulare e si manifesta ad un livello di variabile entità nei processi infiammatori delle patologie in genere e può essere causato da fattori sia esogeni ambientali che endogeni; ma, come abbiamo esposto precedentemente, si manifesta con l’attività fisica e può avere effetti positivi o negativi sull’organismo a seconda della sua entità rispetto alla tolleranza individuale.

L’intero processo di adattamento all’esercizio fisico può essere schematizzato in 3 fasi:

• I) fase in cui si evidenzia una reazione di allarme dell’organismo che, non essendo ancora adattato, si trova in una condizione iniziale di shock (risposta passiva) seguita da un contro-shock (fase attiva di difesa);
• II) fase di adattamento in cui si realizzano delle risposte aspecifiche allo stressor;
• III) fase di esaurimento che si verifica soltanto se lo stress supera le possibilità di recupero dell’organismo [1].

Queste 3 fasi sono correlate con la produzione di radicali liberi, i quali sono necessari per attivare le risposte neuro-endocrine adattative ed anche per regolare il comportamento fisiologico del muscolo in contrazione. Ad esempio durante una contrazione isometrica, per sviluppare la forza massima, è necessario l’istaurarsi di uno stato cellulare redox in cui la quantità di ROS prodotti sia ottimale anche quando le riserve antiossidanti sono completamente efficienti [6].

Va sottolineato, inoltre, che i processi fisiologici in cui sono implicati i radicali liberi, quali la respirazione cellulare, la risposta immunitaria mediata da cellule che producono perossidi, l’uso di molecole radicaliche importanti per la comunicazione cellulare (secondi messaggeri), come l’ossido nitrico, ecc., comportano un “prezzo ossidativo” che l’organismo deve pagare in energia chimica (ad es. in ATP) per adattarsi al cambiamento e ristabilire l’omeostasi. Purtroppo però i meccanismi omeostatici sono imperfetti e una parte del danneggiamento delle strutture cellulari dovuto ai radicali liberi sfugge al controllo e concorre, insieme alle patologie, al progressivo inevitabile processo di invecchiamento cellulare.

Oggi, vi sono molteplici evidenze sperimentali che lo stress ossidativo sia un fenomeno strettamente associato all’attività sportiva. Se esso viene indotto “moderatamente” con un allenamento razionale può migliorare nel tempo le prestazioni atletiche per un processo di ormesi, attivando meccanismi molecolari utili all’adattamento prestazionale (ad es. inducendo le Heat Shock Proteins – HSPs, aumentando le riserve di glicogeno, stimolando la mitocondriogenesi, ecc.), in modo da prevenire i dolori muscolari ad insorgenza ritardata (DOMS), i traumi muscolari indotti da agenti radicalici ossidanti, e stimolare le difese immunologiche dell’organismo [11,12].

Tutti gli effetti adattativi, cumulativi e migliorativi per la performance dovuti allo stress da allenamento sono correlati al fenomeno della supercompensazione: una condizione in cui l’atleta diviene in grado di prevenire l’impatto dello stressor prima ancora che si manifesti per poterlo affrontare efficacemente.

Quando, però, si supera la soglia di allenamento tollerata individualmente, lo stress ossidativo può comportare uno squilibrio nell’organismo e può divenire uno dei fattori che possono contribuire ad aumentare il rischio di infortuni e danni tissutali di variabile entità. Infatti, come conseguenza dell’esercizio fisico intenso prolungato, si registra un aumento significativo della leucocitosi e di molti marker dello stress ossidativo (come ad es. i carbonili delle proteine, gli isoprostani e la creatina chinasi) e i tempi di recupero dal danno ossidativo si protraggono per più giorni; suggerendo, per evitarlo, di adoperare sedute di esercizio fisico intenso a breve termine intervallate da opportuni tempi di recupero [13].

Quando le risposte fisiologiche indotte dallo stress nell’allenamento regolare sono adattative, si verificano nel muscolo una serie di eventi migliorativi correlati alla produzione di miochine e citochine anti-infiammatorie (ad es. IL-1ra, IL-4, IL-6, IL-10, IL-11 e IL-13). Infatti, esse stimolano la biogenesi mitocondriale, inducono l’espressione genica degli antiossidanti enzimatici (SOD, CAT e GPx), aumentano la sensibilità all’insulina (con conseguente miglioramento dell’utilizzo delle scorte di glicogeno muscolare) e la sintesi proteica delle miofibrille [4].

I ROS, innescando la cascata della biogenesi mitocondriale in risposta all’allenamento (soprattutto nell’endurance), provocano nelle fibre muscolari un aumento del numero di mitocondri in un processo adattativo definito mitormesi. Inoltre, i mitocondri neoformati sono altamente efficienti e, durante i processi biochimici della catena di trasporto degli elettroni, producono meno ROS a parità di adenosina trifosfato (ATP) prodotto [9].

L’esercizio fisico regolare aumenta anche l’espressione delle proteine coinvolte nella biogenesi mitocondriale, cioè la PGC-1α (Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma coactivator 1), il fattore di trascrizione mitocondriale A (TFAM) e i fattori respiratori nucleari di trascrizione 1 e 2 (Nrf-1 e Nrf-2) [9,14,15,16,17].

Infine, ricordiamo il fattore di trascrizione NF-kB, che ha localizzazione citoplasmatica; questo fattore è sensibile allo stato redox cellulare, è attivabile da citochine, come IL-1 e il TNF-α, e svolge un ruolo importante nella modulazione dei processi infiammatori e nell’espressione dei geni che codificano per antiossidanti, i quali, a loro volta, sono in grado di inibirlo con un meccanismo a feed-back negativo [4].

Lo stress ossidativo e la permeabilità di membrana

Le proprietà elettriche delle membrane cellulari e mitocondriali sono influenzate dallo stress ossidativo, in quanto la permeabilità dei flussi dei vari elettroliti, come l’idrogeno, il sodio, il potassio, il magnesio e il calcio, può essere alterata con conseguente riduzione della funzionalità delle cellule metabolicamente attive (BCM). A tal proposito, il sodio è l’elettrolita primario del liquido extracellulare ed influenza pertanto il quantitativo di acqua extracellulare (ECW); mentre il potassio è l’elettrolita primario delle cellule ed influenza il loro stato di idratazione (ICW). La regolazione dei flussi idrici intra-extra cellulari dipende in gran parte dal magnesio che è lo ione chiave responsabile dell’attivazione del pompaggio elettrolitico transmembrana. Pertanto, una carenza di potassio o magnesio può causare una perdita di ICW, mentre un eccesso di sodio può causare un aumento di ECW. Più precisamente nello stato di stress, per un processo osmotico, una riduzione della concentrazione di ioni potassio e magnesio intracellulari si traduce in una riduzione dell’acqua intracellulare; mentre un aumento di sodio extracellulare richiama acqua nel comparto extracellulare. Globalmente ciò si traduce in una idratazione extracellulare e in una disidratazione cellulare con conseguente peggioramento dello stato di salute della massa metabolicamente attiva. Questi spostamenti di fluidi intra ed extracellulari sono la conseguenza del malfunzionamento dei sistemi enzimatici che regolano lo scambio ionico transmembrana; ad esempio, le funzionalità della Na⁺/K⁺ ATPasi e quella dei canali del Na⁺ e del K⁺, implicati nella propagazione del potenziale d’azione nelle fibre nervose che innervano i muscoli, i quali diventano meno efficienti in presenza di processi ossidativi indotti dai radicali liberi sulle membrane cellulari [2].

I cambiamenti del bilancio idrico nella fase di stress sono legati anche ai cambiamenti indotti dalle attività ormonali tra le quali ricordiamo quelle delle ghiandole surrenali che producono aldosterone, cortisolo, ormoni sessuali e catecolamine [18], e quelli antagonisti anti-stress dovuti, ad esempio, al fattore natriuretico atriale (ANF) prodotto dall’atrio destro del cuore [19].

Al livello mitocondriale il gradiente protonico transmembrana viene influenzato negativamente dallo stress ossidativo con conseguente perdita di efficienza della catena di trasporto degli elettroni (disfunzione mitocondriale).

Anche il rilascio di calcio dal reticolo sarcoplasmatico viene ostacolato dallo stress ossidativo con conseguente perdita dell’efficienza di contrazione delle miofibrille.

L’insieme dei processi di natura bioelettrica di cui abbiamo parlato possono essere monitorati dalla BIA (analisi bioimpedenziometrica) e tipicamente determinano una riduzione dell’angolo di fase (PhA), un parametro diretto che si ottiene applicando, con il metodo “foot to hand”, una corrente di 800 μA a 50 kHz (frequenza di risonanza cellulare) e combinando due grandezze misurabili: la resistenza (R), che riflette l’acqua e i fluidi corporei e la reattanza (Xc), che è correlata alla risposta elettrica cellulare della massa metabolicamente attiva (BCM). L’angolo di fase è considerato un indicatore dello stato di salute, dell’integrità delle membrane cellulari e dello stato di idratazione tissutale perché riflette il rapporto ECW/ICW, che nella popolazione sana normopeso varia da 0,7 a 0,75. Poiché l’infiammazione e lo stress ossidativo possono danneggiare le strutture cellulari modificando la permeabilità agli ioni, la diminuzione dell’angolo di fase ha una potenziale utilità nel rilevare precocemente lo stato infiammatorio e ossidativo; infatti, vi è una correlazione diretta tra i valori dell’angolo di fase ed i livelli di alcuni marcatori dello stato infiammatorio come CRP, TNF-α, IL-6, IL-1β e IL-10 [5].

Mediante il grafico ad ellisse dell’analisi impedenziometrica vettoriale (BIVA) si può individuare e seguire nel tempo lo stress ossidativo nel singolo individuo in maniera veloce e non invasiva, sebbene sia necessario spesso un riscontro analitico per confermare la diagnosi per diversi motivi:

l’analisi BIA/BIVA è una metodica doppiamente indiretta, l’angolo di fase risente innanzi tutto dello stato di idratazione dell’organismo (la disidratazione del mezzo extracellulare tende a far aumentare l’angolo di fase mentre la disidratazione cellulare legata allo stress delle membrane tende a farlo diminuire), ma anche di altre variabili individuali come l’altezza, l’età, il sesso e l’etnia.

Si tenga presente che le misurazioni della BIA/BIVA dipendono dal tempo intercorso dall’allenamento o la gara perché l’attività fisica tende a far cambiare il livello di idratazione e la distribuzione dei fluidi corporei che vengono richiamati verso la periferia cutanea anche per favorire la termoregolazione attraverso la sudorazione; perciò per ristabilire nell’organismo una situazione di equilibrio idrico sono necessarie almeno 48 ore dopo aver praticato sport [20].

Una volta ristabilito l’equilibrio idrico/salino (idratazione normale), se l’angolo di fase è più basso di quello iniziale e, quindi, il rapporto ECW/ICW sarà ancora alto, si potrà ipotizzare che vi sia uno stress ossidativo da prestazione sul quale sia opportuno intervenire (Fig. 1).

Essendo i dati della BIVA essenzialmente qualitativi, oltre che indiretti, non sono sufficienti per la diagnosi dello stress ossidativo e solo la quantificazione simultanea di opportuni marcatori biochimici dello stress e delle sue conseguenze (e non uno solo come ad es. il TBARS o test di lipoperossidazione totale) è in grado di consentirne una valutazione precisa e attendibile. Probabilmente questa visione olistica è il modo migliore per diagnosticare lo stress ossidativo nelle sue multiformi manifestazioni [8].

Gli antiossidanti

Gli antiossidanti in genere formano un pool dinamico ed integrato, in cui il deficit di uno o più componenti, può essere compensato dall’incremento di una o più molecole dello stesso pool, in modo da mantenere l’omeostasi ossido-riduttiva contro il danno ossidativo [8].

Gli antiossidanti ematici, dosabili con metodiche spettrofotometriche (dosaggi e cinetiche enzimatiche) o cromatografiche (HPLC, LC-MS-MS e/o GC-MS, GC-MS-MS), sulla base della loro solubilità si suddividono in:

– antiossidanti enzimatici: superossido dismutasi (SODs), catalasi (CAT), glutatione perossidasi (GPx), tireodoxina (Trx), glutaredoxina (Grx);

– antiossidanti indiretti: ioni cofattori degli antiossidanti enzimatici (Fe, Zn, Cu, Mn, Se) e proteine che svolgono delle funzioni principali non propriamente antiossidanti, anche se contribuiscono a neutralizzare i radicali liberi in vari modi: ossidando i loro gruppi tiolici (-SH), inducendo i geni implicati nella produzione di antiossidanti endogeni, oppure evitando la formazione di reazioni radicaliche secondarie dei loro ioni cofattori, come ad es. il ferro che potrebbe dare origine alle dannose reazioni di Fenton in condizioni di acidosi;

– antiossidanti diretti non enzimatici lipofili: ubichinolo (CoQ₁₀H₂) / ubichinone (CoQ₁₀), vitamina E (Vit E), vitamina A (Vit A), carotenoidi (β-carotene e licopene);

– antiossidanti diretti non enzimatici idrofili: vitamina C (Vit C), glutatione ridotto (GSH), acido urico.

A questi si aggiunge anche l’acido α-lipoico (ALA) che è un antiossidante anfipatico, cioè con proprietà sia idrofile che lipofile.

Per quanto riguarda gli antiossidanti polifenolici esogeni di origine vegetale (lignani, acidi fenolici, stilbeni e flavonoidi), non entrerò in dettaglio perché meriterebbero una trattazione separata; si tratta di un gruppo molto ampio ed eterogeneo di composti idrofili ai quali si attribuiscono funzionalità antiossidanti e antinfiammatorie capaci di migliorare la performance di alta intensità ed il recupero post esercizio, ma che deve essere ancora ampiamente studiato anche per quanto riguarda l’integrazione alimentare; inoltre, generalmente i polifenoli non sono utili ai fini diagnostici per il monitoraggio dello stress ossidativo.

Le seguenti tabelle riassumono la distribuzione ed il quadro funzionale dei vari antiossidanti (rielaborati da [2]): antiossidanti enzimatici (Tab. 1), antiossidanti indiretti ionici e proteici (Tab. 2), e antiossidanti organici diretti sia lipofili (Tab. 3) che idrofili (Tab. 4).

Diagnosi clinica dello stress ossidativo

Il nutrizionista, per adempiere al suo ruolo con perizia, dovrebbe saper integrare i dati provenienti dalle metodiche più usate per la nutrizione, quali la BIA, la DEXA e l’antropometria, con analisi biochimiche specifiche e mirate che necessitano laboratori di analisi qualificati.

Per quanto riguarda la diagnosi di stress ossidativo è certamente più utile dosare gli antiossidanti enzimatici ed alcuni antiossidanti idrofili e lipofili piuttosto che usare dei test per la quantità totale di radicali liberi che possono dare luogo a reazioni secondarie non implicate nello stress ossidativo, o altri test della capacità antiossidante totale (TAC) che privilegiano gli antiossidanti più abbondanti trascurandone alcuni qualitativamente importanti [9,30].

Pertanto per il monitoraggio dello stress ossidativo in vivo, propongo alcune analisi di marcatori antiossidanti endogeni che potrebbero essere uno strumento utile e necessario per il nutrizionista dello sport sia da un punto di vista diagnostico che nutrizionale. Le analisi ematiche proposte sono: analisi spettrofotometriche degli antiossidanti enzimatici (SOD, CAT, GPx) e analisi cromatografiche di antiossidanti idrofili (GSH, Vit C e acido urico) e lipofili (Vit A, Vit E-tocoferoli, ubichinone, β-carotene e licopene). Riporto ora, come esempio, una serie di cromatogrammi relativi alle analisi di antiossidanti, sia idrofili che lipofili, derivanti da alcune metodiche cromatografiche in HPLC che ho messo a punto per monitorare lo stress ossidativo su campioni di plasma o di sangue intero.

Nutrizione e integrazione di antiossidanti

Le situazioni stressogene dell’allenamento possono favorire il controllo dell’alimentazione se svolte nei giusti limiti, ma se esagerate, possono provocare un disequilibrio nell’organismo dell’atleta che può comportare anche una riduzione delle difese antiossidanti. Pertanto, per ottimizzare la performance sportiva e svolgere un allenamento razionale sarebbe opportuno tenere sotto controllo lo stress ossidativo con analisi mirate e monitorarlo nel tempo in modo che si possano elaborare dei piani nutrizionali adeguati per l’atleta senza escludere la possibilità di una integrazione di antiossidanti.

In molti casi, una dieta bilanciata contenente una varietà di frutta e verdura è sufficiente per fornire all’organismo la quantità di vitamine, polifenoli, sali minerali, ecc. necessari per mantenere in equilibrio il pool antiossidante dell’organismo; ma, in altri casi può essere necessaria una integrazione.

Per valutare la capacità di neutralizzare i ROS dei vari alimenti ci si può avvalere delle tabelle ORAC (Oxygen Radical Absorbance Capacity), espresse in equivalenti di trolox (TE) per 100 gr di alimento (μmol TE / 100 gr). Sebbene il total ORAC sia molto utile per il nutrizionista, presenta le limitazioni di cui ho parlato nel paragrafo precedente riguardo alle metodiche TAC [30].

La supplementazione di integratori antistress è certamente più importante per atleti professionisti rispetto ai dilettanti in quanto in essi il turnover degli antiossidanti endogeni è più rapido in relazione alla frequenza e intensità degli allenamenti; ma dovrebbe essere presa in considerazione anche nei dilettanti specialmente se presentano alcune patologie comuni, come la celiachia e l’anoressia, dove si riscontrano spesso carenze nutrizionali.

È opportuno che gli atleti facciano uso di integratori quando siano realmente necessari sotto controllo di un nutrizionista. Ciò può accadere quando si verificano alcune condizioni particolari: ad esempio, un periodo di trasferta verso paesi con un approvvigionamento alimentare inadeguato o altrimenti limitato; un periodo prolungato di restrizione energetica necessaria per gestire gli obiettivi di peso e/o composizione corporea; una intolleranza alimentare o delle necessità nutrizionali specifiche degli atleti che devono rientrare in un certo peso di categoria; un programma di gare pesanti, che comporta l’interruzione dei normali schemi alimentari e la dipendenza da una gamma ristretta di alimenti e cibi sportivi; un periodo di recupero a seguito di un infortunio [7].

La somministrazione di antiossidanti specifici selezionati in base alla reale esigenza individuale permetterebbe di ristabilire l’omeostasi ossido-riduttiva dopo la prestazione sportiva e di prevenire gli infortuni. Si noti però che l’integrazione di antiossidanti consiste, spesso, di trattamenti mono-antiossidanti in distonia con l’ipotesi maggiormente accreditata che gli antiossidanti formano un pool dinamico ed integrato, in cui il deficit di uno o più componenti può essere compensato dall’incremento di una o più molecole dello stesso pool, in modo da mantenere l’omeostasi ossido-riduttiva [8]. Infatti, grandi dosi di integratori vitaminici antiossidanti (ad es. vitamine C ed E) possono essere controproducenti se sconvolgono l’equilibrio del complesso sistema antiossidante del corpo. In alcuni casi, è stato dimostrato che tale integrazione compromette le risposte migliorative dell’allenamento attenuando i percorsi ossidativi necessari per stimolare una risposta adattativa efficace a seguito di una sessione di sport [31].

Consideriamo ora le modalità di integrazione degli antiossidanti che possono essere gestiti dal nutrizionista, partendo dagli antiossidanti lipofili.

L’Ubichinolo (CoQ₁₀H₂) / ubichinone (CoQ₁₀) oltre alla sua funzione di trasportatore di elettroni e protoni per la catena respiratoria mitocondriale, nella sua forma ridotta, ubichinolo (CoQ₁₀H₂), agisce da potente antiossidante, essendo capace di prevenire sia la fase iniziale che la propagazione della lipoperossidazione nelle membrane biologiche. Negli sportivi una integrazione di ubichinone tende a migliorare la performance e a ridurre i danni tissutali senza avere controindicazioni (Tab. 5); inoltre, oggi sono disponibili integratori in cui l’ubichinone è mantenuto nella sua forma ridotta CoQ₁₀H₂ prontamente bioutilizzabile [7].

Riguardo alla Vit E (α-tocoferolo), antiossidante in grado di interrompere la lipoperossidazione delle membrane, essendo immagazzinata negli organi e soprattutto nel fegato, generalmente una dieta bilanciata è sufficiente per il suo relativo fabbisogno (Tab. 5); in particolare la frutta secca, come ad es. mandorle e nocciole, e molti olii vegetali contengono elevate quantità di Vit E: ad es. l’olio extravergine di oliva, l’olio di germe di grano, l’olio di semi di girasole, ecc. [7,8,21].

La Vit A (retinolo), per le sue proprietà antiossidanti, come tale non può essere somministrata direttamente agli sportivi perché si trasforma velocemente in prossidante; perciò nell’integrazione si predilige l’uso del suo precursore, il β-carotene o della forma esterificata di deposito della Vit A (Vit A palmitato). Sebbene oggi una carenza di Vit A sia piuttosto rara, nei casi in cui si richieda una sua integrazione è possibile adoperare l’olio di pesce (ad es. l’olio di fegato di merluzzo che contiene anche Vit D). Per quanto riguarda invece il fabbisogno di carotenoidi è generalmente sufficiente adottare una dieta ricca di frutta e ortaggi (Tab. 5).

L’acido α-lipoico (ALA) si presenta in due enantiomeri: l’enantiomero R-(+), biologicamente attivo, e l’enantiomero S-(-), spesso incluso negli integratori di ALA a base sintetica ma che si ritiene abbia una limitata attività biologica [7,21]. Nello sport l’acido α-lipoico eserciterebbe una funzione mioprotettiva impedendo la diminuzione della glutatione-transferasi, proteggendo il muscolo dal danno ossidativo e contrastando la perossidazione lipidica delle membrane; ma, mancano ancora prove dimostrative sugli atleti. Quando sia richiesta la sua integrazione, viene consigliata la contemporanea somministrazione di vitamine del gruppo B poiché esso può provocarne una perdita (Tab. 5). Si segnala inoltre un’urina maleodorante durante l’assunzione di acido α-lipoico [22].

Per quanto riguarda gli antiossidanti idrofili consideriamo innanzi tutto la Vit C (acido ascorbico). Oggi, una carenza di Vit C che potrebbe causare lo scorbuto è molto rara, mentre negli sportivi è divenuto più probabile un suo sovradosaggio. Troppa Vit C nella dieta non viene assorbita e i livelli in eccesso nel sangue sono rapidamente escreti nelle urine previa ossidazione ad acidi xilonico, ossalico e treonico; pertanto essa presenta una tossicità acuta notevolmente bassa. Comunque dosi superiori a 2 gr/die possono determinare mal di stomaco e diarrea [7,21].

Si noti che per gli sportivi l’integrazione di 1 g/die di Vit C per 8 settimane può inibire la mitocondriogenesi, ostacolando gli adattamenti funzionali indotti dall’allenamento; l’effetto inibente della Vit C è dovuto alla sua capacità di sopprimere l’espressione di PGC1-α, indotta dall’allenamento, il quale regola la biogenesi mitocondriale e l’ossidazione dei grassi [23]. Sembra, però, che la stessa dose fornita attraverso il cibo naturale possa migliorare le prestazioni probabilmente per un effetto di insieme dell’intero pool antiossidante (Tab. 5) [23].

Soltanto nei periodi di malattia è consigliato agli atleti consumare 0,5-1 g/die di Vit C a supporto del sistema immunitario, meglio se in associazione con l’integrazione di zinco (Tab. 5).

Altro importante antiossidante idrofilo è il glutatione (GSH). Si ritiene che la presenza nell’intestino delle gamma glutammil-transferasi, che idrolizzano il GSH assunto per via orale, possa ridurre la sua biodisponibilità; essa è ulteriormente ridotta anche dagli enterociti della mucosa intestinale che internalizzano il GSH sequestrandolo dal circolo ematico. Per questi motivi, si consiglia di integrarlo con precursori del glutatione come l’N-Acetil-Cisteina (NAC) oppure di somministrare il GSH per via sottolinguale dove può essere assorbito direttamente.

Il dosaggio giornaliero di glutatione suggerito in letteratura è di 50-600 mg, mentre quello dell’N-Acetil-Cisteina è di 200-600 mg distribuito in 1-3 dosi durante il giorno. Dosi più elevate di NAC (1600 mg/die per alcuni giorni) possono supportare l’atleta durante i periodi di allenamento intensivo, ma questo tipo di integrazione può comportare una serie di effetti collaterali quali: nausea, mal di stomaco, gas intestinale, gusto alterato, stordimento, lividi, arrossamento degli occhi, del viso o delle mani. Pertanto, la sua somministrazione deve essere tenuta sotto controllo medico (Tab. 5) [7].

L’acido urico ha la più alta concentrazione di tutti gli antiossidanti nel sangue e contribuisce alla metà della capacità antiossidante totale nel siero umano. Gli effetti positivi antiossidanti vengono però meno quando si instaura una condizione di iperuricemia, con una concentrazione superiore a 7 mg/dl di acido urico nel sangue; in tali condizioni esso può precipitare e accumularsi nelle articolazioni e nel tessuto connettivo, causando la nota patologia detta gotta.

Praticare uno sport ed una dieta a basso tasso di purine tendenzialmente fa migliorare i valori dell’acido urico ematico nel caso sia stata riscontrata nel soggetto una tendenza all’iperuricemia. Negli atleti un cibo ricco di purine e aminoacidi insieme ad una non corretta idratazione, associata all’attività fisica intensa, possono comportare un aumento della concentrazione di acido urico nel sangue anche se raramente si può arrivare ad una condizione di iperuricemia; più spesso essa è associata a patologie vere e proprie. Si tenga presente, però, che negli sport di endurance, come nella maratona, a fine gara si registra un aumento significativo dei valori di acido urico a seguito di un eccessivo sforzo muscolare che è in relazione con: la perdita di acqua e sali minerali, la necrosi muscolare e l’alterazione del metabolismo energetico che incrementa il catabolismo proteico [24].

Altri due importanti metaboliti del muscolo per i quali è stata riscontrata attività antiossidante e che vengono comunemente impiegati nell’integrazione sportiva sono: la carnitina e la carnosina.

L’L-carnitina, nota per la sua funzione di trasportatore di acidi grassi nella matrice mitocondriale attraverso il sistema navetta carnitina/acil-carnitina e per essere un sistema tampone di gruppi acetilici bioutilizzabili dall’acetil CoA, è adoperata come integratore perché avrebbe la capacità di facilitare il recupero dopo la performance atletica e la riparazione del tessuto muscolare; aiuterebbe poi a ritardare l’insorgenza della fatica, a mantenere i livelli di energia elevati per periodi prolungati durante sforzi fisici ad alta intensità e, inoltre, aumenterebbe la resistenza. Purtroppo però gli studi che riguardano gli effetti della sua integrazione a breve e a lungo termine sono ancora insufficienti anche perché non è semplice dosare i suoi livelli di concentrazione all’interno dei muscoli. Inoltre, potrebbero essere necessari lunghi periodi di integrazione di L-carnitina per aumentare realmente i suoi livelli nel muscolo e la sua assimilazione necessita la coingestione di dosi elevate di carboidrati (circa 80 g di carboidrati per 1,5 g di carnitina) [7].

La carnosina è un dipeptide (β-alanil-L-istidina) noto soprattutto per la sua azione di tampone degli H⁺ derivanti dalla deprotonazione dell’acido lattico durante l’attività muscolare, il quale causa un progressivo declino della capacità contrattile con conseguente riduzione della prestazione. Oltre a ciò la carnosina è uno “scavenger” diretto nei confronti di ROS e NOS riducendo la formazione di ALEs (Advanced Lipoxidation End-products), e possiede attività antiglicante su proteine e/o lipidi contrastando la formazione di AGEs (Advanced Glycation End-products). Pertanto la sua integrazione nella dieta dell’atleta può migliorare le prestazioni sportive per un effetto combinato dovuto alle sue proprietà di tampone e antiossidanti insieme [25,26].

Quando la carnosina viene ingerita con gli alimenti (soprattutto carne e pesce) essa viene rapidamente scissa in β-alanina e L-istidina; pertanto, per quanto riguarda la sua integrazione, si preferisce usare la β-alanina, il precursore che rappresenta il fattore limitante della biosintesi del relativo dipeptide e che è in grado di aumentare la concentrazione di carnosina muscolare [7]. La β-alanina, però, provoca un effetto collaterale detto parestesia (tremolio), e perciò si preferisce somministrarla agli atleti in capsule gelatinose a rilascio prolungato contenenti carbossimetilcellulosa, un polimero addensante capace di limitare tale effetto [28].

Migliorie funzionali dovute all’aumento di carnosina muscolare per effetto dell’integrazione di β-alanina si manifestano sulle prestazioni di resistenza e negli esercizi ad alta intensità, riducendo anche il rischio di lesioni e affaticamento. I protocolli di integrazione possono essere differenti a seconda delle necessità dell’atleta (Tab. 5). Inoltre, il maggior aumento di carnosina nel muscolo si registra soprattutto nelle prime fasi di integrazione (prima settimana) rispetto alle settimane successive [7].

Sebbene non sia propriamente un antiossidante, è opportuno menzionare la Vit D (gruppo A secondo AIS) che possiede la capacità di ridurre lo stress ossidativo indirettamente regolando alcune vie biochimiche mediante la sua interazione con lo specifico recettore di membrana (vitamin D receptor – VDR) [29,17]. Sembra che l’effetto antiossidante della vitamina D nella maggior parte dei tessuti sia dovuto all’aumento dell’espressione dell’enzima glucosio-6-fosfato-deidrogenasi (G6PD), che, producendo NADPH, favorisce le attività di alcuni antiossidanti enzimatici come CAT e GPx, oltre ai processi anabolici relativi alla biosintesi degli acidi grassi e del colesterolo [29].

Studi recenti dimostrano che l’integrazione di Vit D in dosi comprese tra 100.000 e 200.000 UI al mese, abbia la maggiore influenza su alcuni parametri di stress ossidativo, come la malondialdeide (MDA); a questi dosaggi anche il livelli di ossido nitrico (NO) possono aumentare, migliorando la funzione endoteliale, facilitando il rilassamento della muscolatura liscia, aumentando l’afflusso di sangue, e infine fornendo più agenti antiossidanti ai tessuti [29]. Per gli atleti in cui sia stata identificata una carenza di Vit D si consiglia una integrazione di 2000 UI/die per 1-2 mesi, a seconda del periodo dell’anno, per ripristinare i valori normali [7].

Per concludere, vorrei spendere qualche parola riguardo all’integrazione di nitrato dietetico mediante il succo di barbabietola (gruppo A secondo AIS) in quanto rientra nella gestione dello stress ossidativo agendo sul percorso metabolico nitrato-nitrito-NO. Infatti, si ritiene che i benefici del succo di barbabietola dipendano dalle funzioni dell’NO che regola la vasodilatazione, la respirazione mitocondriale, ecc. (si vedano i paragrafi precedenti).

Studi recenti indicano che l’integrazione alimentare di nitrati può migliorare la potenza muscolare, lo sprint e le prestazioni di esercizio intermittenti di alta intensità, rendendo applicabile una potenziale integrazione di nitrati a sport sia individuali che di squadra [32].

Si consiglia di consumare una dose di nitrato di 6-8 mmol (~350-500 mg) 2-3 ore prima dell’inizio dell’esercizio fisico o della competizione, oppure per diversi giorni prima della competizione [33].

Non dobbiamo dimenticare, però, che l’NO, reagendo con il superossido (O₂^.-), può dare origine al dannoso perossinitrito (ONOO^–), pertanto una integrazione di nitrati dovrebbe essere usata con cautela e somministrata ad atleti monitorati in cui si è sicuri che il pool antiossidante sia integro ed in grado di tenere sotto controllo i sottoprodotti radicalici nocivi dell’NO.

Conclusioni

Lo stress ossidativo è un fenomeno chiave nei processi adattativi dell’allenamento, ma è anche la causa dell’invecchiamento e dei processi infiammatori che accompagnano le patologie; pertanto il nutrizionista che riesca ad individuarlo, interpretarlo e modularlo con la dieta ha certamente un ruolo importante per la salute e la performance dell’atleta. Secondo la mia interpretazione, bisogna avvalersi della metodica BIA/BIVA per una prima diagnosi, per poi approfondire attraverso l’analisi clinica delle molecole implicate nello stress ossidativo proposte in questa trattazione, le quali sono importanti sia dal punto di vista diagnostico che nutrizionale.

In sintesi, nonostante sia necessaria una visione olistica per la comprensione e la diagnosi dello stress ossidativo nello sport, l’allenatore ed il nutrizionista dovrebbero essere in grado di personalizzare quanto più sia possibile rispettivamente gli allenamenti e l’alimentazione in modo che sia possibile preservare la salute dell’atleta dai potenziali danni ossidativi pur adempiendo alle richieste della performance nel contesto sportivo.

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Ringraziamenti