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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
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La Storia : 1954
Pierluigi Gargiulo MD
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Pierluigi Gargiulo MD
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Mount Sinai Hospital
Pierluigi Gargiulo MD
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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?
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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
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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.
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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
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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
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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
Pierluigi Gargiulo MD
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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.
Pierluigi Gargiulo MD
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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
Pierluigi Gargiulo MD
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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
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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.
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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
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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.
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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
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Valutazione globale:
DROM test : misura del livello di specie radicaliche
BAPtest: misura della capacità antiossidante
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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
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