Perché l’esercizio fisico fa bene

Decenni di prove dimostrano che l’esercizio fisico porta a vite più sane e più lunghe. I ricercatori stanno appena iniziando a capire cosa fa l’esercizio fisico alle cellule per raccogliere questa ricompensa.

Quando Bente Klarlund Pedersen si sveglia la mattina, la prima cosa che fa è indossare le scarpe da ginnastica e fare una corsa di 5 chilometri – e non si tratta solo di mantenersi in forma. Klarlund Pedersen è specializzato in medicina interna e malattie infettive all’Università di Copenaghen.

Che si tratti di correre o di sollevare pesi, non è un segreto che l’esercizio fisico faccia bene alla salute. La ricerca ha scoperto che camminare a ritmo sostenuto per 450 minuti ogni settimana è associato a vivere circa 4,5 anni in più rispetto a non fare attività fisica nel tempo libero e che impegnarsi in un’attività fisica regolare può rafforzare il sistema immunitario e allontanare malattie croniche, come il cancro, malattie cardiovascolari e diabete di tipo 2. “Ma“, dice Dafna Bar-Sagi, biologa cellulare della New York University, “la domanda scottante è: come fa l’esercizio fisico a produrre i suoi effetti di miglioramento della salute?“.

“Sappiamo che è positivo fare esercizio fisico, ma c’è ancora un enorme divario nella comprensione di ciò che sta facendo alle cellule”, afferma Bar-Sagi, che cammina su un tapis roulant per 30 minuti, cinque giorni alla settimana.

Negli ultimi dieci anni, i ricercatori hanno iniziato a ricostruire un quadro del vasto labirinto di processi cellulari e molecolari che vengono attivati ​​in tutto il corpo durante – e anche dopo – un allenamento. Alcuni di questi processi riducono l’infiammazione, mentre altri accelerano la riparazione e il mantenimento cellulare. L’esercizio spinge anche le cellule a rilasciare molecole di segnalazione che trasportano una frenesia di messaggi tra organi e tessuti: dalle cellule muscolari al sistema immunitario e cardiovascolare o dal fegato al cervello.

“Ma i ricercatori stanno appena iniziando a capire il significato di questa cacofonia di diafonia“, afferma Atul Shahaji Deshmukh, biologo molecolare dell’Università di Copenaghen. “Ogni singola molecola non funziona da sola nel sistema”, afferma Deshmukh, a cui piace andare in mountain bike durante l’estate. “È un’intera rete che funziona insieme“.

L’esercizio di resistenza provoca una reazione molecolare multiorgano in tutto il corpo

Anche l’attività fisica sta attirando l’attenzione dei finanziatori. Il National Institutes of Health (NIH), ad esempio, ha investito 170 milioni di dollari in uno studio di sei anni su persone e ratti, che mira a creare una mappa completa delle molecole dietro gli effetti dell’esercizio fisico e di come cambiano durante l’attività fisica, dopo un allenamento. Il consorzio dietro lo studio ha già pubblicato la prima tranche di dati provenienti da studi sui ratti, che esplorano come l’esercizio fisico induca cambiamenti negli organi, nei tessuti e nell’espressione genetica e come tali cambiamenti differiscano tra i sessi.

Costruire una visione più nitida del mondo molecolare dell’esercizio fisico potrebbe rivelare bersagli terapeutici per farmaci che ne imitano gli effetti, offrendo potenzialmente i benefici dell’esercizio fisico in una pillola. Tuttavia, è controverso se tali farmaci possano simulare tutti i vantaggi di quelli reali.

“Il lavoro potrebbe anche offrire indizi su quali tipi di attività fisica possono apportare benefici alle persone con malattie croniche“, afferma Klarlund Pedersen. “Pensiamo che tu possa prescrivere l’esercizio fisico come puoi prescrivere una medicina“, dice.

Cablato per l’esercizio

L’esercizio fisico è un filo conduttore fondamentale nella storia evolutiva umana. Sebbene altri primati si siano evoluti come specie abbastanza sedentarie, gli esseri umani sono passati a uno stile di vita di cacciatori-raccoglitori che richiedeva di camminare per lunghe distanze, trasportare carichi pesanti di cibo e occasionalmente scappare dalle minacce.

“Quelli con una migliore abilità atletica erano meglio attrezzati per vivere una vita più lunga, il che rendeva l’esercizio fisico una parte fondamentale della fisiologia umana”, afferma Daniel Lieberman, paleoantropologo dell’Università di Harvard a Cambridge, nel Massachusetts. “Il passaggio a uno stile di vita più attivo ha portato a cambiamenti nel corpo umano: l’esercizio brucia energia che altrimenti verrebbe immagazzinata sotto forma di grasso, il che, in quantità eccessiva, aumenta il rischio di malattie cardiovascolari, diabete di tipo 2 e alcuni tumori. Lo stress indotto dalla corsa o dal pompaggio di ferro ha il potenziale di danneggiare le cellule, ma avvia anche una cascata di processi cellulari che lavorano per invertire tali effetti. Questo può lasciare il corpo in una forma migliore di quanto sarebbe senza esercizio”, dice Lieberman.

I ricercatori esplorano alcuni dei cambiamenti biologici che si verificano durante l’esercizio fisico per più di un secolo. Nel 1910, il farmacologo Fred Ransom dell’Università di Cambridge, nel Regno Unito, scoprì che le cellule muscolari scheletriche secernono acido lattico, che viene creato quando il corpo scompone il glucosio e lo trasforma in carburante. E nel 1961, i ricercatori ipotizzarono che il muscolo scheletrico rilasciasse una sostanza che aiuta a regolare il glucosio durante l’esercizio.

C’erano in serbo altri indizi. Nel 1999, Klarlund Pedersen e i suoi colleghi hanno raccolto campioni di sangue dai corridori prima e dopo aver preso parte a una maratona e hanno scoperto che diverse citochine – un tipo di molecola immunitaria – aumentavano immediatamente dopo l’esercizio e che molte rimanevano elevate fino a 4 ore dopo. Tra queste citochine c’era l’interleuchina-6 (IL-6), una proteina dalle molteplici sfaccettature che svolge un ruolo chiave nella risposta di difesa dell’organismo. L’anno successivo, Klarlund Pedersen e i suoi colleghi scoprirono che IL-6 viene secreta dalla contrazione dei muscoli durante l’esercizio, rendendola una “exerkine”, il termine generico per i composti prodotti in risposta all’esercizio.

Livelli elevati di IL-6 possono essere benefici o dannosi, a seconda di come viene provocata. “A riposo, troppa IL-6 ha un effetto infiammatorio ed è collegata all’obesità e alla resistenza all’insulina, un segno distintivo del diabete di tipo 2″, afferma Klarlund Pedersen. Ma durante l’attività fisica, la molecola attiva i suoi membri della famiglia più calmanti, come IL-10 e IL-1, che attenuano l’infiammazione e i suoi effetti dannosi. “Con ogni sessione di esercizio si provoca una risposta antinfiammatoria“, afferma Klarlund Pedersen. “Sebbene una certa attività fisica sia meglio di niente, esercizi ad alta intensità e di lunga durata che impegnano grandi muscoli – come la corsa o il ciclismo – aumenteranno la produzione di IL-6“, aggiunge Klarlund Pedersen.

L’esercizio fisico è un atto di equilibrio anche in altri modi. L’attività fisica produce stress cellulare e alcune molecole controbilanciano questo effetto dannoso. Quando i mitocondri – le centrali elettriche che forniscono energia alle cellule – aumentano la produzione durante l’esercizio, producono anche più sottoprodotti chiamati specie reattive dell’ossigeno (ROS), che, in quantità eccessive, possono danneggiare proteine, lipidi e DNA. Ma questi ROS avviano anche un’orda di processi protettivi durante l’esercizio, compensando i loro effetti più tossici e rafforzando le difese cellulari.

Tra le stelle molecolari in questo arsenale di mantenimento e riparazione ci sono le proteine ​​PGC-1α, che regolano importanti geni del muscolo scheletrico, e NRF2, che attiva i geni che codificano per enzimi antiossidanti protettivi. Durante l’esercizio, il corpo ha imparato a trarre vantaggio da un processo fondamentalmente stressante. “Se lo stress non ti uccide, ti rende più forte”, afferma Ye Tian, ​​genetista presso l’Istituto di genetica e biologia dello sviluppo, Accademia cinese delle scienze, Pechino.

Esercizi ovunque

Da quando l’IL-6 ha inaugurato l’era dell’exerkine, l’esplosione della multiomica – un approccio che combina vari set di dati biologici, come il proteoma e il metaboloma – ha permesso ai ricercatori di andare oltre la caccia alle singole molecole. “Ora i ricercatori possono iniziare a districare la contorta rete molecolare che si trova dietro l’esercizio fisico e il modo in cui interagisce con i diversi sistemi del corpo“, afferma Michael Snyder, genetista della Stanford University in California, che recentemente è passato dalla corsa al sollevamento pesi. “Dobbiamo capire come funzionano tutti questi elementi insieme, perché gli esseri umani sono una macchina omeostatica che deve essere adeguatamente sintonizzata“, afferma.

Nel 2020, Snyder e i suoi colleghi hanno prelevato campioni di sangue da 36 persone di età compresa tra 40 e 75 anni prima, durante e a vari intervalli di tempo dopo che i volontari correvano su un tapis roulant. Il team ha utilizzato la profilazione multiomica per misurare più di 17.000 molecole, più della metà delle quali hanno mostrato cambiamenti significativi dopo l’esercizio. Hanno anche scoperto che l‘esercizio fisico innesca un’elaborata “coreografia” di processi biologici come il metabolismo energetico, lo stress ossidativo e l’infiammazione. “Creare un catalogo di molecole legate all’esercizio fisico è un primo passo importante per comprenderne gli effetti sul corpo”, afferma Snyder.

Altri studi hanno indagato in che modo l’esercizio fisico influisce sui tipi di cellule. Uno studio del 2022 sui topi condotto da Jonathan Long, un patologo dell’Università di Stanford, ha identificato più di 200 tipi di proteine ​​espresse in modo diverso da 21 tipi di cellule in risposta all’esercizio fisico. I ricercatori si aspettavano di scoprire che le cellule del fegato, dei muscoli e delle ossa sarebbero state le più sensibili all’esercizio fisico, ma con loro sorpresa, hanno scoperto che un tipo di cellula molto più diffuso, che appare in molti tessuti e organi, mostrava il più grande cambiamento nelle proteine ​​che ha prodotto o rifiutato. “I risultati suggeriscono che più tipi di cellule cambiano marcia durante un allenamento, anche se cosa significano questi cambiamenti per il corpo è ancora una questione aperta”, dice Long.

I risultati hanno anche mostrato che dopo l’esercizio, le cellule del fegato dei topi hanno spremuto diversi tipi di enzimi carbossilesterasi, noti per accelerare il metabolismo. Quando Long e i suoi colleghi modificarono geneticamente i topi in modo che i loro fegati esprimessero livelli elevati di questi enzimi che migliorano il metabolismo e poi li alimentarono con una dieta a base di cibi grassi, i topi non sono aumentati di peso. Avevano anche una maggiore resistenza quando correvano su un tapis roulant. “Il miglioramento delle prestazioni fisiche da parte di queste carbossilesterasi secrete non era noto prima”, afferma Long, il cui programma di esercizi settimanali prevede il nuoto e il sollevamento pesi. Aggiunge che se gli enzimi potessero essere prodotti nelle giuste quantità e purezza, potrebbero essere usati come composti che imitano l’esercizio.

Diversi team sono già nelle fasi iniziali dello sviluppo di terapie che imitano l’esercizio. Nel marzo 2023, un team guidato da Thomas Burris, un farmacologo dell’Università della Florida a Gainesville, ha identificato un composto che prende di mira le proteine ​​chiamate recettori correlati agli estrogeni, noti per innescare percorsi metabolici chiave nei tessuti ad alta intensità energetica, come il cuore. e muscolo scheletrico, in particolare durante l’esercizio. Quando i ricercatori hanno somministrato il composto – chiamato SLU-PP-332 – ai topi, hanno scoperto che i roditori trattati erano in grado di correre il 70% più a lungo e il 45% più lontano rispetto ai topi non trattati. Sei mesi dopo, uno studio separato, condotto sempre da Burris, ha scoperto che i topi obesi trattati con il farmaco perdevano peso e guadagnavano meno grasso rispetto a quelli che non avevano ricevuto il trattamento, anche se la loro dieta era la stessa e non facevano esercizio fisico. non più del solito.

Esistono già prove che l’esercizio stesso agisce come una medicina. Nel 2022, Bar-Sagi e i suoi colleghi hanno scoperto che topi affetti da cancro al pancreas avevano livelli elevati di cellule T CD8 (che distruggono le cellule cancerose e infette da virus) quando facevano 30 minuti di esercizio aerobico per 5 giorni alla settimana. Queste cellule killer esprimono un recettore per l’IL-15, un’altra exechina rilasciata dai muscoli durante l’esercizio. I ricercatori hanno scoperto che quando le cellule T CD8 si legano all’IL-15, scatenano una risposta immunitaria più potente sui tumori del pancreas. Questo effetto ha prolungato la sopravvivenza dei topi affetti da tumore di circa il 40%, rispetto a quella dei topi di controllo.

Leggi anche:L’esercizio fisico può davvero invertire l’invecchiamento?

Sebbene fare più esercizio fisico sia un gioco da ragazzi per migliorare la salute, circa il 25% degli adulti a livello globale non soddisfa i livelli di esercizio fisico raccomandati dall’Organizzazione Mondiale della Sanità ogni settimana: 150-300 minuti o più di esercizio fisico di intensità moderata, come una camminata veloce; o 75-150 minuti di esercizio fisico ad alta intensità, come la corsa. David James, un fisiologo dell’esercizio fisico presso l’Università di Sydney in Australia, che va al lavoro ogni giorno in bicicletta, afferma che comprendere il funzionamento interno dell’esercizio fisico potrebbe aiutare a sviluppare messaggi di salute pubblica più chiari sul perché l’attività fisica è importante e su come può compensare il rischio di contrarre malattie croniche.

“È un messaggio potente“, afferma James.

Immagine Credit Public Domain.

Fonte: Nature