I benefici dell'attività fisica, cellula per cellula

Che si tratti di correre o di sollevare pesi, non è un segreto che l’esercizio fisico faccia bene alla salute. È ormai provato che camminare ogni giorno e impegnarsi in un’attività fisica regolare sia in grado di rafforzare il sistema immunitario e allontanare malattie croniche, come cancro, malattie cardiovascolari e diabete. Ma come fa l’attività fisica a produrre i suoi effetti benefici sulla salute? Tutto comincia dalle cellule e la biologia cellulare sta iniziando a comprendere sempre meglio quali processi e molecole ci siano dietro gli effetti dell’esercizio fisico e di come questi cambino durante e dopo l’allenamento.

UNA SINFONIA DI MESSAGGI DA DECIFRARE

Negli ultimi dieci anni, i ricercatori hanno iniziato a costruire 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 serie di messaggi tra organi e tessuti: dalle cellule muscolari al sistema immunitario e cardiovascolare, o dal fegato al cervello. Costruire una visione più chiara del mondo molecolare dell’esercizio fisico potrebbe rivelare bersagli terapeutici per farmaci che ne imitano gli effetti e offrire indizi su quali tipi di attività fisica possano apportare benefici alle persone con malattie croniche, un po’ come quando ci viene prescritto un farmaco.

EVOLUTI PER L'ESERCIZIO FISICO

L’esercizio fisico è un filo conduttore fondamentale nella storia evolutiva umana. Mentre altri primati si sono 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 avvantaggiati e riuscivano a vivere una vita più lunga, il che rendeva l’esercizio fisico una parte fondamentale della fisiologia umana. 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.

OLTRE UN SECOLO DI STUDI

I ricercatori hanno iniziato ad esplorare alcuni dei cambiamenti biologici che si verificano durante l’esercizio fisico più di un secolo fa. Nel 1910, il farmacologo Fred Ransom dell'Università di Cambridge, nel Regno Unito, scoprì che le cellule muscolari scheletriche secernono acido lattico, che viene prodotto quando il corpo scompone il glucosio e lo trasforma in “carburante” per le sue attività. E, nel 1961, i ricercatori ipotizzarono che il muscolo scheletrico mettesse in atto dei meccanismi in grado di regolare l’apporto di glucosio durante l’esercizio. Nel 1999, è stato scoperto che diverse citochine – un tipo di molecole prodotte dal sistema immunitario – 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. Venne scoperto che l’IL-6 viene secreta in seguito alla contrazione dei muscoli durante l’esercizio e, per questo, venne soprannominata “exerkina”, termine oggi utilizzato per indicare tutti i composti prodotti in risposta all’esercizio. In particolare, durante l'attività fisica, la molecola attiva alcuni membri della sua famiglia, come IL-10 e IL-1ra, che attenuano l'infiammazione e i suoi effetti dannosi.

NON SOLO CITOCHINE

Come emerso dall’osservazione che le citochine, secrete anche in risposta allo stress, in realtà svolgano un ruolo positivo quando prodotte in seguito all’attività fisica, è stato dimostrato che anche altre molecole svolgono un’azione simile. Ad esempio, quando i mitocondri – le centrali elettriche che forniscono energia alle cellule – si attivano durante l’esercizio, producono più sottoprodotti di specie reattive dell’ossigeno (ROS), che, in quantità eccessive, possono danneggiare proteine, lipidi e DNA. Ma i ROS avviano anche un’onda di processi protettivi durante l’attività fisica, compensando i loro effetti più tossici e rafforzando le difese cellulari. Altri protagonisti molecolari dell’attività sportiva sono le proteine PGC-1α, che regola importanti geni del muscolo scheletrico, e NRF2, che attiva i geni che codificano per enzimi antiossidanti protettivi. In sostanza, durante l'esercizio, il corpo ha imparato a trarre vantaggio da processi che, in realtà, avrebbero prodotto uno stress cellulare.

LE SCOPERTE RECENTI

Da quando l’IL-6 ha inaugurato l’era dell’exerkine, l’esplosione della multiomica – un approccio che combina vari tipi di dati biologici, come l’insieme delle proteine (proteoma) e dei metaboliti (metaboloma) – ha permesso ai ricercatori di andare oltre la caccia alle singole molecole. Ora, infatti, siamo in grado di districare la contorta rete molecolare che si trova dietro l'esercizio fisico e il modo in cui interagisce con i diversi sistemi del corpo, per capire sempre meglio come funzionano tutti questi elementi nel loro insieme. Creare un catalogo di molecole legate all'esercizio fisico è un primo passo per comprendere i loro effetti sul corpo e molti ricercatori in tutto il mondo se ne stanno occupando. Sono state già identificate migliaia di molecole che mostrano cambiamenti significativi durante l’attività fisica o in seguito. Non solo, si è anche osservato che diversi tipi di cellule rispondono allo sport producendo molecole differenti. Inoltre, dagli studi più recenti è emerso che, durante un allenamento, organi e tessuti distanti comunicano tra loro attraverso segnali molecolari. Per questo, insieme alle exerchine, emerge sempre più il ruolo delle vescicole extracellulari (EV), strutture a forma di bolla che trasportano materiale biologico nell’organismo, che potrebbero essere uno dei meccanismi alla base del dialogo tra organi e tessuti.

IL MOVIMENTO COME MEDICINA

La conoscenza sempre più dettagliata dei meccanismi molecolari e cellulari alla base dei benefici dell’attività sportiva potrebbero, in futuro, essere applicate all’utilizzo dell’allenamento come terapia per alcune condizioni patologiche. Per questo, sono in corso studi su larga scala per costruire un’istantanea molecolare dettagliata di come lo sport eserciti i suoi effetti benefici sulla salute attraverso i tessuti e gli organi. Nel 2016, il National Institutes of Health (NIH) ha istituito il Molecular Transducers of Physical Activity Consortium (MoTrPAC), uno studio della durata di sei anni condotto su circa 2.600 persone e più di 800 ratti, che mira a generare una mappa molecolare dell’esercizio. Si tratta di uno dei più grandi studi sull’attività fisica mai condotto, che ha già permesso di identificare alcuni effetti protettivi dell’allenamento sulla salute, come ad esempio il miglioramento di malattie infiammatorie intestinali e delle lesioni dei tessuti. Non solo, altri studi hanno dimostrato un effetto positivo dello sport sui linfociti T CD8, cellule del nostro sistema immunitario che sono in grado di distruggere le cellule cancerose e infettate da virus.

CI ALLENIAMO ANCORA TROPPO POCO

Sebbene fare esercizio fisico sia ormai ampiamente riconosciuto come benefico per la salute, circa il 25% degli adulti a livello globale non soddisfa i livelli di esercizio fisico raccomandati dall’Organizzazione Mondiale della Sanità, pari a 150-300 minuti o più di esercizio fisico di intensità moderata a settimana, come una camminata veloce, o 75-150 minuti di esercizio fisico ad alta intensità, come la corsa. Comprendere come l’esercizio fisico agisca dall’interno, fin dalle nostre cellule, per migliorare la nostra salute, ci aiuterà ad essere sempre più consapevoli del perché l’attività fisica sia importante per il nostro benessere e di come sia in grado di compensare il rischio di contrarre malattie croniche. In futuro, i ricercatori esploreranno sempre più approfonditamente anche il perché l'esercizio fisico abbia effetti diversi su persone di sesso, età e origine etnica differenti. Aumentare queste consapevolezze, a livello della società, potrebbe rappresentare un nuovo stimolo per promuovere ulteriormente stili di vita salutari nella popolazione.