Una sfida crescente nella ricerca oggi, è il riuscire a mantenere una vita quanto più possibile indipendente in età anziana. Ovviamente l’indipendenza funzionale, è direttamente collegata alla forma fisica. Tra i cambiamenti fisiologici associati all’invecchiamento, quelli che colpiscono il sistema cardio-respiratorio / vascolare e i muscoli scheletrici, possono influenzare maggiormente la forma fisica, e l’esercizio fisico, può attenuare questo decadimento.
L’Esercizio fisico regolare, in particolare aerobico, di moderata intensità (70% del VO2max o 80% della massima frequenza cardiaca), ha un effetto restauro sui fattori di rischio cardiovascolari. L’esercizio aumenta l’attivazione di ossido nitrico sintasi, con aumento dell’angiogenesi. Durante l’invecchiamento, il sistema nervoso simpatico (SNS), verso tessuti periferici, aumenta la sua attività per stimolare termogenesi e quindi prevenire l’aumento di adiposità. Però la sua iper-attivazione cronica, ha effetti deleteri sul sistema cardiovascolare, riducendo il flusso sanguigno periferico, aumentato la pressione arteriosa, alterando la funzione baroriflessa e portando ad ipertrofia delle grandi arterie. Può anche aumentare l’insulino-resistenza aumentando così il rischio di sindrome metabolica.
L’allenamento aerobico, ha un benefico effetto dose-risposta nell’attenuare la disfunzione del sistema autonomo, agendo maggiormente sulla funzione del baroriflesso.
Mentre, programmi di forza, sono particolarmente utili per migliorare la massa muscolare e / o forza negli anziani.
ESERCIZIO FISICO E FRAGILITÀ NEGLI ANZIANI
Faber et al. hanno trovato che programmi di esercizi di gruppo a intensità moderata (per lo più basati sugli esercizi di deambulazione e di equilibrio), hanno avuto effetti positivi sulle prestazioni fisiche in anziani in pre-fragilità. Fiatarone et al. hano riferito che i soggetti fragili, hanno migliorato i loro risultati nella forza muscolare delle gambe anche del 220%, dopo un programma di allenamento della forza di 10 settimane (3 serie per 8 ripetizioni all’80% di 1RM, 3 volte a settimana). Così via, tanti studiosi hanno riportato benefici nell’autonomia dei soggetti anziani, grazie all’esercizio fisico.
L’American College of Sports Medicine raccomanda infatti sessioni di esercizio multi-componente (forza, resistenza, flessibilità ed equilibrio), per mantenere la forma fisica negli anziani.
ESERCIZIO FISICO E INVECCHIAMENTO DEL TESSUTO MUSCOLARE
I meccanismi molecolari forniti dagli adattamenti all’esercizio dipendono da specifici percorsi di segnalazione attivati da numerosi stimoli come: alterazioni nelle concentrazioni di metaboliti, adenosina trifosfato (ATP), adenosina difosfato (ADP), flusso di calcio, pH intracellulare, bilancio redox, produzione di ROS e pressione di ossigeno intracellulare. Di conseguenza, diversi importanti adattamenti nel muscolo scheletrico, come la biogenesi mitocondriale, la difesa antiossidante, ipertrofia, cito-protezione e trasformazione delle fibre, sono regolati principalmente da questi percorsi. L’esercizio fisico aumenta la fosforilazione di proteina chinasi calcio / calmodulina-dipendente (CaMK), in maniera proporzionale all’intensità. Ciò migliora il trasporto di glucosio, assorbimento / ossidazione lipidica e plasticità dei muscoli scheletrici. L’esercizio stimola anche percorsi correlati alla chinasi delle proteine mitogene-attivate (MAPK), andando a stimolare la trascrizione a monte dei fattori genici della PGC-1a. Inoltre, i MAPK regolano una vasta gamma di processi fisiologici, come differenziazione, ipertrofia, infiammazione e espressione genica.
Il ruolo dei ROS negli adattamenti indotti dall’esercizio, ci spiegano che, l’esercizio acuto attiva la segnalazione di JNK (ROS-dipendente). Aumenti indotti dalla contrazione nella secrezione di interleuchina-6 (con azione anti-infiammatoria), è dipendente da del JNK. L’AMPK è una serina / treonina chinasi che modula il metabolismo cellulare attraverso la fosforilazione degli enzimi metabolici. Dato il tasso di turnover dell’ATP durante la contrazione muscolare, l’AMPK agisce come un trasduttore di segnale per adattamenti metabolici per permettere di rispondere ad uno stato energetico cellulare alterato. Complessivamente, l’attivazione di AMPK preserva l’ATP inibendo i percorsi di biosintetici anabolici, mentre va a stimolare i percorsi catabolici per ristabilire l’energia cellulare. L’attivazione cronica di AMPK modifica l’espressione genica del metabolismo, stimolando biogenesi mitocondriale. La crescita muscolare adattiva, conseguente a carichi meccanici indotti dall’esercizio di resistenza è in gran parte determinato dalla sintesi proteica nel muscolo scheletrico, aumentata dall’attivazione di mTOR e proteina S6K ribosomiale (p70S6K). Questa proteina ribosomiale (p70S6K), è un importante regolatore della sintesi delle proteine muscolari attraverso percorsi di traduzione delle proteine e biogenesi dei ribosomi. La regolazione meccanica della sintesi proteica muscolare coinvolge altre proteine di segnalazione, come l’adesione focale chinasi (FAK). Le proteine FAK sono punti chiave per la trasmissione della forza contrattile in tutta la struttura del muscolo scheletrico e partecipa ai meccanismi volti ad innescare la sintesi proteica.
Anche l’Hypoxia-inducible factor (HIF), un fattore di trascrizione, regola la via principale di trasduzione del segnale, sensibile alla pressione parziale intracellulare di ossigeno. L’attivazione di questo fattore HIF-1 da parte dell’esercizio aerobico, induce la trascrizione dei geni bersaglio coinvolti in eritropoiesi, angiogenesi, glicolisi e metabolismo energetico.
ESERCIZIO FISICO E NEURODEGENERAZIONE
L’esercizio fisico produce benefici importanti in diverse malattie neurodegenerative (es. malattia di Alzheimer). L’esercizio, in particolare l’esercizio aerobico, è benefico perché migliora diverse funzionalità, inclusa la regolazione dello stress ossidativo, sistemi di autofagia, segnalazione neurotrofica, biogenesi mitocondriale, angiogenesi, neurogenesi.
Lo stress ossidativo gioca un ruolo importante nell’eziologia della Malattia di Alzheimer. Il cervello è particolarmente sensibile allo stress ossidativo rispetto ad altri organi, a causa del suo alto tasso metabolico (consumo di ossigeno elevato) insieme alla sua bassa capacità di difesa antiossidante. L’esercizio aumenta l’attività del glutatione perossidasi (GPx) in tutto il cervello, la superossido dismutasi (SOD) e l’attività GPx nel tronco cerebrale e corpo striato. L’esercizio attenua l’invecchiamento e la neurodegenerazione attraverso la sovraregolazione di fattori neurotrofici, come il (BDNF). I livelli di BDNF circolante aumenta con l’esercizio aerobico, specialmente quando l’intensità è alta. Il BDNF prodotto dall’esercizio può aiutare a mantenere la funzione cerebrale e promuovere la neuroplasticità e riparazione dei motoneuroni. La regolazione ippocampale di BDNF indotto dall’esercizio fisico è mediato da neurotrasmettitori insulino-simili del fattore di crescita 1 (IGF-1). Quindi, i livelli nell’ippocampo di IGF-1 aumentano con l’esercizio fisico e hanno effetti neurotrofici. L’esercizio aerobico induce anche altri fattori neurotrofici, come il fattore di crescita endotelio vascolare (VEGF), fattori di crescita nervosa (NGF), fattore neurotrofico derivato dalla glia (GDNF) e neurotrofina (NT), che agiscono tutti in modo sinergico, portando neurogenesi e neuroplasticità.
Sia l’età che la neurodegenerazione indotta dalla malattia, porta ad una disregolazione dell’omeostasi proteica. L’esercizio aerobico aumenta la degradazione proteolitica e l’attivazione del proteasoma cerebrale è importante nella prevenzione dell’Alzheimer, perché inibisce l’accumulo di Ab (segno distintivo di questa malattia).
ESERCIZIO FISICO E INVECCHIAMENTO CELLULARE
Si conosce che l’accorciamento dei telomeri, è legato a numerose malattie croniche legate all’invecchiamento. Dall’altra parte, ci sono prove crescenti a sostegno di un’associazione tra esercizio fisico, in particolare aerobico, e lunghezza dei telomeri dei leucociti maggiore.
Anche la lunghezza dei telomeri dei leucociti è associata positivamente all’idoneità cardio-respiratoria (espressa in VO2max), che, a sua volta, è associato a minore incidenza di malattie cardiovascolari. L’esercizio aerobico a lungo termine può modulare la lunghezza dei telomeri nei leucociti, attraverso l’attivazione della telomerasi. In effetti, l’espressione dell’mRNA della telomerasi è sovraregolata nei leucociti dopo l’esercizio. L’esercizio regola anche i microRNA (miRNA) che controllano l’espressione di geni coinvolti nell’omeostasi telomerica. L’associazione tra esercizio fisico e lunghezza dei telomeri, potrebbe anche essere dovuta a minore stress ossidativo e infiammazione cronica sistemica.
ADATTAMENTI EPIGENETICI ALL’ESERCIZIO FISICO
La relazione tra la regolazione dell’epigenetica (ad es. Metilazione del DNA) e l’invecchiamento è complessa. L’esercizio aerobico regolare può modificare la metilazione del DNA su tutto il genoma nell’uomo. Sia l’esercizio di forza che aerobico, possono regolare la metilazione del DNA e indurre miRNA in un’ampia gamma di tessuti, tra cui, muscoli, cervello e sistema cardiovascolare.
Questi impulsi di elevato mRNA durante il recupero da una singola sessione di esercizio, facilita la sintesi proteica e induce un rimodellamento graduale della struttura a lungo termine. In generale, questi adattamenti sono intrinseci al funzionamento del muscolo scheletrico e contribuiscono a massimizzare la consegna del substrato energetico, capacità respiratoria mitocondriale e funzione contrattile durante l’esercizio.
L’allenamento aerobico altera anche la metilazione del DNA in modo cronico. L’esercizio aerobico e di resistenza possono combattere l’aumento della sarcopenia e la fragilità, modulando, attraverso meccanismi epigenetici, diversi regolatori miogenici, ad esempio la miogenina, proteina di determinazione del mioblasto 1 (MyoD), o fattori miogenici 5 (Myf5) e 6 (Myf6).
ESERCIZIO FISICO E PROTEOSTASI
La proteostasi è definita come l’omeostasi proteica che è responsabile della ripiegazione o degradazione delle proteine, che può essere alterata da diversi meccanismi, come l’autofagia e degradazione del proteasoma. Una perdita di funzione in questi processi, comporta una aggregazione di proteine danneggiate, associate all’invecchiamento e Alzheimer o Parkinson. Sistemi come L’autofagia-lisosomiale e l’ubiquitina-proteasoma, importanti meccanismi proteostatici, sono compromessi con l’invecchiando. L’esercizio ha un effetto benefico sul miglioramento dei meccanismi di autofagia.
ESERCIZIO FISICO E SENESCENZA CELLULARE
La senescenza cellulare è definita come un arresto stabile del ciclo cellulare accoppiato a cambiamenti fenotipici e la sua regolazione durante l’invecchiamento è un processo complesso. Oltre a indurre la secrezione di miochine anti-tumorigene, come la proteina SPARC, noto anche come proteina della membrana basale, l’esercizio fisico, diminuisce l’incidenza del cancro e contribuisce a migliorare la prognosi del cancro, attraverso diversi meccanismi, tra cui maggiore attività delle cellule killer (NK), riduzione dell’infiammazione e prevenzione di senescenza funzionale delle cellule. Oltre a migliorare la biologia telomerica nell’aorta toracica, l’esercizio riduce l’espressione vascolare dei regolatori dell’apoptosi, riducendo così l’espressione del danno al DNA.
ESERCIZIO FISICO E CELLULE STAMINALI
Il declino rigenerativo dei tessuti è la caratteristica principale dell’invecchiamento, mentre l’esercizio fisico è uno degli stimoli più potenti per la proliferazione di cellule staminali, le quali riparano i tessuti danneggiati. L’esercizio attiva le cellule staminali mesenchimali progenitrici e con un’ampia varietà di potenziale terapeutico (ad esempio, come veicoli di geni anti-cancro), volte a promuove la proliferazione delle cellule staminali neurali, contribuendo in tal modo a migliorare la capacità rigenerativa del cervello e le capacità cognitive. Sebbene il tessuto muscolare scheletrico umano dispone di meccanismi di sostituzione della miofibra, l’efficienza di questo processo si declina con l’invecchiamento, a causa dell’alterazione cellulari. In particolare, l’atrofia delle fibre di tipo 2, è accompagnata da uno specifico declino nel contenuto di cellule satelliti. Quindi, dal momento che la sarcopenia è associata ad atrofia delle fibre muscolari di tipo II, i suoi meccanismi sono strettamente correlati al minore contenuto di cellule satellite, correlato all’invecchiamento. Sia l’invecchiamento, che le riduzioni della massa muscolare e della forza sono positivamente collegate alla sezione trasversa del tipo di fibra muscolare, contenuto miconucleare e contenuto di cella satellite. Non solo nei giovani adulti, ma anche durante l’invecchiamento, l’allenamento di forza è in grado di indurre proliferazione delle cellule satellite del muscolo scheletrico, con conseguente ipertrofia nelle fibre di tipo II.
ESERCIZIO FISICO E COMUNICAZIONE INTERCELLULARE
L’invecchiamento è associato ad una comunicazione intercellulare alterata, portando a infiammazione sistemica cronica. Diversi meccanismi sono responsabili di questo processo, incluso l’accumulo di danni ai tessuti, disfunzione immunitaria, rilascio di citochine pro-infiammatorie da cellule senescenti, regolazione dell’autofagia. È importante sottolineare che le fibre muscolari scheletriche producono centinaia di miochine, con un potenziale effetto farmaco-simile.
Infatti l’infiammazione sistemica di basso livello, malattie cardiovascolari o cancro possono essere attenuati dall’effetto cumulativo delle sessioni di allenamento regolare, perché il muscolo può rilasciare IL-6, e questo, a sua volta, crea un ambiente sano inducendo la produzione di citochine anti-infiammatorie (es. antagonista del recettore IL-1, IL-10 o TNF). Il rilascio di IL-6 dal muscolo aumenta con l’intensità dell’esercizio e della sua durata.
L’esercizio fisico ha un profondo effetto sull’espressione di una parte sostanziale del nostro genoma. L’inattività fisica sta diventando un importante problema di salute pubblica in tutto il mondo e l’esercizio fisico, sicuramente non può invertire il processo di invecchiamento, ma attenua i suoi effetti deleteri sistemici e cellulari.
BIBLIOGRAFIA
Garatachea et al. “Exercise Attenuates the Major Hallmarks of Aging” REJUVENATION RESEARCH, Volume 18, Number 1, 2015.
