Allena il tuo Microbiota

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Allena il tuo Microbiota

Per microbiota s’intende l’insieme di batteri, virus e microbi che risiedono all’interno (e all’esterno) dei nostri corpi i cui due terzi sono unici per ogni individuo, tanto da poterla paragonare ad un’impronta digitale del nostro organismo. Ogni giorno trasportiamo circa 2 kg di microbi nel nostro intestino, pari a decine di miliardi di microrganismi, di cui conosciamo almeno 1.000 specie di batteri, comprensivi di oltre 3 milioni di geni. Visto che per ogni cellula ci sono circa 10 batteri, potremmo quasi dire che l’uomo è in realtà un super organismo, inteso come l’unione di cellule umane a quelle microbiotiche.[1] Il microbiota non va confuso, come spesso accade, con il microbioma, termine con il quale si indica la totalità del patrimonio genetico posseduto dal microbiota, cioè i geni che quest’ultimo esprime.

FIGURA 1 – Batteri intestinali e meccanismi di segnalazione in grado di modulare la salute dell’ospite

Molte malattie, come l'allergia e le malattie infiammatorie intestinali (IBD), sono associate a una risposta immunitaria squilibrata o incontrollata. Un segnale non identificato, prodotto da un membro del microbiota carente nei pazienti con IBD, ha mostrato risultati promettenti nel mantenimento di questo equilibrio. Inoltre, molti altri peptidi e proteine microbiche hanno dimostrato proprietà antinfiammatorie. Il Saccharomyces boulardii ha un potenziale terapeutico per il trattamento delle malattie infiammatorie poiché produce e secerne un fattore solubile in acqua, che blocca il segnale di reclutamento dei neutrofili derivato dalla IL-8. Acune ricerche hanno anche dimostrato che la somministrazione orale di un ceppo probiotico specifico (Lactobacillus johnsonii) migliora la tolleranza al glucosio per mezzo di un’alterazione del sistema nervoso autonomo. Fonte: Willing BP, 2001; [17] Modificato da A. Stranieri PhD.

Questi microbi hanno un enorme impatto sulla nostra fisiologia, sia nella promozione della salute che nell’insorgenza delle malattie,[2][3] contribuendo al metabolismo corporeo, alla protezione contro gli agenti patogeni, all’efficienza del sistema immunitario e, attraverso queste funzioni di base influenzando, direttamente o indirettamente, la maggior parte delle nostre funzioni fisiologiche. Insomma, una moltitudine di studi conferma che il microbiota colpisce quasi ogni aspetto della nostra salute e la sua composizione microbica, che varia da individuo a individuo, sembra detenere la chiave di numerosi cambiamenti correlati alla salute e al rischio di ammalarsi durante tutta la vita.

FIGURA 2 – Grafico del numero di ricerche pubblicate su microbioma e microbiota dal 2000 al 2016

Quello che ad oggi non era ancora molto chiaro, era cosa, in particolare, potesse modificare, in meglio o in peggio, le condizioni di vitalità e differenziazione della flora batterica intestinale. In effetti, l’ipotesi di molti lavori scientifici proponeva la genetica individuale come principale fattore della variazione del microbiota nelle persone, una visione in cui si ammette che sono i geni di

ciascun individuo a determinare l’ambiente interno in cui prospera il microbiota e che permette ad alcuni ceppi batterici di svilupparsi meglio di altri.

Tuttavia, uno studio[4] condotto presso il Weizmann Institute of Science in Israele e pubblicato nel 2018 sulla prestigiosa rivista scientifica Nature, sfida questa ipotesi e fornisce la prova che la connessione tra ambiente, microbiota e salute può essere molto più importante di quanto generalmente si pensi. In effetti, i ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire che la genetica dell’ospite gioca un ruolo addirittura secondario nel determinare la composizione del microbiota, responsabile del solo 2% delle variazioni tra le popolazioni di microrganismi.

Si è, quindi, avuta la conferma, che la mutevole composizione del microbiota è fortemente legata all’ambiente e ai cambiamenti del comportamento umano.[5] Molti degli elementi di uno stile di vita moderno, in particolare nella prima infanzia, influenzano la composizione del microbiota.[6] Negli anziani, la diversità e la composizione del microbiota sono state collegate a vari parametri di

salute, tra cui i livelli di citochine infiammatorie.[7] Il microbiota può anche essere un fattore di rischio in relazione ai disturbi immuno-allergici e metabolici, tanto che è ormai evidente l’esistenza di una rete di segnalazione tra la flora batterica, l'immunità e il metabolismo dell’ospite, dove la dieta influenza ciascun componente di questa triade.[8][9][10]

Nonostante gli studi sul microbiota siano di anno in anno sempre più numerosi, la relazione tra la flora batterica e l'esercizio fisico, o lo stile di vita sedentario, ha finora ricevuto meno attenzione rispetto ad altre connessioni ritenute, forse, più importanti per la salute. Sono, però, ormai molto

forti e inconfutabili le prove che propongono l'esercizio fisico come un elemento importante per la salute del microbiota, sia in modelli animali che umani.

Claesson[11] già nel 2012 aveva dimostrato che la scarsa capacità di esercizio nei pazienti anziani, insieme a condizioni di fragilità, è legata ad una bassa diversità microbica fecale, quest’ultima a sua volta correlata a una scarsa diversificazione della dieta. Due anni dopo, lo stesso gruppo di ricercatori ha portato avanti uno studio[12] su atleti d'elite, scelti sulla base del fatto che condizioni estreme di esercizio sono spesso associate con richieste e comportamenti dietetici estremi. Quindi, per valutare la qualità del microbiota intestinale, sono stati analizzati i campioni di feci e di sangue di 40 giocatori di rugby professionisti durante un periodo in cui erano impegnati in un rigoroso programma di training. I campioni sono stati confrontati con analisi di feci prelevate da 46 uomini sani, non atleti, con la stessa età e corporatura fisica dei giocatori di rugby. Pur avendo livelli significativamente più elevati di creatina chinasi, (CK), un enzima che indica danno muscolare/tissutale, spesso presente in atleti che fanno esercizio strenuo, i rugbisti avevano livelli più bassi di marcatori infiammatori rispetto a qualsiasi altro degli uomini del gruppo di controllo, presentando anche un miglior profilo metabolico quando confrontati a uomini con un elevato indice di massa corporea. In particolare, avevano proporzioni molto elevate di Akkermansiaceae, una specie di batteri nota per essere correlata a bassi tassi di obesità e disturbi metabolici, nonostante l’analisi della dieta di questi atleti riportasse un elevato introito calorico, con alte percentuali di proteine (22% del totale calorico contro il 16-18% del gruppo di controllo).

FIGURA 3 - Panoramica delle potenziali interazioni tra gli adattamenti biologici all'esercizio fisico e il microbiota. L'attività fisica è legata a una varietà di risposte biologiche che includono influenze in grado di modificare l'asse cervello-intestino-microbo, le interazioni metaboliche dieta microbo-ospite e le interazioni neuro-endocrine e neuro-immuni. Ad esempio, l'esercizio fisico ha poteri antinfiammatori e immunomodulatori e, attraverso questi ultimi, potrebbe rappresentare un mezzo indiretto con cui esercitare modificazioni della composizione del microbiota intestinale. Inoltre, l’esercizio fisico è in grado di aumentare l’attività del nervo vago, fortemente presente tra le innervazioni dell'intestino. Lo schema qui raffigurato è solo una rappresentazione schematica e non una esauriente riproduzione di tutte le complicate interazioni possibili tra esercizio fisico e organismo umano. Fonte: O’Sullivan O, 2015 [16] - Modificato da A. Stranieri

La curiosità verso l’esercizio fisico come regolatore del microbiota, si sta spingendo verso la comprensione di come poter modulare la plasticità della flora batterica e in quali momenti. L’università del Colorado Boulder nel 2015 ha effettuato uno studio[15] utilizzando giovani ratti che ogni giorno si esercitavano volontariamente. Grazie all’esercizio fisico, questi hanno sviluppato una struttura microbica più vantaggiosa, con ampliamento di alcune specie batteriche probiotiche intestinali. Ma la cosa più interessante osservata durante la sperimentazione, è stato che, rispetto ai gruppi di ratti sedentari, adulti e adulti regolarmente attivi, i ratti giovani presentavano:

- modifiche della struttura microbica intestinale favorente una composizione corporea magra; - abbondanza di specie microbiche benefiche;

- aumento di butirrato, un acido grasso a catena corta implicato nel metabolismo e nei processi epigenetici.

Tutti questi effetti erano maggiori quando l’esercizio fisico iniziava nell'adolescenza rispetto all'età adulta. Pertanto, pur non avendo ancora individuato un range di età esatta, lo studio indica l’esistenza di una finestra di migliore opportunità durante le prime fasi dello sviluppo, utile ad ottimizzare le probabilità di sviluppare una flora batterica più sana, aumentando le probabilità di una salute ottimale per tutta la vita.

Un altro recentissimo studio[13] pubblicato lo scorso aprile (2018) sulla rivista scientifica ufficiale dell’American College of Sport Medicine, ha esplorato l'impatto di 6 settimane di esercizio di endurance sulla composizione e sulla funzionalità metabolica del microbiota intestinale di 32 soggetti adulti (19 magri e 18 obesi) precedentemente sedentari. Questi hanno svolto per 3 giorni a settimana un esercizio supervisionato basato sulla resistenza cardiovascolare, attuato con un progressivo aumento di durata (da 30 a 60 min al giorno) e di intensità (dal 60% al 75% della frequenza cardiaca di riserva - HRR). Successivamente, i partecipanti sono tornati al proprio stile di vita sedentario per un periodo di 6 settimane. L'analisi della diversità del microbiota, ottenuta attraverso le analisi fecali, ha rivelato che le alterazioni indotte dall'esercizio fisico nei confronti della flora batterica, dipendevano soprattutto dallo stato di obesità dei soggetti. Lo studio ha messo in luce come l’esercizio fisico aumenti le concentrazioni fecali di SCFA (acidi grassi a catena corta, prodotti dalla fermentazione delle fibre operata dai batteri del colon e utili come antinfiammatori, per la prevenzione del cancro e di altre patologie) nei soggetti magri, ma non in quelli obesi. Inoltre, i cambiamenti osservati nel microbiota, sono stati in gran parte invertiti una volta cessato l'allenamento. Ciò suggerisce che l'esercizio fisico, per indurre effettivi cambiamenti positivi nel microbiota intestinale umano, deve essere praticato in modo continuativo e che tali miglioramenti non dipendono in modo particolare dalla qualità della dieta, né dallo stato di allenamento iniziale del soggetto quanto, piuttosto, dallo stato di obesità di questo. Gli aumenti di SCFA fecali indotti dall'esercizio fisico confermano i dati visti in precedenti studi con i roditori. I meccanismi di tale incremento non sono ancora chiari, ma potrebbero coinvolgere l'input metabolico endogeno (es. produzione di Lattato), variazioni del pH, o una riduzione dell'utilizzo e dell'assorbimento intestinale di SCFA.[14]

L’importanza di un esercizio ben somministrato e condotto

Come per tutte le cose, la moderazione è la miglior soluzione. Una revisione[15] degli studi pubblicati ha scoperto che le persone che si allenano eccessivamente possono essere soggette a problemi intestinali acuti o cronici. Si è infatti riscontrato che, ad intensità e durate crescenti di esercizio, vi è un rischio proporzionale di danni alla funzione intestinale, in cui le cellule enteriche sembrano divenire maggiormente permeabili, permettendo ad endotossine e ad agenti patogeni di passare nel flusso sanguigno. Un esercizio fisico al 60% del VO2max protratto per circa 2 ore sembra rappresentare lo stress soglia in grado di innescare l’insorgenza dei disturbi intestinali, i quali tendono ad aggravarsi durante allenamenti in ambienti con temperature elevate. La revisione ha anche riscontrato che, per i soggetti che soffrono di sindrome del colon irritabile, o malattia

infiammatoria intestinale, un’attività fisica da bassa a moderata può essere utile e benefica, mentre le implicazioni per la salute riferite ad esercizi più duri ed intensi non sono ancora state ben studiate, ma è fortemente probabile che possano essere dannosi per persone con problemi intestinali.

Concludendo

Poter modulare la flora intestinale dei soggetti sedentari attraverso l’esercizio fisico, per farla somigliare al microbiota di un atleta di elite, rappresenta una prospettiva futura veramente interessante per la promozione della salute e la prevenzione delle malattie. Allo stesso tempo, visto l’impatto che il microbiota realizza sulla totalità del nostro organismo, gli scienziati dello sport sono allo studio di ceppi batterici che possano migliorare le prestazioni atletiche, ridurre i tempi di recupero post-esercizio e convertire, in modo più efficiente, i nutrienti della dieta in energia. In effetti, sono già stati individuati alcuni particolari batteri che potrebbero aiutare le prestazioni atletiche. In particolare, le ultime ricerche hanno individuato negli atleti di maratona e ultra maratona alcuni tipi di batteri che aiutano a ridurre l’acido lattico e altri che contribuiscono a scindere carboidrati e fibre. Tali batteri si sono riscontrati solo nei maratoneti e non nei vogatori, suggerendo che ciascuno sport possa favorire la crescite di un microbiota ad hoc. In buona sostanza, in un giorno nemmeno troppo futuro, si potranno trapiantare dai soggetti più in forma, i batteri necessari ad aiutare tutte le persone con stati di benessere inferiori. Per il momento abbiamo la conoscenza necessaria per sapere che siamo in grado di influenzare e perfino rimodellare la composizione del microbiota che ospitiamo e i risultati della scienza ci suggeriscono che questo potrebbe essere un mezzo potente per migliorare la nostra salute. Ancora una volta, la corretta alimentazione e l’esercizio fisico, si rivelano i due pilastri principali dello stile di vita, in grado di cambiare in modo estremamente potente le nostre condizioni di vita presenti e future.

BIBLIOGRAFIA

1. Gill SR, Mihai Pop M,DeBoy RT et al.- Metagenomic Analysis of the Human Distal Gut Microbiome - Science. 2006 June 2; 312(5778): 1355–1359.

2. Sommer F, Bäckhed F. - The gut microbiota-masters of host development and physiology- Nat Rev Microbiol 2013;11:227–38.

3. Sekirov I, Russell SL, Antunes LCM, et al. - Gut microbiota in health and disease- Physiol Rev 2010;90:859–904.

4. Rothschild D, Weissbrod O, Barkan E, et al. - Environment dominates over host genetics in shaping human gut microbiota- Nature , 2018; DOI: 10.1038/nature25973

5. Shanahan F. - The gut microbiota—a clinical perspective on lessons learned- Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012;9:609–14.

6. O’Toole PW, Claesson MJ. - Gut microbiota: changes throughout the lifespan from infancy to elderly - Int Dairy J 2010;20:281–91.

7. Claesson MJ, Jeffery IB, Conde S, et al. - Gut microbiota composition correlates with diet and health in the elderly- Nature 2012;488:178–84.

8. Kau AL, Ahern PP, Griffin NW, et al. - Human nutrition, the gut microbiome and the immune system - Nature 2011 Jun 15; 474(7351): 327–336.

9. Cotillard A, Kennedy SP, Kong LC, et al. - Dietary intervention impact on gut microbial gene richness. Nature 2013;500:585–8.

10. Jeffery IB, O’Toole PW. - Diet-microbiota interactions and their implications for healthy living. Nutrients 2013;5:234–52.

11. Claesson MJ , Jeffery IB , Conde S et al. - Gut microbiota composition correlates with diet and health in the elderly- Nature2012 ; 488: 178 - 84

12. SF Clarke, EF Murphy, O. O'Sullivan, et al. - Exercise and associated dietary extremes impact on gut microbial diversity - Gut, 2014;DOI: 10.1136/gutjnl-2013-306541

13. Allen JM, Mailing LJ, Niemiro GM et al. - Exercise Alters Gut Microbiota Composition and Function in Lean and Obese Humans - Med Sci Sports Exerc.2018 Apr; 50(4):747-757.

14. Turnbaugh PJ, Gordon JI. - The core gut microbiome, energy balance and obesity- J Physiol. 2009;587(Pt 17):4153–8.

15. Mika A, Fleshner M- Early life exercise may promote lasting brain and metabolic health through gut bacterial metabolites -Immunology and Cell Biology , 2015; DOI: 10.1038/icb.2015.11 16. O’Sullivan O, Cronin O, Clarke SF et al. - Exercise and the microbiota- Gut Microbes 6:2, 131--136; 2015;

17. Willing BP, Antunes LCM, Keeney KM et al. - Harvesting the biological potential of the human gut microbiome- Bioessays 33: 414–418,ß 2011