di Guido Marini

Attività di endurance e microbiota intestinale.

La sola attività fisica è in grado di modificare il microbiota intestinale dell’uomo in termini di composizione e funzionalità.

In uno studio recentemente pubblicato in Medicine & Science in Sports & Exercise. di Jacob M. Allen e del suo gruppo di ricerca all’University of Illinois at Urbana-Champaign (Med Sci Sports Exerc). Exercise Alters Gut Microbiota Composition and Function in Lean and Obese Humans. Allen JM1, Mailing LJNiemiro GMMoore RCook MDWhite BAHolscher HDWoods JA) si valuta, in soggetti normopeso ed obesi e in relazione all’esercizio continuato nel tempo, la composizione del microbiota intestinale.

Nonostante infatti l’attività fisica fosse stata più volte associata ad alterazioni nella composizione batterica dell’intestino, non era stato ancora approfondito, almeno fino a questo studio, il suo contributo nel tempo oltre che il suo effetto in soggetti normopeso vs obesi.

A questo proposito, i ricercatori hanno voluto determinare l’impatto che l’esercizio fisico continuativo ha riportato sulla composizione, sulle capacità funzionali e sulla produzione di particolari metaboliti del microbiota intestinale di 32 individui sedentari, dei quali 18 normopeso (gruppo 1) e 14 obesi (gruppo 2).

Dai 30 ai 60 minuti di attività fisica tre volte alla settimana

I soggetti arruolati erano chiamati a praticare, sotto la supervisione di personale medico, dai 30 ai 60 minuti di esercizi aerobici di moderata/alta intensità tre volte a settimana per sei settimane.

Successivamente a questo periodo di incrementata attività, e dopo un opportuno intervallo di “washout”, ne è seguito un altro di analoga durata al primo durante il quale i soggetti hanno ripreso le loro abitudini sedentarie. Non sono invece state apportate modifiche nella loro dieta.

Al fine di determinare i reali cambiamenti a livello di microbiota in seguito all’incremento di esercizio fisico, sono stati prelevati campioni fecali da tutti i soggetti inclusi nello studio rispettivamente alla baseline, dopo le 6 settimane di movimento e infine al termine del periodo di ritorno alla sedentarietà. Oltre alle analisi condotte sul materiale raccolto, si è andata a studiare anche l’eventuale modifica del rapporto massa grassa/magra e la potenza aerobica quantificata con VO2max , cioè il volume massimo di ossigeno consumato in un minuto.

Infatti, tanto maggiore è il valore di VO2max , tanto più a lungo si è in grado di sostenere esercizi di intensità più elevata, o, a pari intensità, esercizi di più lunga durata rispetto a soggetti caratterizzati da VO2max inferiori.

Dai risultati ottenuti possiamo dunque affermare che l’esercizio fisico:

1) Migliora la composizione corporea e la potenza aerobica: dopo le 6 settimane di allenamento si è riscontrato, da una parte, un generale incremento della massa magra e della densità ossea, dall’altra, una diminuzione di quella grassa. È stato inoltre dimostrato un aumento degli indici di VO2max nelle performance di cardiofitness per entrambi i gruppi. Questi risultati sono stati tuttavia invertiti dal ritorno alla sedentarietà che ha determinato complessivamente un ritorno ai valori registrati alla baseline;

2) Modifica la composizione del microbiota e la produzione di SCFAs a seconda del BMI: al reclutamento, il microbiota intestinale di soggetti normopeso si è mostrato differente in termini di composizione da quello dell’altro gruppo e ha riportato una risposta diversa all’esercizio fisico. L’incremento di acidi grassi a catena corta (SCFAs), in particolar modo di butirrato, è stato riscontrato infatti principalmente in soggetti normopeso nel periodo concomitante all’esercizio fisico. Anche in questa occasione al termine dello studio, quindi dopo le sei settimane di ripresa delle abitudini sedentarie, i valori sono ritornati simili a quelli di partenza.

Ad un incremento della concentrazione di SCFAs in seguito al periodo di attività fisica, si è associato un aumento anche dei batteri producentibutirrato quali Roseburia spp., Lachnospira spp., Clostridiales spp., Faecalibacterium spp. e Lachnospiraceae spp soprattutto nei soggetti normopeso.

Inoltre, sebbene l’esercizio fisico abbia riportato un miglioramento nella composizione corporea di entrambi i gruppi, come precedentemente detto, nei normopeso è risultato più marcato.

Tale differenza potrebbe esser spiegata attraverso i benefici che gli SCFAs, incrementati soprattutto in questi soggetti, comportano nel favorire la sensibilità insulinica e il senso di sazietà oltre che nel ridurre eventuale infiammazione. Tutte queste caratteristiche potrebbero infatti concorrere all’aumento di massa magra vs quella grassa.

Tuttavia, benché sia stato già dimostrato come l’esercizio fisico aumenti la concentrazione fecale di butirrato il meccanismo che ne sta alla base rimane ad oggi ancora poco chiaro.

In conclusione, l’esercizio fisico modifica la composizione e la funzionalità del microbiota intestinale dell’uomo indipendentemente dalla dieta seguita, ma in relazione allo status di peso corporeo. Ciò nonostante, i benefici ottenuti durante un periodo di attività continuativa vengono persi se si ritorna ad una condizione di sedentarietà.

In un recente lavoro pubblicato sulla rivista Frontiers in Microbiology Lingyun Zou e colleghi della Third Military Medical University di Chongqing in Cina hanno analizzato i cambiamenti enterici che avvengono nei corridori amatoriali impegnati nella mezza maratona. L’abbondanza di alcune specie microbiche è risultata significativamente diversa prima e dopo la corsa e la famiglia delle Coriobacteriaceae è stata identificata come un potenziale biomarcatore dell’efficacia dell’esercizio fisico sul miglioramento del nostro stato di salute quindi la corsa è in grado di modificare la composizione del microbiota intestinale.

Sappiamo che la corsa regolare migliora non solo la salute mentale, ma anche le condizioni fisiche agendo sul sistema ematopoietico, sull’apparato osteo-muscolare, sul sistema immunitario e sull’apparato cardiovascolare per cui l’esercizio fisico è considerato un potente modulatore del metabolismo. I cambiamenti indotti dalla corsa coinvolgono i metaboliti della purina, i metaboliti del triptofano e i metaboliti prodotti dal microbiota intestinale. Queste sostanze sono dosabili nel sangue, nelle urine e nelle feci e possono essere almeno in parte responsabili degli effetti salutistici della corsa. Precedenti studi hanno suggerito che i marcatori ematologici e biochimici tendono a cambiare immediatamente e tornano ai livelli basali dopo 2-7 giorni di distanza da una mezza maratona amatoriale. Si ipotizza che l’azione meccanica ripetitiva della corsa possa promuovere la motilità intestinale riducendo il tempo di transito del bolo fecale. Diversi studi condotti su topi di laboratorio hanno dimostrato che la corsa sulla ruota è in grado di modificare la composizione microbica intestinale, ma non sono noti gli effetti degli sport di endurance, come la maratona, sulle comunità microbiche che abitano il nostro intestino. Si sa però che la maratona causa già durante la sua esecuzione una serie di cambiamenti metabolici a livello ematico, urinario, muscolare e linfatico. L’ipotesi che è stata avanzata è che questi cambiamenti possano avere un impatto sul microbiota intestinale nell’arco temporale di alcune ore. Gli autori del presente lavoro hanno ipotizzato che i cambiamenti metabolici che intervengono nei fluidi corporei e l’azione meccanica ripetitiva e ad alto impatto che la corsa esercita sugli organi interni possano influenzare l’ambiente intestinale e quindi la flora batterica residente. L’identificazione dei meccanismi attraverso i quali l’esercizio fisico riesce a influenzare la nostra salute, passando attraverso la modulazione del microbiota, potrebbe fornire nuove strategie terapeutiche per la cura delle patologie a carico del sistema gastrointestinale e di quelle sistemiche (cronico-degenerative). I ricercatori hanno reclutato 20 corridori amatoriali in buone condizioni di salute (16 maschi e 4 femmine) tra gli atleti che hanno partecipato alla Chongqing International Half Marathon del 2016. Sono stati raccolti i loro campioni fecali prima (BEF) e dopo (AFT) la gara. Sono stati esclusi coloro che avevano seguito una terapia antibiotica nei 12 mesi precedenti e coloro che presentavano comorbidità gastrointestinali e malattie cardiovascolari. Durante il periodo di osservazione gli atleti non hanno modificato la loro alimentazione. L’età media degli atleti era di 31,3 anni. Si allenavano da 18,1 mesi (tempo medio). Il tempo di completamento della mezza maratona (21,1 km) andava da 92 a 160 minuti. La gara è iniziata alle 8:00. I campioni BEF sono stati raccolti tra le 5,00 e le 7,00, mentre i campioni AFT sono stati raccolti al mattino successivo nella stessa fascia oraria. Analisi del metaboloma fecale per esaminare i metaboliti estratti dalle feci prima e dopo la corsa è stato utilizzato un approccio combinato di cromatografia liquida e spettrometria di massa (LC-MS)

L’aumento della famiglia batterica delle Coriobacteriaceae, verificatosi dopo la corsa, è stato messo in relazione con 15 metaboliti differenti: • 4 componenti dell’acido nucleico, • 4 acidi organici, • 2 steroidi, • 1 aminoacido • e 4 altri metaboliti.

È stato dimostrato che 16 taxa batterici all’interno di quattro phyla Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes e Actinobacteria stabiliscono 135 correlazioni significative con i macronutrienti (p <0,05). Nello specifico è stato possibile verificare che:

a) I gruppi tassonomici all’interno della famiglia delle Lachnospiraceae correlano positivamente con i grassi alimentari (r> 0,5, p <0,001).
b) Le famiglie delle Enterobacteriaceae, delle Veillonellaceae e delle Clostridiaceae correlano positivamente con l’apporto glucidico;
c) Le famiglie delle Erysipelotrichaceae e delle Prevotellaceae correlano positivamente con il contenuto in colesterolo della dieta;
d) Le famiglie delle Peptostreptococcaceae e delle Coriobacteriaceae correlano positivamente con l’abbondanza dei macronutrienti alimentari (protidi, glicidi e lipidi).

Questi risultati suggeriscono che l’intervento dietetico è un altro fattore importante tra quelli in grado di alterare con una certa rapidità la comunità batterica.

In conclusione si può dire che l’esercizio fisico è in grado di:

  1. Cambiare la composizione del microbiota intestinale;
  2. Promuovere la funzionalità dell’apparato gastro-enterico grazie all’azione di stimolo sui pathway “assemblaggio dei batteri” (flagellar assembly), “chemiotassi batterica” (bacterial chemotaxis) e “cell motility”;
  3. Stimolare la sintesi degli aminoacidi essenziali (la fenilalanina, la tirosina ed il triptofano) agendo sulla via dell’acido shikimico;
  4. Modulare la sintesi delle diadenosine polifosfatate contrastando la loro azione vasocostrittrice e di promozione delle patologie cardio-vascolari.

Ulteriori ricerche chiariranno se i batteri appartenenti alla famiglia delle Coriobacteriaceae possano rappresentare un valido biomarcatore degli effetti benefici della corsa sullo stato di salute intestinale e sistemico.

Quindi partendo dall’osservazione che studi sugli animali (topi) hanno dimostrato che il funzionamento della ruota potrebbe invertire uno stato malsano spostando la composizione microbica dell’intestino questo studio ha valutato l’effetto della corsa di resistenza, come la maratona, sulle comunità microbiche dell’intestino umano. Alterazioni nel profilo metabolico e nel microbiota sono state studiate in campioni fecali basati su una metodologia metabolomica  e sull’analisi del sequenziamento dell’rDNA 16S.

Un totale di 40 metaboliti fecali sono stati trovati significativamente cambiati dopo aver terminato una gara di mezza maratona. I metaboliti più significativamente diversi erano gli acidi organici (i maggiori metaboliti aumentati) e i componenti degli acidi nucleici (i principali metaboliti diminuiti).

I cambiamenti enterici indotti dalla corsa non hanno influenzato la diversità α del microbiota intestinale, ma le abbondanze di alcuni membri del microbiota hanno mostrato di essere significativamente diverse prima e dopo la corsa. La famiglia Coriobacteriaceae è stata identificata come un potenziale biomarcatore che collega l’esercizio con il miglioramento della salute.

I risultati ottenuti  indicano che le modifiche del microbiota intestinale nei maratoneti amatorialiosservato nello studio potrebbe essere stato il risultato condiviso di corsa e dieta.

Questo studio ha fornito per la prima volta la conoscenza degli impatti sulla salute della maratona dal punto di vista del microbiota intestinale. I nostri dati hanno indicato che la corsa di resistenza a lunga distanza può immediatamente causare notevoli cambiamenti metabolici nell’ambiente intestinale. I microbi intestinali possono rispondere rapidamente ai metaboliti fecali alterati regolando alcuni taxa batterici. Questi risultati hanno evidenziato i benefici per la salute dell’esercizio fisico dal punto di vista del microbiota intestinale.

Nuoto in mare e microbiota

Alcuni ricercatori hanno scoperto che una nuotata nell’oceano potrebbe cambiare i microbi sulla nostra pelle, aumentando la probabilità di infezione.

Si sa che i cambiamenti nella composizione del microbiota possono lasciare l’ospite suscettibile a malattie e diversi studi hanno mostrato un’associazione tra il nuoto nell’oceano e l’insorgenza di infezioni. Ma questo studio, pubblicato sul Marine Pollution Bulletin, mostra per la prima volta che l’esposizione all’acqua dell’oceano può alterare la diversità e la composizione del microbiota cutaneo umano. Per indagare su come l’acqua dell’oceano influisce sui microbi della pelle, Marisa Nielsen all’Università della California, negli Stati Uniti, e i suoi colleghi hanno analizzato 30 campioni di microbiota della pelle di 9 bagnanti prima e dopo aver nuotato nell’Oceano Pacifico. Batteri dell’oceano Tutti i partecipanti allo studio non avevano usato creme solari, non nuotavano spesso nell’oceano, non si erano lavati nelle ultime 12 ore e non avevano assunto antibiotici durante i precedenti 6 mesi. Per raccogliere i campioni di microbiota, i ricercatori hanno raccolto i campioni dai partecipanti con un tampone applicato sulla parte posteriore del polpaccio prima che entrassero in acqua, dopo che avevano nuotato per 10 minuti nell’oceano, una volta asciugati all’aria la pelle, e nuovamente 6 e 24 ore dopo la nuotata. Prima di nuotare, tutti gli individui avevano comunità batteriche diverse gli uni dagli altri. Ma dopo aver nuotato, avevano batteri simili, completamente diversi da quelli che abitavano la loro pelle prima di nuotare e che includevano potenziali patogeni appartenenti alla famiglia Vibrio. In alcuni casi, la quantità di batteri Vibrio rilevata sulla pelle umana era 10 volte maggiore della quantità presente nei campioni di acqua oceanica. Secondo i ricercatori, questo suggerisce che questa specie tende ad attaccarsi alla pelle umana. Cambiamenti temporanei I cambiamenti osservati nella composizione dei microbi cutanei sono stati temporanei: 6 ore dopo la nuotata, il microbiota ha iniziato a ritornare alla composizione iniziale e dopo 24 ore ha il processo si è praticamente completato. Tuttavia, secondo gli scienziati, alcuni batteri potrebbero rimanere a lungo sulla pelle. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche per capire come l’acqua dell’oceano influisce sul microbiota cutaneo, i risultati potrebbero spiegare perché alcune persone si lamentano di avere dolori allo stomaco o alle orecchie dopo essere stati in acqua. In ogni caso, i risultati non dovrebbero scoraggiare le persone dal nuotare in mare: i bagnanti possono semplicemente fare una doccia dopo aver nuotato.

Prestazioni sportive e microbiota intestinale

Il buon esito o meno delle prestazioni sportive potrebbe dipendere dal microbiota intestinale.

Il microbiota degli sportivi professionisti sarebbe diverso da quello dei soggetti sedentari non solo per composizione, ma anche a livello metabolico e funzionale.

È quanto emerge da una ricerca della National University of Ireland, a Cork, in cui è stata messa a confronto la popolazione batterica intestinale di 40 rugbisti professionisti con quella di 46 soggetti sani suddivisi per indice di massa corporea. Lo studio, coordinato da Orla O’Sullivan e pubblicato su Gut (Gut microbiota), mette in luce un aspetto pragmatico del microbiota: più che la composizione in sé, è importante indagare sulla sua funzionalità e attività metabolica. Guardando alla precedente letteratura scientifica, è ormai noto che l’esercizio fisico regolare incida sull’omeostasi sistemica provocando risposte a livello degli organi, molecolare, fisiologico, metabolico, del sistema immunitario e anche dell’asse intestino-cervello.

Original article: The microbiome of professional athletes differs from that of more sedentary subjects in composition and particularly at the functional metabolic level

  1. Wiley Barton1,2,3,
  2. Nicholas C Penney4,5,
  3. Owen Cronin1,3,
  4. Isabel Garcia-Perez4,
  5. Michael G Molloy1,3,
  6. Elaine Holmes4,
  7. Fergus Shanahan1,3,
  8. Paul D Cotter1,2,
  9. Orla O’Sullivan1,2)

Praticare sport offre inoltre una possibilità di trattamento e prevenzione di svariate condizioni croniche in cui il microbiota intestinale è in qualche modo implicato. Al contrario, la sedentarietà contribuisce allo sviluppo delle cosiddette malattie del progresso, anch’esse legate alla composizione batterica, tra le quali si annoverano l’obesità, il diabete, l’asma e le patologie cardiovascolari. Sport vs sedentarietà Gli stessi autori irlandesi avevano già pubblicato uno studio che, utilizzando il sequenziamento del 16S rRNA, indagava sulle differenze microbiche tra sportivi e sedentari. Per quanto quello studio mostrasse le differenze a livello di composizione batterica, restava aperta una domanda: un microbiota diverso corrisponde necessariamente a cambiamenti a livello funzionale e metabolico? Il team ha quindi deciso di cercare una risposta a posteriori analizzando gli stessi campioni biologici del primo studio con tecniche diverse. Sono state effettuati il sequenziamento shotgun e l’analisi dei metaboliti dell’ospite e dei batteri per arrivare a una comprensione più completa sia della tassonomia batterica, sia del potenziale funzionale. Nella ricerca sono stati inclusi un gruppo di 40 rugbisti professionisti maschi, un gruppo di controllo composto da 22 soggetti sani con un IMC ≤ 25.2 e un altro gruppo di controllo formato da 24 soggetti con IMC ≥ 26.5. Dall’analisi metagenomica funzionale dei campioni fecale, su un totale di 19.300 pathway metabolici trovati, 98 sono risultati differenti nelle tre coorti. Sono inoltre emerse differenze nel numero dei pathway tra i gruppi. La maggiore abbondanza di questi, infatti, è stata osservata negli atleti, mentre la minore nei soggetti con alto IMC. Questa grande quantità di pathway metabolici nei rugbisti professionisti è stata correlata all’aumento di alcuni marker nel sangue (creatinchinasi e bilirubina) e alle calorie totali assunte giornalmente, mentre la maggior parte delle correlazioni per i gruppi di controllo è dipesa dall’apporto dei macronutrienti (proteine, fibre, carboidrati, zuccheri, amido, grassi). L’analisi delle urine e delle feci tramite risonanza magnetica nucleare protonica ha rivelato, per gli atleti, alti livelli di trimetilammina-N-ossido (TMAO), L-carnitina, dimetilglicina, O-acetilcarnitina, prolina betaina, creatina, lo ione acetoacetato, acido 3- idrossi-isovalerico, acetone, N-metilnicotinato, N-metilnicotinamide, fenilacetilglutammina (PAG), 3-metilistidina, propionato, acetato, butirrato, trimetilammina (TMA), lisina e metilammina. Sempre nel gruppo “sport”, mediante cromatografia liquida ad alta prestazionespettrometria di massa, sono stati trovate alte quantità di acido N-formilantranilico, acido idantoina-5-propionico, acido 3-carbossi-4-metil-5-propil-2-furanpropionico (CMPF), CMPF glucurinide, acido trimetafosforico, acetilcarnitina, propionilcarnitina, isobutirrilcarnitina, 1-carnitina, L-valina, acido nicotinurico, acido 4-pirossidico e creatina. Infine la misurazione attraverso gascromatografia-spettrometria di massa ha rivelato, da un lato, un legame diretto tra acidi grassi a catena corta e numero di pathway metabolici, dall’altro, una correlazione tra attività fisica agonistica e acetato, propionato, butirrato e valerato.

Un microbiota di “talento” :«Lo studio – spiega Gianluca Ianiro, gastroenterologo della Fondazione Policlinico A. Gemelli di Roma – è andato a valutare la composizione del microbiota intestinale in un gruppo di rugbisti, scoprendo che questi atleti hanno una esaltata sintesi di aminoacidi e un aumentato metabolismo dei carboidrati; il loro microbiota è inoltre in grado di produrre un maggior quantitativo di acidi grassi a catena corta (che sono associati ad una migliore fitness muscolare e in generale a un miglior stato di salute) rispetto alle persone sedentarie». «Al momento non è chiaro se è la dieta degli atleti o il tipo di attività sportiva a selezionare delle tipologie particolari di microbiota – commenta il professor Antonio Craxì, presidente SIGE – potrebbe infatti essere piuttosto questo tipo di microbiota a facilitare le loro performance atletiche e contribuire a fare di un individuo un atleta di talento». I risultati dello studio irlandese indicano che negli atleti, rispetto ai soggetti sedentari, è presente una maggiore abbondanza di pathway metabolici i quali conferiscono benefici all’organismo in termini di ricambio cellulare e produzione di energia.

Tuttavia non sappiamo se è nato prima l’uovo o la gallina, cioè se queste persone hanno un microbiota ‘di talento’ che magari poi si è sviluppato nel tempo, perché lo esercitano attraverso la dieta e l’esercizio, entrando in un circolo virtuoso di selezione naturale. Nondimeno è da evidenziare il fatto lo studio è basato su campioni prelevati da rugbisti professionisti, sportivi sottoposti a sforzi fisici e apporto proteico certamente maggiori rispetto ad altre discipline.

Da questi interessanti lavori emerge in modo forte come il microbiota intestinale venga modificato dall’attività fisica sia amatoriale che agonistica e come questo possa essere oggetto di studi per come ottimizzare la sua composizione sia attraverso l’esercizio fisico che una corretta alimentazione per ottenere non solo un miglior stato generale di salute dell’atleta ma anche migliori performances.


Tratto dall’articolo del dott. Guido Marini (gastroenterologo) de L’Altra Medicina n. 98.