Endurance e allenamento di resistenza: effetti su telomeri e telomerasi

Endurance e allenamento di resistenza: effetti su telomeri e telomerasi

04/10/2021 0 Di MyScientificFitness
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Non è noto se diverse modalità di allenamento esercitino effetti cellulari differenziati. I telomeri e le proteine ​​associate ai telomeri svolgono un ruolo importante nell’invecchiamento cellulare con implicazioni per la salute globale. Questo studio prospettico sull’allenamento esamina gli effetti dell’allenamento di resistenza, dell’allenamento a intervalli e dell’allenamento di resistenza sull’attività della telomerasi e sulla lunghezza dei telomeri.

I telomeri e il loro ruolo nell’invecchiamento cellulare, e quindi nell’invecchiamento dell’organismo (senescenza), sono stati portati alla luce dal biologo russo Aleksei Olovnikov nel 1971. Olovnikov ha sottolineato che il limite della replicazione cellulare è correlato alla lunghezza dei telomeri. 

I telomeri si trovano alla fine dei nostri cromosomi, il loro ruolo è letteralmente quello di proteggere il nostro DNA durante la replicazione cellulare, per prevenire la perdita di informazioni o qualsiasi altra anomalia. Pertanto, il telomero può essere considerato come uno scudo che evita la scarsa replicazione cellulare proteggendo i nostri cromosomi. Tuttavia, il telomero si accorcia ad ogni divisione cellulare e quando raggiunge una dimensione critica, la cellula raggiunge il suo limite replicativo e l’organismo invecchia. La loro lunghezza originale è genetica e quindi diversa per ogni individuo.

Tuttavia, nel 1985, Elizabeth Blackburn e Carol Greider evidenziano la telomerasi, un enzima in grado di limitare l’accorciamento dei telomeri sintetizzando nuovi filamenti di DNA telomerico. 

Il loro lavoro è stato premiato nel 2009 dal Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina. Il lavoro di Blackburn mostra anche che la telomerasi non solo limita l’accorciamento dei telomeri, ma consente anche di allungarli, aumentando così il potenziale di replicazione di una cellula e ritardando così l’invecchiamento. Inoltre, a seguito di numerosi studi (sia fisiologici che psicologici), Blackburn ed Epel mostrano che l’attività della telomerasi e la lunghezza dei telomeri variano notevolmente in base a molti fattori: attività fisica, abitudini alimentari e stress psicologico (scopri di più sul loro lavoro con il loro libro: “Il effetto telomerico”).

Sono già stati osservati effetti benefici dell’attività fisica sulla rigenerazione cellulare e sulla senescenza. L’allenamento di resistenza a lungo termine è associato a una maggiore attività della telomerasi e a un ridotto attrito telomerico negli atleti di resistenza giovani e di mezza età rispetto agli individui inattivi. Questo fenomeno si osserva anche nei gemelli in cui uno è attivo e l’altro inattivo. Nel contesto delle malattie cardiovascolari, è ormai noto che l’invecchiamento vascolare è associato alla disfunzione endoteliale e all’aterogenesi. Tuttavia, l’impatto specifico dei diversi tipi di attività fisica non è noto. 

C’è una differenza tra l’allenamento di resistenza continua a intensità moderata (MICT), l’allenamento a intervalli ad alta intensità (HIIT) e l’allenamento di resistenza (RT)?

Studio

Per rispondere a questa domanda, i ricercatori tedeschi hanno studiato l’impatto di diversi protocolli di allenamento nelle persone sedentarie per 6 mesi (26 settimane). Il loro obiettivo era misurare l’impatto di questi protocolli sull’attività della telomerasi e sulla lunghezza dei telomeri di alcune cellule del sangue (leucociti). Per questo, i ricercatori hanno reclutato 266 volontari ma solo 124 di loro hanno completato il protocollo sperimentale. Questi individui sono stati divisi in 4 gruppi: un gruppo di controllo (n = 35), un gruppo MICT (n = 26), un gruppo HIIT (n = 29) e un gruppo di allenamento di resistenza (RT) (n = 34). 

Il protocollo di allenamento consisteva in 3 sessioni settimanali di 45 minuti. Le persone nel gruppo di controllo hanno continuato a svolgere le loro solite attività.

  • Per il gruppo MICT , una sessione consisteva in camminata/corsa al 60% di riserva di frequenza cardiaca (HRR) (formula Karvonen).
  • Per il gruppo HIIT , una sessione consisteva in 10 minuti di riscaldamento al 60-75% HRR e intervalli di 4 x 4 minuti all’80-90% HRR intervallati da intervalli di 3 minuti di riposo al 65-70% HRR e si è conclusa con un 10 minuti di defaticamento in esecuzione a 60-70% HRR.
  • Per il gruppo RT , una sessione consisteva in 8 esercizi su macchina organizzati in circuito. I partecipanti hanno completato 16-20 ripetizioni di 20RM su un esercizio prima di passare al successivo e hanno completato 2 serie in totale. Gli esercizi eseguiti sono stati: estensione della schiena, crunch, pull-down, fila da seduti, curl delle gambe da seduti, estensione delle gambe da seduti, pressa per petto da seduti e pressa per gambe da sdraiati. Il 20RM è stato rivalutato ogni 6 settimane e i carichi di allenamento sono stati adeguati.

Oltre a questo studio prospettico, i ricercatori hanno anche misurato gli effetti acuti dell’allenamento di resistenza (MICT) a quelli di un allenamento di resistenza (RT) sull’attività della telomerasi nei leucociti su una sottopopolazione del campione (n = 15) in maniera incrociata (ovvero, tutti i soggetti hanno eseguito entrambi i protocolli di allenamento).

Effetti acuti della resistenza aerobica rispetto all’esercizio di resistenza sull’attività della telomerasi. 
A ) Confronto incrociato della regolazione acuta dell’attività della telomerasi delle cellule mononucleate prima, dopo e 24 ore dopo l’allenamento aerobico di resistenza (45 minuti di corsa continua) e l’esercizio di resistenza (45 minuti di allenamento circolare su otto dispositivi di forza) in n = 15 sani giovani individui. 
L’esercizio è stato eseguito almeno 48 ore dopo qualsiasi esercizio fisico precedente. 
La telomerasi attività della 10 4 cellule mononucleate è stato confrontato con le cellule umane embrionali renali (protocolli di amplificazione dei telomeri di ripetizione, test TRAP). 
Andamento temporale delle variazioni % individuali dell’attività della telomerasi in 10 4 cellule attivate magneticamente isolate da smistamento ( B ) CD14+ e ( C ) Sottofrazioni leucocitarie CD34+ rispetto al pre-esercizio in n = 10 individui giovani sani (cerchi blu: esercizio di resistenza; cerchi verdi: esercizio di resistenza).

Risultati e analisi

I principali risultati di questo studio mostrano che 6 mesi di allenamento di resistenza, sia MICT che HIIT, possono indurre un aumento dell’attività della telomerasi nelle cellule mononucleate del sangue periferico (linfociti e monociti) (da 2 a 3 volte) accompagnato da un aumento dei telomeri lunghezza dei leucociti (linfociti e granulociti) . Ma non è stato osservato alcun miglioramento per le persone che hanno partecipato al gruppo RT. Allo stesso modo, una singola sessione di resistenza migliora significativamente l’attività della telomerasi (immediatamente dopo e fino a 24 ore) mentre non è stato osservato alcun miglioramento dopo una sessione di RT.

Progettazione dello studio di allenamento prospettico, randomizzato e controllato di 6 mesi. 
Gli individui arruolati nello studio sono stati randomizzati al gruppo di controllo (nessun cambiamento di stile di vita inattivo) oa uno dei tre gruppi di allenamento (tre sessioni a settimana, 45 minuti ciascuna): (i) allenamento di resistenza aerobica (corsa continua); 
(ii) allenamento ad intervalli ad alta intensità (metodo 4 × 4); 
(iii) allenamento di resistenza: allenamento circolare su otto dispositivi di allenamento forza-resistenza. 
I campioni di sangue sono stati prelevati al basale (pre) e dopo 6 mesi (post). 
*La sospensione per motivi ortopedici non è stata associata all’allenamento. 
# Lo stress test plausibile è stato definito come un rapporto di scambio respiratorio >1,00 in entrambi gli stress test.

I 3 gruppi di esercizi hanno portato a un miglioramento simile nel VO2MAX e significativamente maggiore di quello nel gruppo di controllo (2,7 ± 3,7 per MICT, 2,8 ± 5,1 per HIIT e 3,0 ± 5,9 per RT, in ml/min/kg). E i ricercatori non hanno trovato alcuna correlazione statistica tra il miglioramento di VO2MAX e la variazione della lunghezza dei telomeri. Tuttavia, gli individui con un miglioramento VO2MAX superiore alla media hanno dimostrato una maggiore attività della telomerasi rispetto a coloro che hanno risposto male all’esercizio. Inoltre, i ricercatori hanno osservato una regolazione positiva dell’espressione dell’RNA dell’isoforma inducibile dell’ossido nitrico sintasi (iNOS) solo nei due gruppi di resistenza. La frequenza cardiaca media e massima osservata durante l’allenamento MICT e HIIT era superiore a quella osservata nella RT. 

Gli autori presumono che ciò possa significare che l’allenamento di resistenza induca stress di taglio vascolare più elevati che potrebbero potenzialmente contribuire agli effetti cellulari osservati (attraverso l’ossido nitrico (NO), in particolare). 

È stato dimostrato che le attività dell’ossido nitrico sintasi (l’enzima che catalizza la produzione di ossido nitrico nel sangue) e della telomerasi sono collegate in una via di segnalazione che regola la protezione vascolare indotta dall’esercizio.

La resistenza, ma non l’allenamento di resistenza, induce l’allungamento dei telomeri nei linfociti e nei granulociti. 
La lunghezza dei telomeri è stata misurata in cellule mononucleate utilizzando il metodo FlowFISH. 
I valori assoluti della lunghezza dei telomeri (kbp) sono stati calcolati utilizzando la standardizzazione Southern blot. 
I valori assoluti individuali di ( A ) linfociti e ( B ) granulociti telomeri di lunghezza dei punti temporali pre e post studio per ciascun gruppo e le medie di ciascun gruppo sono mostrati come barre blu in grassetto. 
AET, allenamento di resistenza aerobica; informatica, allenamento a intervalli; RT, allenamento di resistenza. 
( C ) FlowFISH FACS blot che mostrano picchi di intensità di fluorescenza dei telomeri per un soggetto rappresentativo di ciascun gruppo di studio (colonne) e punti pre- e post-tempo (rispettivamente riga superiore e inferiore). 
I picchi rossi sono lo standard interno (timociti bovini) in ogni campione, i picchi blu sono linfociti e i picchi verdi sono misurazioni dei granulociti. 
Le linee tratteggiate servono per visualizzare gli spostamenti verso destra o verso sinistra dei picchi durante lo studio. 
D ) Media e DS delle variazioni individuali relative della lunghezza dei telomeri dei linfociti (pannello di sinistra) e ( E ) dei granulociti (pannello di destra) per ciascun gruppo
.
Effetti differenziali dell’allenamento sull’attività della telomerasi e sulla lunghezza dei telomeri nelle cellule mononucleate circolanti. 
A ) La lunghezza dei telomeri dei leucociti è stata determinata negli isolati di DNA genomico mediante PCR in tempo reale. 
Oltre al DNA del telomero (T), è stato amplificato il gene a copia singola (S) 36b4 per consentire il calcolo del rapporto T/S per ciascun soggetto in entrambi i momenti. 
I dati sono rappresentati come media ± DS del rapporto T/S per gruppo. 
B ) L’attività della telomerasi è stata determinata mediante il saggio TRAP. 
I dati sono rappresentati come media ± DS dell’attività della telomerasi espressa come equivalenti di cellule renali embrionali umane.
Produzione di cortisolo nell’esercizio acuto estremo vs. esercizio cronico e risposta all’allenamento. 
A ) Le concentrazioni sieriche dell’ormone dello stress cortisolo sono state misurate in 
N = 10 campioni maschili dello studio sulla maratona di Berlino Beat of Running e confrontate con ( B ) le concentrazioni di cortisolo in 40 campioni (10 per gruppo sperimentale) dello studio sull’esercizio cronico. 
C ) espressione dell’mRNA dell’ossido nitrico sintasi inducibile (real-time PCR). 
D ) la risposta di addestramento è associata con marcatori di senescenza cellulare: responder nei gruppi di allenamento per quanto riguarda il cambio di massimo consumo di ossigeno (ΔVO 2max ) dopo lo studio rispetto al basale sono stati definiti come le persone al di sopra della media di ΔVO2max al contrario di responder ‘deboli’ con ΔVO 2max sotto della media. 
Confronto della variazione di attività telomerasica visualizzato Δ embrionali umane equivalenti di cellule renali tra soggetti sotto vs sopra la media della ΔVO 2max .

Conclusione

Questo studio è il primo a condurre un confronto controllato e randomizzato valutando gli effetti di diversi protocolli di allenamento sull’attività della telomerasi e sulla lunghezza dei telomeri. 

I risultati di questo studio mostrano che solo le attività di resistenza possono migliorare l’attività della telomerasi e la lunghezza dei telomeri dei leucociti su base acuta e cronica (26 settimane), confermando l’interesse a praticare queste attività per la prevenzione delle malattie cardiovascolari . 

Tuttavia, sarà interessante analizzare altri tipi di allenamento di resistenza più rappresentativi di allenamenti reali con intensità più elevate e il loro impatto sull’attività della telomerasi e dei telomeri, specialmente nelle cellule muscolari.


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