Una mappa molecolare dell'intero corpo spiega perché l'esercizio fisico fa così bene

L'esercizio fisico non serve solo ad aumentare la forza muscolare, migliorare la salute del cuore e abbassare i livelli di zucchero nel sangue; è anche collegato a una serie di altri benefici per la salute. Ma come può una corsa regolare sul tapis roulant, una pedalata ripida o una camminata veloce all'ora di pranzo produrre una gamma così ampia di benefici per la salute?

Siamo più vicini a rispondere a questa domanda, grazie a un nuovo, imponente studio della Stanford School of Medicine. I ricercatori hanno effettuato quasi 10.000 misurazioni su quasi 20 tipi di tessuto per osservare gli effetti di otto settimane di esercizio di resistenza su topi da laboratorio addestrati a correre su tapis roulant delle dimensioni di un roditore.

I loro risultati evidenziano gli effetti sorprendenti dell'esercizio fisico sul sistema immunitario, sulla risposta allo stress, sulla produzione di energia e sul metabolismo. Hanno scoperto legami significativi tra esercizio fisico e molecole e geni già noti per il loro ruolo in una varietà di malattie umane e nella riparazione dei tessuti.

Lo studio fa parte di una serie di articoli pubblicati il 1° maggio dai membri di un team di ricerca multidisciplinare, ideato per gettare le basi per comprendere – a livello molecolare e dell'intero corpo – come i nostri tessuti e le nostre cellule rispondono all'esercizio fisico.

"Sappiamo tutti che l'esercizio fisico fa bene", afferma il professore di patologia Stephen Montgomery, PhD. "Ma sappiamo poco sui segnali molecolari che si verificano in tutto il corpo quando le persone si allenano, o su come questi possano essere alterati dall'allenamento. Il nostro studio è il primo a esaminare i cambiamenti molecolari su scala corporea, dalle proteine ai geni, dai metaboliti ai grassi e alla produzione di energia. È la più ampia analisi degli effetti dell'esercizio fisico fino ad oggi e crea una mappa importante di come modifica il corpo".

Montgomery, che è anche professore di genetica e scienza dei dati biomedici, è l'autore principale dell'articolo pubblicato sulla rivista Nature.

Una visione coordinata degli esercizi

I ricercatori coinvolti nello studio e in altre pubblicazioni concomitanti fanno parte di un gruppo nazionale chiamato Molecular Transducers of Physical Activity Consortium, o MoTrPAC, organizzato dai National Institutes of Health. L'iniziativa è stata lanciata nel 2015 per studiare in dettaglio come l'esercizio fisico migliori la salute e prevenga le malattie.

Il team di Stanford Medicine ha svolto gran parte del lavoro pesante, studiando gli effetti di otto settimane di allenamento di resistenza sull'espressione dei geni (trascrittoma), delle proteine (proteoma), dei grassi (lipidoma), dei metaboliti (metaboloma), del modello di tag chimici posti sul DNA (epigenoma), del sistema immunitario e altro ancora.

Hanno eseguito 9.466 test su diversi tessuti in ratti addestrati a correre per distanze crescenti e hanno confrontato i risultati con quelli di ratti che oziavano nelle loro gabbie. Si sono concentrati su muscoli delle zampe, cuore, fegato, reni e tessuto adiposo bianco (il tipo di grasso che si accumula con l'aumento di peso); altri tessuti includevano polmoni, cervello e tessuto adiposo bruno (un tipo di grasso più metabolicamente attivo che aiuta a bruciare calorie).

La combinazione di molteplici analisi e tipi di tessuto ha prodotto risultati che ammontano a centinaia di migliaia per i cambiamenti non epigenetici e oltre 2 milioni di cambiamenti distinti nell'epigenoma. Questi risultati terranno impegnati gli scienziati per gli anni a venire.

Sebbene questo studio sia servito principalmente a creare un database per analisi future, sono già emersi alcuni risultati interessanti. In primo luogo, hanno notato che l'espressione di 22 geni cambiava con l'esercizio fisico in tutti e sei i tessuti su cui si sono concentrati.

Molti geni erano coinvolti nei cosiddetti percorsi dello shock termico, che stabilizzano la struttura proteica quando le cellule sono esposte a stress, come sbalzi di temperatura, infezioni o rimodellamento tissutale. Altri geni erano coinvolti in percorsi che abbassano la pressione sanguigna e aumentano la sensibilità dell'organismo all'insulina, abbassando così i livelli di zucchero nel sangue.

I ricercatori hanno anche notato che l'espressione di diversi geni collegati al diabete di tipo 2, alle malattie cardiache, all'obesità e alle malattie renali era ridotta nei ratti che facevano esercizio rispetto ai loro coetanei sedentari, il che indica chiaramente un legame tra la loro ricerca e la salute umana.

Differenze di genere

Infine, hanno riscontrato differenze di genere nel modo in cui i vari tessuti dei ratti maschi e femmine rispondevano all'esercizio fisico. I ratti maschi hanno perso circa il 5% del grasso corporeo dopo otto settimane di esercizio, mentre le femmine non ne hanno perso molto. (Hanno comunque mantenuto la loro percentuale di grasso corporeo iniziale, mentre le femmine sedentarie hanno guadagnato un ulteriore 4% di grasso nel corso dello studio.)

Ma la differenza più significativa è stata riscontrata nell'espressione genica nelle ghiandole surrenali dei ratti. Dopo una settimana, i geni legati alla produzione di ormoni steroidei come l'adrenalina e alla produzione di energia sono aumentati nei ratti maschi, ma sono diminuiti nelle ratte femmine.

Nonostante queste prime, allettanti associazioni, i ricercatori avvertono che la scienza dell'esercizio fisico è tutt'altro che completa. Anzi, è solo agli inizi. Ma il futuro sembra promettente.

"A lungo termine, è improbabile che troveremo un intervento magico che replichi tutto ciò che l'esercizio fisico può fare per una persona", ha detto Montgomery. "Ma possiamo avvicinarci al concetto di esercizio di precisione: raccomandazioni personalizzate basate sulla genetica, sul sesso, sull'età o su altre condizioni mediche di una persona per ottenere risposte benefiche in tutto il corpo".