L’intestino umano ospita un ecosistema eterogeneo costituito dal più alto numero di specie batteriche dell’organismo. Le ricerche trasversali condotte sul microbiota hanno appurato, inoltre, quanto l’attività fisica sia capace di influenzarne la biodiversità tanto in termini quantitativi, quanto qualitativi. Sebbene non si sia ancora in grado di attestare quali siano i gruppi batterici coinvolti nel processo di modificazione, studi recenti – basati sui contributi scientifici pubblicati dall’Università dell’Illinois, dal Dr. Jeffrey Woods e dal Dr. Jacob M. Allen – consentono di instaurare una prima correlazione tra promozione della salute, attività motoria e riduzione della disbiosi intestinale. Quest’ultima è l’alterazione della flora batterica responsabile di gonfiore addominale, stipsi, meteorismo e cattiva digestione – soltanto per citare i sintomi più comuni tra i pazienti che ne sono affetti. In questo articolo, di conseguenza, intendo passare in rassegna una nuova area di intervento, analizzando il ruolo che alcuni fattori esogeni – tra tutti, l’attività fisica – rivestono nel raggiungimento e nel mantenimento dell’equilibrio microbiotico dell’intestino.

 

Sport e benessere. Una panoramica

La modificazione delle specie batteriche e dei metaboliti di derivazione microbica derivante dall’attività fisica continuativa è argomento che ha acquisito rilevanza internazionale. In aggiunta, è noto quanto l’esercizio motorio si riveli un alleato estremamente efficace nel trattamento di malattie metaboliche, condizioni di obesità cronica, disordini cognitivi e terapie comportamentali. Altrettanto stimolanti sono le ricerche condotte nel campo dell’endocrinologia e della gastroenterologia. Uno stile di vita sedentario è, infatti, responsabile di una progressiva comparsa di malattie cardiovascolari e oncologiche, le quali incidono negativamente sulla flora batterica intestinale, sul sistema immunitario e sulla rigenerazione cellulare/muscolare. Di contro, l’esecuzione di esercizi motori a intensità moderata sono in grado di favorire un naturale stato organico anti-infiammatorio, l’attivazione della HPA (Hypothalamic Pituitary Adrenal, l’asse ipotalamo-surrene) e la promozione dell’attività plastica neuronale. Dopo aver confrontato la composizione del microbiota intestinale tra un gruppo di sedentari e un gruppo di atleti professionisti, è stato possibile appurare quanto il lavorio endogeno indotto dalla motilità sia alla base dei fattori che modificano il microbiota e ne regolano la dimensione quali-quantitativa.

 

Il microbiota intestinale

Come accennato nell’introduzione a questo articolo, il microbiota è un ecosistema eterogeneo di microrganismi-coloni occupanti l’intero tratto gastro-intestinale. In accordo alla tesi di Sender, Fuchs e Milo[1], questi ultimi sono virus, funghi, protozoi, batteri e archeobatteri categorizzabili in oltre 1.100 specie, strutturate a loro volta da 39 milioni di microbi in rapporto 1:1 con le cellule eucariotiche dell’organismo umano. Due sono, inoltre, le macrocategorie prevalenti negli individui adulti: i Firmicutes – circa il 60-80% della flora batterica intestinale – e i Bacteroidetes, in percentuali che oscillano tra il 20 e il 40%. Tuttavia, sarebbe un errore ritenere che il microbiota dell’intestino sia composto soltanto da gruppi di batteri-coloni. I virus, i funghi e i restanti organuli procarioti (Archea) sono, infatti, responsabili dell’insieme eterogeneo di funzioni gastro-intestinali relative all’assorbimento dei nutrienti in fase digestiva, alla formazione della barriera intestinale, alla regolazione delle mucose e alla rapida metabolizzazione di farmaci assunti dal paziente. Le azioni summenzionate determinano, a propria volta, un’emissione da parte dei batteri di varie molecole – tra cui acidi grassi a catena corta, amminoacidi ed enzimi.

[1] Are we really vastly outnumbered? Revisiting the ratio of bacterial to host cells in humans; Cell 164 (2016).

L’esercizio fisico e gli effetti sul microbiota intestinale. La sperimentazione animale

L’attività motoria svolta nel corso della prima infanzia riveste un ruolo chiave nella strutturazione del microbiota intestinale e nella preservazione del suo equilibrio. Il motivo è da rintracciare nella scarsa eterogeneità dei microrganismi-coloni che, non ancora giunti a piena maturazione, devono seguire un iter di arricchimento e potenziamento progressivo. I cambiamenti quali-quantitativi possono compromettere la relazione simbiotica dei vari gruppi, determinando l’insorgenza di stati infiammatori tendenti alla cronicità e fenomeni di disbiosi intestinale infantile. In aggiunta, studi pubblicati nel biennio 2015-2017 hanno provato quanto l’attività fisica in soggetti giovani abbia apportato benefici superiori se paragonati a quelli riscontrati in età adulta. Non soltanto si è assistito a un aumento considerevole dei Bacteroidetes e dei Firmicutes, ma anche all’accrescimento di due generi batterici – i Blautia e gli Anaerostipes – responsabili della produzione di butirrato. Quest’ultimo è un acido grasso saturo non essenziale composto da quattro atomi di carbonio e prodotto dalla fermentazione della fibra alimentare. Il suo incremento è stato riscontrato dai ricercatori a partire dal terzo giorno di attività fisica svolta continuativamente. Nello specifico, lo studio in oggetto ha coinvolto topi di laboratorio alla quarta settimana di vita – corrispondenti ai 6 mesi umani – ed è proseguito fino al raggiungimento dell’età adulta. Il secondo gruppo di controllo – quello dei topi adulti – ha visto la partecipazione di cavie alle 10 settimane di vita, il corrispettivo di 20 anni umani[1].

[1] Dutta, S. & Sengupta, P. Men and mice: Relating their ages. Life Sci. 152, 244–248 (2016).

Altri studi condotti sugli animali da laboratorio

Senza entrare nel merito della questione, è possibile tracciare un modello di incremento microbiotico intestinale valutando i risultati desunti da studi correlati a quello già menzionato nel paragrafo precedente:

• Un aumento dell’eterogeneità microbiotica, soprattutto in organismi affetti da obesità cronica.
• Produzione di butirrato.
• Diminuzione di batteri potenzialmente patogeni, tra i quali spicca lo Streptococco.
• Incremento significativo della diversità di generi microbiotici – Lactobacillus, Bifidobacterium, Lachnospiraceae e

Il risultato? Gli effetti dell’attività fisica sul microbiota intestinale hanno destato l’interesse della comunità scientifica per via della potenziale risoluzione di sintomatologie connesse alla disbiosi, incluse malattie autoimmuni, infezioni batteriche e prevenzione oncologica (cancro del colon-retto).

 

Effetti benefici dell’attività fisica sul microbiota intestinale

La domanda sorge, dunque, spontanea: quali sono i vantaggi dell’esercizio motorio sull’organismo umano? In che modo il modello animale è in grado di gettare luce sulle caratteristiche microbiotiche degli individui in età adulta, eventualmente affetti da disbiosi? L’ultima decade ha portato all’attenzione della comunità scientifica un insieme di prolifici studi sul microbiota degli sportivi. Tra le pubblicazioni[2] di maggior interesse si colloca la valutazione della flora batterica intestinale di giocatori di rugby professionisti e di individui sedentari appartenenti alla medesima fascia d’età. Nei primi è stato riscontrato un aumento di Erysipelotrichaceae, la famiglia di batteri spesso conosciuta dalla comunità medica come anti-cancro. Ricerche affini hanno evidenziato una rinnovata produzione di acidi grassi a catena corta SCFAs e un’attivazione dei recettori TLR – i Toll-Like Receptors dei muscoli. In aggiunta, si è assistito a un miglioramento olistico del funzionamento somatico, a una preservazione superiore dell’omeostasi glicemica e a un maggiore turnover di carboidrati – ovverosia il processo che ne determina l’assunzione e il consumo totale giornaliero.

 

Considerazioni finali e conclusioni

In conclusione, è doveroso ricordare quanto segue: gli studi summenzionati sono il risultato di analisi trasversali, condotte in mancanza di protocolli dietetici regolati nel tempo. Gli atleti professionisti coinvolti nelle ricerche sono non soltanto individui attivi, ma anche adulti sottoposti a protocolli alimentari più stringenti rispetto a quelli di persone comuni e sedentarie. In aggiunta, è noto quanto la dieta abbia un impatto notevole sulla regolazione del microbiota intestinale. Di conseguenza, il quesito resta aperto: l’attività motoria è in grado di incidere sul microbiota indipendentemente dalle abitudini dietetiche? La risposta è affermativa, ma a una condizione: gli effetti benefici approfonditi nei paragrafi precedenti sembrano cessare al sopraggiungere di un rinnovato stile di vita sedentario. Al giorno d’oggi, il dibattito è ancora aperto, nella speranza che studi futuri possano gettare luce sugli adattamenti fisiologici di un organismo sottoposto ad attività fisica prolungata nel tempo.

Fonti Scientifiche:

• Mika, A. et al. Exercise Is More Effective at Altering Gut Microbial Composition and Producing Stable Changes in Lean Mass in Juvenile versus Adult Male F344 Rats. PLoS ONE 10, (2015).
• Mika, A. & Fleshner, M. Early-life exercise may promote lasting brain and metabolic health through gut bacterial metabolites. Immunol. Cell Biol. 94, 151–157 (2016).
• Ley, R. E. et al. Obesity alters gut microbial ecology. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102, 11070–11075 (2005).
• Dutta, S. & Sengupta, P. Men and mice: Relating their ages. Life Sci. 152, 244–248 (2016).
• Denou, E., Marcinko, K., Surette, M. G., Steinberg, G. R. & Schertzer, J. D. High-intensity exercise training increases the diversity and metabolic capacity of the mouse distal gut microbiota during diet-induced obesity. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 310, E982-993 (2016).
• Evans, C. C. et al. Exercise prevents weight gain and alters the gut microbiota in a mouse model of high fat diet-induced obesity. PloS One 9, e92193 (2014).
• Petriz, B. A. et al. Exercise induction of gut microbiota modifications in obese, non-obese and hypertensive rats. BMC Genomics 15, 511 (2014).
• Matsumoto, M. et al. Voluntary running exercise alters microbiota composition and increases n-butyrate concentration in the rat cecum. Biosci. Biotechnol. Biochem. 72, 572–576 (2008).
• Batacan, R. b. et al. A gut reaction: the combined influence of exercise and diet on gastrointestinal microbiota in rats. J. Appl. Microbiol. 122, 1627–1638 (2017).
• Queipo-Ortuño, M. I. et al. Gut Microbiota Composition in Male Rat Models under Different Nutritional Status and Physical Activity and Its Association with Serum Leptin and Ghrelin Levels. PLOS ONE 8, e65465 (2013).
• Lambert, J. E. et al. Exercise training modifies gut microbiota in normal and diabetic mice. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 40, 749–752 (2015).
• Campbell, S. C. et al. The Effect of Diet and Exercise on Intestinal Integrity and Microbial Diversity in Mice. PloS One 11, e0150502 (2016).
• Kang, S. S. et al. Diet and exercise orthogonally alter the gut microbiome and reveal independent associations with anxiety and cognition. Mol. Neurodegener. 9, 36 (2014).
• Hsu, Y. J. et al. Effect of intestinal microbiota on exercise performance in mice. J. Strength Cond. Res. 29, 552–558 (2015).
• Allen, J. M. et al. Voluntary and forced exercise differentially alters the gut microbiome in C57BL/6J mice. J. Appl. Physiol. 118, 1059–1066 (2015).
• Clarke, S. F. et al. Exercise and associated dietary extremes impact on gut microbial diversity. Gut 63, 1913–1920 (2014).
• Bressa, C. et al. Differences in gut microbiota profile between women with active lifestyle and sedentary women. PLOS ONE 12, e0171352 (2017).
• Estaki, M. et al. Cardiorespiratory fitness as a predictor of intestinal microbial diversity and distinct metagenomic functions. Microbiome 4, 42 (2016).
• Barton, W. et al. The microbiome of professional athletes differs from that of more sedentary subjects in composition and particularly at the functional metabolic level. Gut gutjnl-2016-313627 (2017). doi:10.1136/gutjnl-2016-313627
• Allen, J. M. et al. Exercise Alters Gut Microbiota Composition and Function in Lean and Obese Humans. Med. Sci. Sports Exerc. (2017). doi:10.1249/MSS.0000000000001495

 

[1] Dutta, S. & Sengupta, P. Men and mice: Relating their ages. Life Sci. 152, 244–248 (2016).

[2] Clarke, S. F. et al. Exercise and associated dietary extremes impact on gut microbial diversity. Gut 63, 1913-1920 (2014).