STRESS OSSIDATIVO

Per l’identificazione precoce di condizioni di sottoprestazione sportiva

Definizione

Lo stress ossidativo (SO) è uno “sbilanciamento tra gli agenti ossidanti ed antiossidanti in favore dei primi che porta al danno molecolare, ma anche alla fatica muscolare” (1). Le sostanze che contribuiscono al SO sono atomi altamente instabili che tendono a catturare un elettrone di un accettore modificandone la formula atomica. In particolare sono le specie reattive dell’ossigeno (ROS) e del nitrogeno (RNS) come il perossido di idrogeno (H₂O₂), superossido (O₂^-) e ossido nitrico (NO^-) (2). Lo stress ossidativo è praticamente implicato in ogni malattia, ad esempio i radicali liberi sono fautori dell’invecchiamento (3).

Quando si esegue l’attività fisica aumenta il consumo di ossigeno e si stima che almeno il 2% dell’O₂ viene convertito in specie reattive sia nel muscolo che nel circolo sanguigno, ma questo procedimento avviene anche a riposo (4)(5). Questi elementi sono sia negativi, in quanto, se in eccesso, aumentano la fatica muscolare, provocano danni alle strutture delle molecole (lipidi, proteine, DNA, ecc.) (6)(7) e riducono le difese immunitarie (8), ma sono anche positivi, infatti in quantità moderate permettono gli adattamenti fisiologici nel muscolo (biogenesi mitocondriale, sintesi di enzimi dal potere antiossidante, sintesi delle proteine che contrastano lo stress, ecc.) (2).

Si sa che monitorare lo stress ossidativo e le sue difese (contenuto antiossidante) permette di monitorare lo stato di recupero degli atleti durante periodi di allenamento intenso in quanto è uno dei marker potenziali per identificare precocemente situazioni di sottoprestazione sportiva. Quello che non si sa, però, è se questo accumulo di SO che si rileva è una conseguenza o una causa dell’overtraining e dell’overreaching non funzionale (9).

Risposta al carico acuto

In generale, l’attività fisica aerobica od anaerobica ha la potenzialità di aumentare i radicali liberi che possono, o non possono, trasformarsi in stress ossidativo, infatti l’importante è che si superi la soglia individuale di protezione contro i RONS che è prevalentemente ottenuta da un ottimo sistema cardiorespiratorio (10). Una review e metanalisi mostra che in genere si ha un aumento delle specie reattive dopo l’allenamento in atleti (14). Una simulazione di una prova massimale di 2000m di voga aumenta in acuto i RONS (12), così come una maratona (13). Invece, in ciclisti professionisti dopo un Tour di quattro giorni c’è un aumento statistico dei RONS, ma hanno anche mostrato che le loro difese antiossidanti sono rimaste elevate ed hanno avuto un andamento parallelo agli agenti stressanti, per cui su soggetti altamente allenati questo sovraccarico non è stato in grado di sorpassare le risposte difensive (11). Questa indagine mostra come il concetto di sopportazione dello SO sia altamente specifico per ogni soggetto. Invece, in attività a basse intensità (60% del VO_2max o inferiore) si ha uno stimolo per la produzione di difese contro i RONS (15). Riassumendo, per produrre le specie reattive dell’ossigeno e del nitrogeno è necessario un carico elevato (mix di intensità e durata) relativamente allo stato di allenamento del soggetto, invece attività di lunga durata e bassa intensità permettono di aumentare le difese antinfiammatorie.

Risposta al carico cronico

Si conosce che nelle condizioni di sottoprestazione sportiva di genere psico-fisiche come l’overtraining (OT) e l’overreaching non funzionale (ONF) lo stress ossidativo e le sostanze pro-infiammatorie sono aumentate (16)(17)(18)(19), così come in chi mostra sintomi di malattia e di sovraccarico (20). Quello che non si conosce ancora è se questo squilibrio nell’omeostasi tra ossidanti-antiossidanti sia una conseguenza dell’OT o se sia una causa che contribuisce al suo manifestarsi (9). In numerose indagini è rilevato che lo SO aumenta con il carico elevato e si riduce durante il taper (21)(22)(23)(24). Ad esempio, in uno sciatore d’élite c’è stato il picco dello SO in concomitanza con il minimo prestazionale (25). Un ottimo studio, caposaldo di questo tema (27), mostra come dopo un protocollo di 12 settimane (nove di sovraccarico e tre di scarico) ci sia un aumento dello stress ossidativo e del contenuto di sostanze pro-infiammatorie. In particolare, la capacità totale anti-ossidativa aumenta nella fase iniziale di adattamento al carico, ma si riduce drasticamente nelle tre settimane più intense (7°-9°) in contemporanea con la situazione di sottoprestazione “conclamata”. Inoltre, il rapporto GSH/GSSG è correlato con il volume e la prestazione. Quindi, la capacità totale e il GHS/GSSG è altamente specifico per la sottoprestazione sportiva. Come ogni variabile, un periodo di de-allenamento riduce la capacità di contrastare i radicali liberi (26). Riassumendo, una sintomatologia di sottoprestazione sportiva come l’ONF e l’OT hanno aumentato la quantità di stress ossidativo sia a riposo sia durante che dopo l’attività. Un de-allenamento (infortunio, malattia, cessione dell’attività fisica) riduce le difese antiossidanti.

Misurazione & monitoraggio

Strumentazione. Esami sanguigni e laboratorio. La misurazione basale al mattino dopo due/tre giorni di scarico può essere un’ottima soluzione in quanto è relativamente lontana da fattori confondenti.

Variabili. Cambiamenti nel GSH/GSSG (rapporto tra il glutatione ridotto e ossidato, antiossidanti non enzimatici), superossido dismutasi (SOD), glutatione perossidasi (GPx), catalase (CAT), stato totale di antiossidanti (TAS) e molti altri.

Fattori confondenti

Ritmo circadiano dell’infiammazione. In atleti specialisti nel sollevamento pesi al mattino si hanno maggiori risposte infiammatorie e di stress ossidativo rispetto che lo stesso allenamento effettuato di pomeriggio o alla sera (>16:00). Però, una limitazione è che hanno utilizzato solo atleti che hanno da sempre programmato sessioni nella seconda parte della giornata (28)(29).

Variabili fisiche e contesto. Si sa che le risposte dei radicali liberi variano in base alla tipologia dell’atleta e alla sua fitness cardiorespiratoria (endurance, forza, potenza), all’esercizio che svolge (sport-specifico o aspecifico), all’intensità e durata (30)(31). Inoltre, anche altre variabili contribuiscono a confondere le risposte come, ad esempio, se l’attività sia preceduta o meno da un riscaldamento (32). Anche l’età e lo stile di vita (compreso l’alimentazione) modificano la resistenza ai RONS (10), così come l’altitudine degli allenamenti o della vita, infatti lo stress è maggiore a quote medio-alte (33), motivo per cui c’è una maggior probabilità di sviluppare condizioni di sottoprestazione nei ritiri (oltre che per un concomitante aumento del carico di lavoro).

Applicazione pratica

Rispetto al cortisol awakening response, il monitoraggio dello stress ossidativo è altamente più specifico per le condizioni di sottoprestazione sportiva (OT), ma è molto più difficoltosa la sua applicazione in quanto sono richiesti prelievi ematici ed un laboratorio. Ad oggi si consiglia solo la sua applicazione nelle ricerche universitarie.

BIBLIOGRAFIA

1. Finaud J, Lac G, Filaire E. Oxidative stress: Relationship with exercise and training. Vol. 36, Sports Medicine. Springer; 2006. p. 327–58.

2. Marin DP, Bolin AP, Campoio TR, Guerra BA, Otton R. Oxidative stress and antioxidant status response of handball athletes: Implications for sport training monitoring. Int Immunopharmacol. 2013;17(2):462–70.

3. Golden TR, Hinerfeld DA, Melov S. Oxidative stress and aging: beyond correlation. Aging Cell. 2002 Nov 19;1(2):117–23.

4. Boveris A, Chance B. The mitochondrial generation of hydrogen peroxide. General properties and effect of hyperbaric oxygen. Biochem J. 1973 Jul 15;134(3):707–16.

5. Sakamoto K, Goodyear LJ. Invited review: Intracellular signaling in contracting skeletal muscle. Vol. 93, Journal of Applied Physiology. American Physiological Society; 2002. p. 369–83.

6. Powers SK, Deminice R, Ozdemir M, Yoshihara T, Bomkamp MP, Hyatt H. Exercise-induced oxidative stress: Friend or foe? J Sport Heal Sci. 2020;9(5):415–25.

7. Reid MB. Free radicals and muscle fatigue: Of ROS, canaries, and the IOC. Free Radic Biol Med. 2008;44(2):169–79.

8. Nieman DC, Pedersen BK. Exercise and immune function. Recent developments. Vol. 27, Sports Medicine. Springer; 1999. p. 73–80.

9. Kreher JB, Schwartz JB. Overtraining Syndrome: A Practical Guide. Sports Health. 2012;4(2):128–38.

10. Fisher-Wellman K, Bloomer RJ. Acute exercise and oxidative stress: A 30 year history. Dyn Med. 2009;8(1):1–25.

11. Serrano E, Venegas C, Escames G, Sánchez-Muñoz C, Zabala M, Puertas A, et al. Antioxidant defence and inflammatory response in professional road cyclists during a 4-day competition. J Sports Sci. 2010;28(10):1047–56.

12. Kyparos A, Vrabas IS, Nikolaidis MG, Riganas CS, Kouretas D. Increased Oxidative Stress Blood Markers in Well-Trained Rowers Following Two Thousand-Meter Rowing Ergometer Race. J Strength Cond Res. 2009 Aug;23(5):1418–26.

13. Larsen EL, Poulsen HE, Michaelsen C, Kjær LK, Lyngbæk M, Andersen ES, et al. Differential time responses in inflammatory and oxidative stress markers after a marathon: An observational study. J Sports Sci. 2020;38(18):2080–91.

14. Varamenti E, Tod D, Pullinger SA. Redox Homeostasis and Inflammation Responses to Training in Adolescent Athletes: a Systematic Review and Meta-analysis. Sport Med - Open. 2020;6(1).

15. Inal M, Akyüz F, Turgut A, Getsfrid WM. Effect of aerobic and anaerobic metabolism on free radical generation swimmers. Med Sci Sports Exerc. 2001;33(4):564–7.

16. Tanskanen MM, Uusitalo AL, Kinnunen H, Häkkinen K, Kyröläinen H, Atalay M. Association of military training with oxidative stress and overreaching. Med Sci Sports Exerc. 2011;43(8):1552–60.

17. Hackney AC. Hormonal Changes At Rest in Overtrained Endurance Athletes. Biol Sport. 1991;8(2):49–55.

18. Tanskanen M, Atalay M, Uusitalo A. Altered oxidative stress in overtrained athletes. J Sports Sci. 2010;28(3):309–17.

19. Lewis NA, Redgrave A, Homer M, Burden R, Martinson W, Moore B, et al. Alterations in redox homeostasis during recovery from unexplained underperformance syndrome in an elite international rower. Int J Sports Physiol Perform. 2018 Jan 1;13(1):107–11.

20. Lewis NA, Simpkin AJ, Moseley S, Turner G, Homer M, Redgrave A, et al. Increased oxidative stress in injured and ill elite international olympic rowers. Int J Sports Physiol Perform. 2020 May 1;15(5):625–31.

21. Martinović J, Dopsaj V, Kotur-Stevuljević J, Dopsaj M, Vujović A, Stefanović A, et al. Oxidative Stress Biomarker Monitoring in Elite Women Volleyball Athletes During a 6-Week Training Period. J Strength Cond Res. 2011 May;25(5):1360–7.

22. Knez WL, Jenkins DG, Coombes JS. The effect of an increased training volume on oxidative stress. Int J Sports Med. 2014 Jan 9;35(1):8–13.

23. Concepcion-Huertas M, Chirosa LJ, de Haro T, Chirosa IJ, Romero V, Aguilar-Martinez D, et al. Changes in the redox status and inflammatory response in handball players during one-year of competition and training. J Sports Sci. 2013;31(11):1197–207.

24. Varamenti EI, Kyparos A, Veskoukis AS, Bakou M, Kalaboka S, Jamurtas AZ, et al. Oxidative stress, inflammation and angiogenesis markers in elite female water polo athletes throughout a season. Food Chem Toxicol. 2013;61:3–8.

25. Schippinger G, Fankhauser F, Abuja PM, Winklhofer-Roob BM, Nadlinger K, Halwachs-Baumann G, et al. Competitive and seasonal oxidative stress in elite alpine ski racers. Scand J Med Sci Sport. 2009;19(2):206–12.

26. Radak Z, Toldy A, Szabo Z, Siamilis S, Nyakas C, Silye G, et al. The effects of training and detraining on memory, neurotrophins and oxidative stress markers in rat brain. Neurochem Int. 2006 Sep 1;49(4):387–92.

27. Margonis K, Fatouros IG, Jamurtas AZ, Nikolaidis MG, Douroudos I, Chatzinikolaou A, et al. Oxidative stress biomarkers responses to physical overtraining: Implications for diagnosis. Free Radic Biol Med. 2007;43(6):901–10.

28. Ammar A, Chtourou H, Hammouda O, Turki M, Ayedi F, Kallel C, et al. Relationship between biomarkers of muscle damage and redox status in response to a weightlifting training session: Effect of time-of-day. Acta Physiol Hung. 2016 Jun;103(2):243–61.

29. Ammar A, Chtourou H, Hammouda O, Trabelsi K, Chiboub J, Turki M, et al. Acute and delayed responses of C-reactive protein, malondialdehyde and antioxidant markers after resistance training session in elite weightlifters: Effect of time of day. Chronobiol Int. 2015;32(9):1211–22.

30. Rad R. Review Paper Revijalni Rad Review Paper Review Paper Oxidative Stress in Training, Overtraining and Detraining: From Experimental To Applied Research Oksidativni Stres U Treniranosti, Pretreniranosti I Detreniranosti : 2016;1–6.

31. Djordjevic DZ, Cubrilo DG, Puzovic VS, Vuletic MS, Zivkovic VI, Barudzic NS, et al. Changes in athlete’s redox state induced by habitual and unaccustomed exercise. Oxid Med Cell Longev. 2012;

32. Cubrilo D, Djordjevic D, Zivkovic V, Djuric D, Blagojevic D, Spasic M, et al. Oxidative stress and nitrite dynamics under maximal load in elite athletes: Relation to sport type. Mol Cell Biochem. 2011 Sep 12;355(1–2):273–9.

33. León-López J, Calderón-Soto C, Pérez-Sánchez M, Feriche B, Iglesias X, Chaverri D, et al. Oxidative stress in elite athletes training at moderate altitude and at sea level. Eur J Sport Sci. 2018;18(6):832–41.