Elementi di Farmacologia per Scienze Motorie: Postbiotici e Sport

Introduzione ai Postbiotici

Riprendendo quanto accennato in lezioni precedenti tra i prodotti correlati al microbiota-microbioma intestinale abbiamo diverse tipologie di prodotti commercialmente disponibili

• PREBIOTICI: prodotti a base di sostanze indigeribili, prevalentemente polisaccaridiche, che fanno da substrato per la crescita dei batteri benefici intestinali
• PROBIOTICI: prodotti a base di ceppi batterici (vivi (e vitali) capaci di colonizzare l'intestino e di fornire benefici all'ospite
• SIMBIOTICI: prodotti che contengono, assieme ai ceppi batterici anche sostanze substrato e vitamine
• POSTBIOTICI: prodotti contenenti derivati dei ceppi batterici benefici colonizzatori dell'intestino (lisati batterici, cataboliti, ecc.); presentano svariate e complesse strutture molecolari e manifestano i loro benefici (principalmente nutrizionali e immunologici), in modo diretto o indiretto, sull'organismo ospite

Composti Postbiotici Maggiormente Indagati

Tra i composti postbiotici maggiormente indagati

• acidi grassi a catena corta (con < 6 atomi di carbonio: SCFA) come butirrato, propionato, acetato, lattato
• mediatori e trasmettitori come acetilcolina, GABA, 5-HT
• derivati polifenolici (es. urolitina)
• derivati dei sali biliari primari (sali biliari secondari)
• EPSs (esopolisaccaridi)
• enzimi
• peptidi antibiotici (es. batteriocidine)
• vitamine del complesso B e K
• aminoacidi aromatici
• lisati batterici

che possono variare in funzione di vari fattori (dieta, caratteristiche individuali, ecc.) e spesso svolgono funzione di molecole segnale tra il microbiota e l'organismo ospite.

Metaboliti Microbici Terminali e Omeostasi

I metaboliti microbici terminali, costituendo circa 1/3 dei metaboliti ematici umani, possiedono non soltanto un ruolo sull'omeostasi intestinale ma anche sul metabolismo e la salute in generale dell'ospite (Wikoff e al., 2009; Cappuccio, 2012; Louis e al., 2014; Sharon e al., 2014; Richards e al., 2016). I supernatanti cell-free ottenute dalle colture, in cui sono presenti in grande quantita' i diversi postbiotici, forniscono gia' una prima stima sulle proprieta' delle molecole da indagare: antiinfiammatoria, antiossidante, antiproliferativa, antibatterica, protettiva della mucosa, ecc.

Metodi Chimico-Fisici per l'Estrazione dei Postbiotici

Tra i piu' utilizzati metodi chimico-fisici per l'estrazione e l'identificazione dei postbiotici

• estrazione enzimatica
• estrazione chimica con solventi
• trattamenti termici
• sonicazione
• dialisi
• caratterizzazione mediante tecniche varie (es. cromatografi).

Studio In Vitro e Ceppi Produttori

Lo studio in vitro consente di far luce non solo sulle sostanze postbiotiche sintetizzate e sui relativi ceppi di origine ma anche sulle condizioni colturali e sulla matrici prebiotiche piu' idonee al processo biosintetico.

Ceppi Produttori di Postbiotici

Tra i vari ceppi produttori di postbiotici

• Bifidobacteria
• Lactobacilli
• Bacteroides fragilis
• E. coli Nissle 1917
• Faecalibacterium prausnitzii

anche se si vanno accumulando evidenze su molte altre specie utili (es. Akkermansia Muciniphila). Spesso non vi e' ancora disponibilita' commerciale di certi probiotici per cui si ricorre alla assunzione di specifici probiotici o, meno frequentemente, certi prebiotici e/o opportune diete.

Microbiota e Sport: Azione Antinfiammatoria

Tra gli effetti piu' indagati dei postbiotici vi e' certamente l'azione antinfiammatoria e trofica sulla mucosa intestinale (potenziamento della funzione barriera) che ne ha suggerito innanzitutto un impiego un varie patologie infiammatorie intestinali (in cui e' nota una correlazione tra carenza in certi postbiotici e le varie situazioni morbose); certi studi passati avevano gia' evidenziato la capacita' di alcuni probiotici di contrastare disturbi gastrointestinali di maratoneti, Esiste indubbiamente un asse "intestino-polmone" che collega il distretto immunitario intestinale a quello polmonare determinato dalla capacita' di migrazione dei linfociti maturi indispensabile alla regolazione della immunita' innata ed alla sintesi delle IgA secretorie, che lascia intravedere importanti applicazioni cliniche e nell'ambito sportivo. La diapositiva seguente mostra la possibile modulazione mediante postbiotici (sali biliari secondari) e probiotici (e vitamina D3) sulla sintesi di una importante citochina infiammatoria IL-17 che sembra collegata a certi processi infiammatori autoimmuni e neoplastici.

Modulazione Immunitaria e Metabolismo

Risposta immunitarial Metabolismo Differenziamento cellule Th17

• 1 1 VITAMINA D3 1 1 (MIGRAZIONE) ACIDI BILIARI PRIMARI (es. LCA ac. litocolico) + ACIDI BILIARI SECONDARI (*) 3-oxo-LCA iso-LCA iso-allo-LCA iso-DCA + SINTESI IL-17 ( ** ) Cellule Treg BATTERI (12 generi) Gordonibacter pamelaceae Eggerthella lenta Raoultibacter massiliensis Collinsella intestinalis Adlercreutzia equolifaciens Clostridium citroniae (*)si abbassano in soggetti con infiammazione intestinale mentre aumentano in ultracentenari ( ** ) cresce in varie patologie autoimmuni e certi tumori BATTERI Prevotella heparinolytica

Microbiota e Sport: Studio su Atleti

Un recentissimo studio in doppio cieco su Nutrients in effetti ha evidenziato, in un piccolo gruppo di atleti non professionisti (42) sottoposti a esercizi ad alta intensita' (con maggiori probabilita' di infezioni alle alte vie aeree) l'efficacia di un probiotico (L. casei Shirota, bevanda fermentata, assunta nei 30 giorni precedenti ad una gara di maratona) nel migliorare la risposta infiammatoria sistemica a livello delle vie respiratorie superiori nella fase post prestazione, mostrando solo nel gruppo verum (non nel gruppo di controllo con placebo)

• sostanziale stabilita' di IgA e peptidi antimicrobici secretori
• aumento di citochine antiinfiammatorie (IL-10)
• calo di citochine proinfiammatorie (IL-1, IL-6, IL-5, IL-13 e TNF-alpha)
• calo della infiltrazione neutrofila nella mucosa nasale.

Altri studi inoltre hanno evidenziato come prebiotici siano di beneficio nel contrastare i sintomi di crisi asmatiche scatenate dall'esercizio fisico nei runner; il dato confermerebbe altre ricerche su lisati batterici che, stimolando le cellule immunitarie a livello delle placche del Peyer, indurrebbero l'attivazione di linfociti B e T, la loro migrazione a livello respiratorio e la sintesi di IgA, coinvolte anche nella reattivita' allergica.

Alcuni Postbiotici: Butirrato

La scarsita' di apporto di vegetali (con eccesso di proteine animali) tipica di certe diete squilibrate (anche di sportivi) puo' determinare, tramite la disbiosi,

• aumento della permeabilita' intestinale
• aumento alla tendenza a forme infiammatorie o allergiche.

Il butirrato e' presente in alcuni alimenti, soprattutto prodotti lattiero- caseari ma anche nell'epicarpo del frutto di gingko biloba, ma la sua origine principale e' certamente dal microbiota intestinale (gram positivi anaerobi saccarolitici) a partire da certi prebiotici come fruttani del tipo dell'inulina (ITF) o arabinoxilan-oligosaccaridi (AXOS) che, oltre ad un positivo effetti bifidogenico (aumento della popolazione di bifidobatteri) hanno anche evinziato un effetto butirogenico, con incremento dell'acido butirrico nel colon. Il butirrato e' un noto prodotto del metabolismo batterico a livello del tratto intestinale nel quale, almeno fino a tempi recenti, si e' ritenuto svolgesse la maggior parte delle sue azioni favorendone integrita' e funzioni (peristalsi, secrezioni), aspetti gia' sufficienti ad esercitare importanti azioni extraintestinali a distanza (es. immunomodulatorie ed antiinfiammatorie).

Azioni del Metabolita Batterico

Il metabolita batterico e' oggi considerato, nell'insieme, svolgere molteplici azioni, tra le quali

• di modulazione del microbioma
• di modulazione della risposta immunitaria (down regulation di varie citochine proinfiammatorie)
• di contrasto all'infiammazione ed allo stress ossidativo (azione condivisa con altri SCFA come il propionato)
• di regolazione delle vie metaboliche, dell'omeostasi energetica e glicolipidica, prevenzione degli squilibri ponderali (gli SCFA sembrano, tra l'altro, stimolare la sintesi di GLP-1 peptide glucagone-simile, oltre a fare da substrato metabolico)
• di contrasto alla angiogenesi
• di segnalazione neurale
• di modulazione epigenetica (inibizione dell'istone deacetilasi).

Evidenze precliniche preliminari sembrano suggerire anche complesse interferenze sul trofismo e sulla performance muscolare.

Studi Preclinici sui Postbiotici e la Funzione Muscolare

Uno studio svedese del 2019 (Shawon Lahiri e coll., su Science Translational Medicine) ha evidenziato come topi germ-free mostrino atrofia muscolare e minore espressione di molecole che supportano il trofismo e la crescita muscolare; inoltre elevati livelli ematici di certi aminoacidi e basi livelli di colina hanno suggerito anche problemi epatici e nella trasmissione della placca motrice; il trasferimento di germi da topi sani a topi germ-free era in grado di ripristinare la funzione muscolare e tale recupero si osservava anche semplicemente somministrando SCFA (postbiotici) ai topi germ-free. Un piu' recente studio su topi sottoposti a sforzo fisico controllato (John J. McCarthy e coll., su The Journal of Physiology del 2021) ha confermato come una disbiosi indotta da antibiotici abbia significativamente peggiorato i marker sottoposti a monitoraggio e l'adattamento muscolare all'esercizio, suggerendo un ruolo plastico dei metaboliti microbici sul rimodellamento muscolare.

Postbiotici in Ambito Patologico e Doping Biologico

In ambito patologico un lavoro del 2017 di ricercatori dell'Illinois (Jun Sun su Clinical Terapeutics) ha evidenziato l'utilita' del microbiota nel contrastare la progressione della SLA indotta in modelli animali geneticamente modificati (topi), suggerendo un effetto protettivo sulla trasmissione neurale necessaria per una corretta attivita' motoria; la somministrazione del solo butirrato ha prodotto non solo una comparsa ritardata dei primi sintomi (calo ponderale) ma anche un significativo aumento della sopravvivenza, Tali dati, per quanto preclinici e sperimentali, sono potenzialmente interessanti ai fini di contrastare perdite di massa muscolare legate a varie cause fisiopatologiche (es. anziani) e suggerisce una interessante e complessa relazione tra intestino e masse muscolari. Crescente interesse verso i postbiotici viene rivolto anche rispetto alla creazione di alimenti funzionali ed al cosiddetto "doping biologico".