PRESENTAZIONE DEGLI ELABORATI RISULTANTI DALL’ATTIVITA’ DI RICERCA CONDOTTA DAL DIPARTIMENTO DI SCIENZE MEDICHE “MARIO ARESU” DELL’UNIVERSITA’ DI CAGLIARI NELL’AMBITO DELL’ATTUAZIONE DEL PROGETTO

NUTRACEUTICA Valorizzazione dei prodotti della filiera agro-alimentare della Sardegna ai fini di una

loro più elevata penetrazione nel mercato dei prodotti nutraceutici.

Finanziato dall’Assessorato all’Agricoltura e Riforma Agro-Pastorale della Regione Sardegna, sulla base della legge 17 Novembre 2010 n. 15, art. 16, commi 1 e 2, con deliberazione della Giunta Regionale n. 52/101 del 23.12.2011, “Contributo alle Università della Sardegna per attività di supporto nell’elaborazione di strategie di politica agricola funzionali alla diversificazione” RESPONSABILI SCIENTIFICI: PROF. ALBERTO CONCU (fino alla messa in quiescenza) DOTT. ANTONIO CRISAFULLI (subentrato)

LA NUTRACEUTICA Per prodotti nutraceutici si intendono quei prodotti per uso orale contenenti alte concentrazioni di principi attivi derivati da alimenti funzionali, e che forniscono benefici fisiologici sulla salute anche in senso preventivo e terapeutico di alcune patologie.

Richiami di scienza dell’alimentazione L’alimentazione è quella funzione che si esplica assumendo, appunto, degli alimenti indispensabili all’espletamento delle varie funzioni vitali quotidiane. Gli alimenti sono quindi gli strumenti, acquisiti dall’ambiente esterno all’organismo, che consentono di soddisfare il nostro fabbisogno di energia, e di disporre di cofattori essenziali per le trasformazioni energetiche (tra i quali i sali minerali sono particolarmente importanti), attraverso il loro inserimento nel meccanismo della nutrizione: l’insieme dei processi biologici che si sviluppano all’interno dell’organismo e ne consentono, o condizionano, la sopravvivenza, la crescita, lo sviluppo e l’integrità. L’alimentazione può essere intesa quindi come la materiale assunzione di alimenti, che è un’attività fisiologica vitale in risposta a stimoli fisici e psichici, la fame e l’appetito, i quali inducono i comportamenti di ricerca e assunzione di alimento o, più semplicemente, di cibo. L’insieme di alimenti, o cibarie, che assumiamo in un determinato periodo, ad esempio in una giornata, viene comunemente definito con il termine “dieta”.

Elementi di fisiologia della nutrizione La fisiologia della nutrizione: una ben definita branca delle discipline biomediche, analizza le interazioni tra l’apporto di alimenti all’organismo, e quindi la dieta, e le modalità con cui quest’ultimo li utilizza/trasforma ai fini di assorbire ed utilizzare le sostanze ingerite, condizionandone quindi lo stato di salute o di malattia e, nel caso di persone che si sottopongano a protocolli di allenamento fisico, condizionandone lo stato di fitness e quindi l’eventuale performance di gara. Risulta quindi che l’energia contenuta negli alimenti che ingeriamo è fondamentale per sostenere l’attività fisica. Infatti, sul piano strettamente biochimico l’organismo brucia i nutrienti contenuti negli alimenti ingeriti (zuccheri, grassi e proteine) trasformando una parte dell’energia (al massimo un quarto del totale) contenuta nei legami chimici che tengono uniti tra loro gli atomi di carbonio, di idrogeno, azoto o altro in energia per il movimento dei muscoli. In realtà la dieta si compone sia di alimenti che fungono da substrati energetici, quali appunto zuccheri, grassi e proteine, sia di alimenti che invece svolgono attività che, genericamente, possiamo definire di supporto essenziale alle trasformazioni biochimiche che subiscono i substrati energetici. Tra gli alimenti non calorigeni: le vitamine e i minerali, risultano essenziali.

Gli alimenti funzionali Vi è una terza categoria di alimenti che, indipendentemente dal loro valore nutrizionale, hanno anche effetti specifici nel migliorare il benessere psico-fisico della persona o nel ridurre il rischio di contrarre alcune malattie, come ad esempio il cancro, l’osteoporosi, le malattie cardiovascolari, ecc.: questi sono i così detti alimenti funzionali o anche alicamenti.

Consensus Document Un alimento può essere considerato 'funzionale', se è sufficientemente dimostrata la sua influenza benefica su una o più funzioni del corpo, oltre ad effetti nutrizionali adeguati, tanto da risultare rilevante per uno stato di benessere e di salute o per la riduzione del rischio di una malattia. Gli effetti benefici potrebbero consistere sia nel mantenimento che nella promozione di uno stato di benessere o salute e/o in una riduzione del rischio di un processo patologico o di una malattia. [Scientific concepts of functional foods in Europe: Consensus Document. Diplock A.T. et al. British Journal of Nutrition. 1999; 81 (Suppl. 1): S1-S27]

Si individuano due grandi categorie di alimenti funzionali: alimenti che migliorano una specifica funzione fisiologica al di là del loro specifico ruolo nella crescita corporea e nello sviluppo, e quindi non hanno funzioni in relazione a malattie o stati patologici; alimenti che riducono il rischio di una malattia intervenendo sui processi degenerativi grazie alle loro proprietà biochimiche che possono andare da quella di potenti antiossidanti a quella di efficaci agenti apoptotici delle cellule malate. Solo alcune nazioni estere possiedono una precisa legislazione riguardo definizione, etichettatura e commercializzazione degli alimenti funzionali, come ad esempio il Giappone, dove gli alicamenti sono riconosciuti e commercializzati con la sigla FOSHU (Food for Specific Health Use), e le proprietà funzionali comprovate da indagini scientifiche su popolazione (in vivo).

La Nutraceutica Il termine “Nutraceutica” è un neologismo sincretico che fonde le parole “Nutrizione” e “Farmaceutica” e ormai occupa un ben definito comparto nell’ambito delle scienze naturali e mediche. In questo ambito scientifico gli estratti delle piante, i prodotti di origine animale, i minerali e alcuni microrganismi, vengono analizzati, studiati e trattati come dei farmaci e vengono impiegati come nutrienti isolati o supplementi nelle diete specifiche. La nutraceutica ha un compito complesso e fondamentale: sgombrare il campo dalle approssimazioni e approcciare l’argomento con rigore scientifico, ovvero: • raccogliere ed esaminare i test e le indagini sperimentali che vengono condotte in tutto il mondo, • individuare quali componenti presenti nei cibi siano responsabili degli effetti benefici eventualmente riscontrati, •fornire aggiornamenti costanti sulle più recenti ricerche. Il ruolo della nutraceutica diventa quindi decisivo per chi vuole conoscere nel dettaglio cosa succede veramente quando ci alimentiamo, quali principi si attivano e con quali conseguenze reali sulla nostra salute. Nutraceutica significa riconoscere, attraverso una rinnovata relazione tra biologia, chimica e medicina, lo stretto rapporto che esiste tra le nostre abitudini alimentari e la nostra salute.

ALIMENTI FUNZIONALI E PERFORMANCE SPORTIVA

Al fine di ottenere performance soddisfacenti, è fondamentale che l'alimentazione non solo sia corretta dal punto vista nutrizionale, ma sia anche funzionale e specifica a seconda del tipo di attività praticata e del tipo di sforzo che si dovrà sostenere. A questo riguardo è dalla massima importanza fornire all’organismo un’adeguata quota di micronutrienti che, genericamente, possiamo definire di supporto essenziale alle trasformazioni biochimiche che subiscono i substrati energetici. Tra i micronutrienti, o oligoelementi, i minerali risultano essenziali e massimamente presenti negli alimenti di origine vegetale. E’ importante considerare che gli oligoelementi possono essere a loro volta suddivisi in essenziali e in probabilmente essenziali. Tra i primi si annoverano: ferro, rame, zinco, iodio, magnesio, selenio, cromo; questi elementi sono infatti indispensabili per l'organismo poiché fanno parte di molecole organiche preposte a ruoli vitali accertati ed una loro carenza comprometterebbe funzioni fisiologiche importanti. Tra i secondi sono di particolare interesse, soprattutto per chi pratica attività sportive, il silicio e il manganese.

Il ferro, le cui funzioni son ben note soprattutto per ciò che concerne la sua presenza nella molecola dell’emoglobina: la proteina indispensabile per il trasporto dell’ossigeno nel sangue, è presente in quantità consistenti nel radicchio, negli spinaci, nell’indivia e nei broccoletti. Non trascuriamo quindi la presenza di questi ortaggi nella dieta degli sportivi, specialmente di quelli che praticano attività di tipo aerobico considerando che il suo fabbisogno giornaliero si aggira intorno ai 10-15 milligrammi. Il rame è un metallo abbondante nei legumi quali ceci e lenticchie, e il suo fabbisogno giornaliero è di poco più di un milligrammo. Questo metallo è un componente essenziale della ceruloplasmina, una proteina che trasforma il ferro stesso da uno stato chimico difficilmente utilizzabile dall’organismo: il ferro ferroso, a ferro ferrico e ne promuove l’incorporazione nella transferrina e quindi la sua utilizzazione da parte dell’organismo. Va da sé che una dieta carente di rame può compromettere l’efficienza di tutta la catena di trasporto dell’ossigeno dai polmoni ai muscoli che lavorano, per via della conseguente ridotta disponibilità di ferro ferrico (malgrado questo possa essere abbondantemente presente, in forma ferrosa, nella dieta) e quindi, tra l’altro, ridurre la capacità di lavoro muscolare aerobico con conseguente scadimento della performance sportiva. Avanti quindi con l’introduzione di legumi nella dieta! Lo zinco è un oligonutriente metallico che funge da acceleratore in molte reazioni enzimatiche essenziali per lo sviluppo armonico dell’organismo e per l’espletamento di moltissime sue funzioni. Per ciò che riguarda la nutrizione dello sportivo, è di particolare interesse la sua funzione ai fini dell’attività di una classe di enzimi denominati anidrasi carboniche.

Infatti, questa categoria di enzimi consente di neutralizzare l’aumento di acidità nel sangue che si può verificare a causa dell’incremento della concentrazione di acido lattico. E’ ben noto che quando l’intensità dello sforzo fisico richiesto da una particolare performance sportiva sale al di sopra di un determinato valore: quello che corrisponde alla soglia anaerobica, allora l’acido lattico si accumula velocemente nel sangue e questo aumento di acidità potrebbe pregiudicare seriamente la funzionalità dei meccanismi metabolici che stanno alla base della produzione della forza muscolare. Tuttavia questo normalmente non accade perche l’acidità viene istantaneamente neutralizzata dalla presenza nel sangue del bicarbonato di sodio che, grazie all’azione dell’anidrasi carbonica zinco-dipendente, cattura gli ioni idrogeno liberati dall’acido lattico, e che acidificano il sangue, trasformandoli in acqua e producendo anche anidride carbonica che viene buttata fuori con la respirazione. Non bisogna quindi trascurale l’apporto di questo metallo nella dieta dell’atleta, una sua carenza potrebbe ridurne la resistenza lattacida. Lo zinco, il cui fabbisogno è comunque modesto: circa una decina di milligrammi al giorno, è presente nel sedano e nel prezzemolo. L’aggiunta di fettine di sedano nelle insalate o di prezzemolo per aromatizzare molte pietanze è quindi consigliata. Lo iodio è essenziale per il funzionamento della ghiandola tiroide la quale, grazie alla produzione degli ormoni tiroxina e tri-iodotironina che contengono iodio, determina termogenesi ovvero un aumento delle combustioni interne con un conseguente aumento della produzione di calore.

Questo meccanismo diventa strategico ai fini di evitare l’ipotermia in quelle specialità sportive intense e prolungate che si svolgono in ambienti freddi: vedansi gli sport invernali di endurance, ma anche gli sport acquatici/velici che prevedono lunghe permanenze nel mezzo liquido o comunque esposti agli elementi a bordo delle barche. Lo iodio è contenuto nei pomodori e nelle carote che, almeno nel bacino mediterraneo, sono normalmente presenti nella dieta; evitare quindi tendenze dietetiche che tendono ad escludere questi ortaggi. Il magnesio che tra l’altro è fondamentale per la sintesi di adenosin-trifosfato (il meglio noto ATP): la molecola che funge da benzina per la contrazione muscolare, esplica anche funzioni estremamente importanti a livello del vero e proprio meccanismo della contrazione muscolare. Infatti, una riduzione della concentrazione di magnesio nel sangue, dovuta a carenza di apporto dietetico, si ripercuote a livello del sarcomero: l’unità contrattile del muscolo, e può causare un’ipereccitazione dei muscoli caratterizzata da tremori e spasmo che, come è facile intuire, non sono certo auspicabili in quegli sport dove fermezza e precisione dei movimenti fanno il risultato di gara come, ad esempio, gli sport di tiro con l’arco e con armi da fuoco. Il magnesio si trova in concentrazioni importanti nelle bietole ma anche nei carciofi e nelle carote, ma attenzione a non esagerare poiché un’ipermagnesiemia producendo ipoeccitabilità muscolare può portare anche a paralisi: un condizione estremamente pericolosa.

Il selenio svolge importanti funzioni nel sistema immunitario ed è stato anche dimostrato che ha una funzione fluidificatrice sul sangue. L’aumento di fluidità del sangue fa diminuire il lavoro che il cuore deve fare per spingerlo all’interno delle arterie e dei capillari. Durante l’esercizio fisico questo si traduce in un netto vantaggio energetico in quanto la riduzione di resistenza viscosa del sangue, selenio-dipendente, riduce la pressione arteriosa media che il cuore deve generare per soddisfare la domanda di sangue ossigenato per i muscoli in attività, e ciò porta ad minor consumo di ossigeno da parte di quest’organo (il cuore è l’organo che a parità di peso consuma più ossigeno di tutti). In una performance sportiva intensa e prolungata l’ossigeno risparmiato dal cuore può essere disponibile per i muscoli e questo può rappresentare un vantaggio energetico che, in gara, può fare la differenza. Il fabbisogno giornaliero di selenio è di soli 50 microgrammi e, anche se in quantità limitate, il selenio si trova un po’ in tutti gli ortaggi dove la disponibilità di questo minerale è strettamente dipendente dalla sua concentrazione nel terreno. Il cromo migliora la capacità dell’ormone insulina a veicolare il glucosio dentro le cellule muscolari in soggetti con diabete del tipo 2 nei quali, appunto, l’insulina ha ridotte capacità di trasporto di questo zucchero essenziale per il funzionamento dei muscoli. Il fabbisogno giornaliero è di circa 40 microgrammi e, consentendo un più rapida sintesi del glicogeno muscolare, può ridurre i tempi di recupero/ripristino delle normali concentrazioni di glicogeno muscolare dopo uno sforzo prolungato. Il cromo si trova soprattutto nei pomodori e broccoli dove circa 200 grammi degli uni o degli altri posso soddisfare il suo fabbisogno giornaliero.

Il Silicio. Diverse sperimentazioni sembrano comprovare che questo minerale è essenziale per una corretto metabolismo delle cartilagini il quanto esso sembra essere fondamentale nella formazione dei mucopolisacaridi costituenti il collagene, una proteina strutturale diffusissima nella cartilagine articolare. Va da sé che una carenza di silicio nella dieta (la dose consigliato è di 20-50 milligrammi al giorno) potrebbe alterare la struttura delle cartilagini articolari rendendole più soggette a traumi dovuti a sforzi fisici intensi quali sono quelli che si producono in non poche discipline sportive. La biodisponibilità del silicio nel comparto orticolo riguarda soprattutto le patate dove, mediamente, se ne possono trovare circa 200 milligrammi per ogni 100 grammi di questo tubero. Il Manganese è il componente inorganico di una importante famiglia di molecole enzimatiche: le manganese-super-ossido-dismutasi (M-SOD), che riducono l’attività delle specie reattive dell’ossigeno (i così detti radicali liberi) le quali si accumulano nel nostro organismo quando questo aumenta il consumo di ossigeno, cosa che accade puntualmente quando ci si impegna in una performance sportiva. Le M-SOD sembrano avere particolare efficacia protettiva dai radicali liberi nelle cellule cardiache, e questo non va sottovalutato quando il cuore è sottoposto ad attività intensa e prolungata come nel caso di attività sportive di endurance. I livelli di Assunzione Raccomandata dei Nutrienti per la popolazione italiana (LARN) propongono un intervallo di assunzione tra 1 e 10 milligrammi di manganese al giorno. Il manganese si trova in diverse essenze vegetali aromatiche tipiche della flora mediterranea quali: zafferano, menta, prezzemolo, basilico.

Un esperimento interessante……………

In un recente esperimento del gruppo proponente, è stato messo in evidenza l’effetto migliorativo del succo di rapa rossa sulla performance di nuotatori agonisti. Nell’esperimento sono stati testati 14 atleti di sesso maschile nei quali veniva misurato il consumo di ossigeno e il costo energetico aerobico mentre compivano un test da sforzo in piscina con carico incrementale fino ad esaurimento.

Il nuotatore incrementava la forza impressa alle bracciate di un chilogrammo al minuto fino a quando non riusciva più a mantenere l’intensità di bracciata corrispondente ad un determinato incremento di carico, che veniva considerato quello massimale. Nella settimana precedente il test ciascun atleta supplementava la propria dieta con mezzo litro di succo di rapa rossa al giorno. I risultati del test sono rappresentati nel grafico in basso a sinistra del box. Si può vedere che, rispetto al test incrementale eseguito prima della supplementazione dietetica (input), il carico lavorativo massimo raggiunto dopo l’assunzione del succo di rapa rossa era più elevato (output) nonostante un minor consumo di ossigeno corrispondente (ossig L/min), e questo dava luogo ad un minor costo energetico della prestazione massimale (cost. ener. = LO2*min-1/kg). Sempre nel box, in alto a sinistra, viene riportato che il succo di rapa rossa potrebbe aumentare la produzione endoteliale che stimolano la sintesi di ossido nitrico all’interno dei vasi sanguigni dei muscoli scheletrici, determinando una vasodilatazione degli stessi e quindi un incremento del flusso ematico da cui un’aumentata disponibilità di ossigeno per gli stessi muscoli in attività. (Effect of Beetroot Juice Supplementation on Aerobic Response during Swimming. Pinna M, Roberto S, Milia R, Marongiu E, Olla S, Loi A, Migliaccio GM, Padulo J, Orlandi C, Tocco F,Concu A, Crisafulli, A. Nutrients. 2014; 29: 605-615)

Nozioni di fisiologia degli endoteli vascolari L'endotelio è il tessuto che riveste la superficie interna dei vasi sanguigni e del cuore (si veda lo schema di repertorio rappresentato nel box sottostante). È costituito da un monostrato di cellule piatte e poligonali, dette cellule endoteliali o endoteliociti, che entrano a diretto contatto con il sangue nella loro parte apicale; alla base, invece, sono ancorate alla lamina basale e tramite essa ai tessuti sottostanti (tonaca media o muscolare e tonaca avventizia ricca di tessuto fibroso). Le cellule endoteliali sono molto sottili e strettamente legate le une alle altre, in modo che la superficie endoteliale non presenti alcuna discontinuità (ad eccezione dei sinusoidi); tipicamente, assumono una forma allungata verso la direzione del flusso sanguigno, soprattutto nei vasi arteriosi di maggior calibro.

L’endotelio può essere considerato un organo autocrino e paracrino in quanto capace di secernere, in risposta ad una grande varietà di segnali, numerosi mediatori chimici che modificano il comportamento sia delle stesse cellule che li hanno prodotti che di quelle vicine. Il risultato è una modulazione del tono vasale e del flusso ematico in risposta a stimoli nervosi, umorali e meccanici.

Endotelio vascolare e monossido di azoto Il più importante mediatore della normale funzione endoteliale è il monossido di azoto (NO). Esso esplica una potente azione vasodilatatrice per cui la ridotta produzione di NO si associa a patologie vascolari come l’aterosclerosi, il diabete o le iperlipidemie. Nel nostro organismo l’ossido nitrico viene prodotto durante il processo di conversione dell’arginina in citrullina grazie all’azione delle ossido nitrico sintasi (NOS), una famiglia di enzimi. Uno dei fattori che inducono la sintesi di ossido nitrico è rappresentato dal cosiddetto shear stress, espressione inglese che viene talvolta tradotta come stress di parete; lo shear stress stimola l’endotelio a rilasciare sostanze come la EDRF (fattore di rilasciamento endoteliale); tali sostanze hanno spiccate proprietà anti-aterogene e svolgono anche funzioni di regolazione del tono vascolare. Nel momento in cui, per esempio, si ha un aumento eccessivo della pressione arteriosa, l’organismo reagisce attraverso la sintesi di ossido nitrico il quale, contribuendo alla vasodilatazione, svolge un ruolo anti-ipertensivo. Nel caso in cui si verifichi un’inibizione della sintesi di ossido nitrico, si ha un incremento delle resistenze periferiche e, conseguentemente, si ha un innalzamento della pressione arteriosa.

La tensione di attrito (shear stress) imposta all’endotelio da parte del sangue circolante è un potente stimolo per l’attivazione del rilascio dell’ossido nitrico, che potrebbe essere indotto sia dalla formazione di correnti di potassio nelle cellule endoteliali5, sia dall’apertura dei canali del calcio attivati dallo stiramento. L’aumento cronico della tensione di attrito provocato dall’esercizio fisico o dall’esposizione delle vene a elevati flussi sanguigni fa sì che il gene codificante per l’ossido nitrico-sintasi endoteliale venga espresso a livelli più elevati, determinando così un incremento dei rilassamenti endotelio-dipendenti. Queste scoperte forniscono oggi le basi molecolari per la comprensione dei meccanismi responsabili degli effetti benefici dell’esercizio fisico.

Definition of ESS Endothelial shear stress (ESS) is proportional to the product of the blood viscosity (μ) and the spatial gradient of blood velocity at the wall (dv/dy). (Chatzizisis et al., J Am Coll Cardiol., 2007.) .

Alimenti funzionali della filiera agroalimentare della Sardegna con potenzialità ergogeniche Alcune specie vegetali sembrano avere proprietà tali da poter interferire, in modo migliorativo, con la performance fisica. Tra queste, cosi come qui dimostrato precedentemente, certamente si piazza la rapa rossa che però, riportando il discorso alla tematica principale del presente progetto, non possiamo considerarle come un prodotto cardine della filiera agro-alimentare della Sardegna. Se però si scorre la lista delle molecole con caratteristiche nutraceutiche si può rilevare che alcune di esse sono componenti di prodotti agroalimentari le cui specifiche filiere sono particolarmente sviluppate in Sardegna. Ci si riferisce alla vite da vino, particolarmente ricca di resveratrolo; all’ulivo, particolarmente ricco di idrossitirosolo; ai prodotti lattiero-caseari, particolarmente ricchi di acido linoleico coniugato. Dalla letteratura scientifica risulta che sia il resveratrolo sia l’idrossitirosolo hanno in comune un’azione sugli endoteli vasali che si può in una vasodilatazione periferica con evidente vantaggio per la disponibilità di ossigeno per i muscolo in attività. Per ciò che riguarda l’acido linoleico coniugato, è stata messa in evidenza una importante azione di questa molecola nutraceutica nel prevenire la riduzione dell’efficienza muscolare che normalmente si verifica con l’avanzare dell’età.

Caratteristiche farmaceutiche e medicinali del resveratrolo correlabili al miglioramento della performance fisica

A - Sono state utilizzate cellule endoteliali di vena ombelicale umana, le quali venivano trattate con concentrazioni crescenti (da 100 μg/mL a 600 μg/mL) di un estratto polifenolico di vino rosso e tenute in incubazione per 20 ore. Questi esperimenti hanno dimostrato un aumento della produzione cellulare di NO correlato a una conversione di arginina in citrullina e ad un raddoppio dei livelli di eNOS (l’enzima ossido nitrico-sintasi). Da questi risultati, anche se in vitro, si può ipotizzare che il vino rosso possa indurre, nelle cellule endoteliali dei vasi coronarici, un aumento di attività di eNOS e quindi di produzione di NO che antagonizi l’instaurarsi di processi degenerativi in tali vasi. (Leikert et al., Circulation, 2002).

B – L’incubazione di cellule endoteliali di vena ombelicale umana con resveratrolo (concentrazioni crescenti da 1 a 100 μMol/L), con tempi di incubazione che andavano da 12 a 72 ore, ha messo in evidenza che il resveratrolo induceva in queste cellule un aumento dell’espressione genica di mRNA (RNA messaggero) per la sintesi di eNOS (che era dose e tempo dipendente) fino a 2,8 volte la quantità prodotta normalmente. Conseguentemente, si osservava anche un corrispondente incremento della produzione di NO che iniziava a manifestarsi dopo soli 2 minuti dall’incubazione. (Wallerath et al., Circulation, 2002).

C – La somministrazione di 2 grammi al giorno di estratto di vinacce a 36 persone per 4 settimane. Alla fine dell’esperimento, dopo 5 minuti di ischemizzazione totale dell’arteria brachiale (questa tecnica induce una iper-reattività endoteliale a valle del vaso ischemizzato a causa della riperfusione, da cui un rilasciamento della muscolatura liscia e vasodilatazione) si è osservato, rispetto al controllo senza l’integrazione con estratto di vinacce, un aumento medio del diametro dell’arteria radiale di 1,1% che però ha comportato un aumento del flusso ematico del 5,1%. (Clifton, J Biomed Biotechnol. , 2004).

D - A 19 soggetti sono somministrate capsule con contenuto crescente di resveratrolo (30, 90 e 270 mg). La potenziale risposta vascolare al resveratrolo veniva valutata tramite il test della “flow-mediated dilatation (FMD)”, ovvero del grado di dilatazione dell’arteria brachiale successivamente alla sua occlusione totale per 5 minuti. Il test di FMD veniva attuato tenendo conto della farmacocinetica del resveratrolo nel sangue che, a seconda delle dosi ingerite, raggiunge il suo picco ematico dopo un tempo dall’ingestione compreso tra 0,8 e 1,5 ore. I risultati dell’esperimento mettevano in evidenza una pronta dilatazione post-ischemica dell’arteria brachiale che era dose di resveratrolo dipendente, e che in corrispondenza della dose massima (270 mg) produceva un aumento di diametro che era il doppio di quello ottenuto dopo ischemia con placebo. Dati questi risultati sperimentali, a questo punto non si può che prendere atto che il resveratrolo ha un sicuro effetto sulla funzione endoteliale dei vasi, grazie alla sua attività di induzione degli eNOS e quindi alla conseguente produzione di NO, che è dose dipendente. (Wong et al., Nutr Metab Cardiovasc Dis. , 2011).

Caratteristiche farmaceutiche e medicinali dell’Idrossitirosolo correlabili al miglioramento della performance fisica

A - In uno studio in vitro sui miotubuli (strutture intermedie nella miogenesi scheletrica orientata alla sintesi delle catene pesanti di miosina), in culture cellulari di mioblasti di topo è stato dimostrato che l’effetto inibitore sulla miogenesi/mioriparazione, attuato dal butil-idroperosido: un potente agente ossidante che induce un rapido incremento delle specie reattive dell’ossigeno (ROS), veniva efficacemente contrastato dal preventivo pretrattamento del preparato in vitro con idrossitirosolo. Questo nutraceutico inibiva anche le alterazioni strutturali delle membrane mitocondriali generate dalla presenza di butil-idroperosido ed evitava la rottura dell’anisotropia funzionale dei filamenti di miosina nell’ambito del sarcomero, generata da questo agente ossidante. Si dimostrava quindi un’evidente azione antiossidante dell’idrositirosolo a livello degli organelli intracellulari dei miociti, ovvero un importante effetto protettivo dai danni da eccessivo carico lavorativo delle cellule muscolari che, come è noto, si manifesta sotto forma di alterazioni microstruturali generate da elevati livelli di ROS. (Wang et al., Cell Death Dis. , 2014).

B - In un gruppo di 22 soggetti border-line per l’ipertensione è stato somministrato per via orale olio extravergine di oliva arricchito con oleoeropeina e idrossitirosolo e quindi sono stati valutati in acuto i possibili effetti di questa somministrazione sulla funzione endoteliale tramite il metodo dell’iperemia reattiva da ischemizzazione di un braccio. L’occlusione arteriosa veniva applicata a livello brachiale, al di sopra del gomito, applicando per 4 minuti una pressione di 220 mmHg dopo di che questa veniva riportata ai valori normali e, con metodo laser-Doppler, veniva misurato il flusso ematico capillare nella superficie palmare del dito medio. Dopo un periodo congruo di washout, il test veniva ripetuto somministrando il solo olio di oliva extravergine non arricchito con polifenoli. I risultati mostravano un incremento del flusso ematico capillare che, già alla 4° ora successiva alla somministrazione, nel test con l’olio arricchito era tre volte superiore a quello rilevato nel test con il solo olio extravergine e alla 5° ora era addirittura quadruplicato. Dati questi risultati, considerando che, a parità di pressione arteriosa, un aumento di flusso ematico in un determinato distretto vascolare non può che dipendere da una vasodilatazione nello stesso, e considerando anche che è stato osservato che l’idrossitirosolo induce un aumento della produzione di ossido nitrico da parte delle piastrine, si può ragionevolmente dedurre che l’assunzione per via orale di idrossitirosolo, inducendo una marcata vasodilatazione arterioso-capillare NO-dipendente, da cui un notevole aumento della disponibilità di ossigeno distrettuale dopo solo poche ore da tale ingestione, può essere ragionevolmente considerato come un efficace alimento funzionale ai fine del miglioramento della performance fisica/sportiva. (Valls et al., Food Chem., 2015).

Caratteristiche farmaceutiche e medicinali dell’Acido linoleico coniugato correlabili al miglioramento della performance fisica

A - Su un preparato di cellule endoteliali di aorta bovina sono stati valutati gli effetti di 24 ore di incubazione con acido linoleico coniugato (CLA). L’esperimento ha messo in evidenza un aumento di produzione di ossido nitrico (NO) di circa 3 volte superiore alla condizione di controllo senza CLA. Poiché il NO è un potente vasodilatatore, si può ipotizzare un potenziale incremento del diametro vasale da cui un aumento di flusso dal centro verso la periferia vascolare causato dalla supplementazione con CLA.

B - Nei topini è stato osservato che 6 settimane di supplementazione dietetica con CLA trans-10, cis-12 induceva un aumento, rispetto ai controlli, della durata della corsa sul tappeto rotante. Questo dato si collegava con una maggior riduzione dei lipidi ematici e un più elevato contenuto di glicogeno epatico. Si trattava quindi di un aggiustamento metabolico tendente ad ottimizzare la capacità di endurance sul piano dell’utilizzo dei substrati energetici.

C - Nei ratti ipertesi è stato osservato che dopo 8 settimane di somministrazione di CLA trans-10, cis-12 la pressione arteriosa si riduceva significativamente (-13%), e questo veniva messo in relazione con un aumento di adiponectina nel plasma che, a sua volta, produceva un aumento di NO-sintetasi (eNOS) Anche questo esperimento collega la supplementazione con CLA ad un aumento della sintesi di NO con conseguente vasodilatazione, da cui una migliore performance aerobica. (DeClercq et al., J Nutr Biochem. , 2012).

D - Uno studio effettuato sull’uomo ha messo in evidenza che, dopo 6 settimane di allenamento aerobico associato a supplementazione con CLA (5,63 grammi al giorno), il massimo consumo di ossigeno rilevato tramite test incrementale ad esaurimento al cicloergometro non differiva rispetto ai soggetti di controllo ugualmente allenati ma non con supplementazione di CLA. Ovviamente va considerato che l’allenamento aerobico di per sé poteva aver ridotto gli spazi di miglioramento potenzialmente attribuibili al CLA. (Jenkins et al., Lipids, 2014).

E - A delle femmine pregne di ratto veniva somministrata una dieta normolipidica con integrazione di CLA. In conseguenza di ciò è stato osservato che la risposta vasodilatativa del microcircolo mesenterico dei neonati, studiata ex-vivo, risultava migliorata rispetto quella dei neonati le cui madri venivano alimentate con una dieta iperlipidica. Questi ultimi, così come previsto, sviluppano una condizione di ipertensione congenita che invece non si verificava nei neonati supplementari con CLA. (Gray et al., PLoS One. 2015).

OBIETTIVO DELLA RICERCA Nell’economia di una gara sportiva ciò che viene ingerito sotto forma di alimenti nutrienti riveste un’importanza critica per la performance della gara stessa, sia per ciò che concerne la loro qualità e quantità, sia per ciò che riguarda l’intervallo di tempo intercorrente tra la fine del pasto e l’inizio della gara. Quest’ultima variabile è tanto più importante quanto più l’alimento ingerito ha caratteristiche funzionali, ovvero nutraceutiche, in quanto il suo effetto sarà strettamente legato al tempo che intercorre tra l’assunzione di detto alimento e il raggiungimento del suo picco di concentrazione ematica. Risulta quindi di grande interesse indagare sulle ricadute in acuto dell’ingestione dei tre nutraceutici qui in esame, in quanto sul piano dell’economia della gara, date le presunte proprietà di questi di produrre vasodilatazione periferica, tale evenienza si collega con una migliore disponibilità di energia per la contrazione muscolare che sarà massima in dipendenza della rispettiva concentrazione ematica coincidente con l’evento motorio della gara. Al fine di verificare la sopraddetta ipotesi, in questa ricerca, ad un gruppo di volontari, sono state somministrate determinate dosi di ciascuno dei nutraceutici attinenti al progetto, seguite da un esercizio fisico che si protraeva fino a “failure” o a esaurimento della forza di contrazione, per poi ripeterlo, dopo un congruo intervallo di tempo di ristoro, subito dopo l’assunzione del nutraceutico. L’aspettata iperemia da esercizio nei vasi dei muscoli interessati veniva rilevata, in entrambe le condizioni sperimentali, tramite specifica strumentazione non invasiva.

SPERIMENTAZIONE Metodologia sperimentale Gli esperimenti sono stati condotti su un gruppo di 6 soggetti volontari, sani, di cui 3 di sesso maschile e 3 di sesso femminile, i quali hanno dato il proprio consenso informato. Nella tabella sottostante sono riportati i dati antropometrici di ciascuno di essi. Tutti i soggetti prescelti dovevano evitare attività fisiche intense dal giorno precedente l’esperimento, e dovevano inoltre astenersi dall’ingerire: olio extravergine d’oliva, frutta fresca o succhi di frutta, verdure e legumi, cioccolato, caffè, te, vino e birra.

SOGGETTO ETA’ (anni) PESO (Kg) ALTEZZA (cm)

1 26 55 175

2 44 51 159

3 31 53 158

4 42 77 173

5 39 82 173

6 30 80 183

Medie 35,3±7,3 66,3±14,8 170,1±9,8

Modalità di somministrazione dei nutraceutici Il resveratrolo da somministrare ai soggetti prescelti veniva acquisito sotto forma di prodotto farmaceuitici: il Resveratrox prodotto dalla Solgar (Italia) in capsule con 200 mg di resveratrolo. L’acido linoleico coniugato veniva assunto dai soggetti sotto forma di perle da 300 mg prodotte dalla Lifeplan (Italia). L’idrossitirosolo, invece, è stato estratto dalle foglie fresche di ulivo. L'impiego di estratti ottenuti dai nostri cultivar di ulivo dava così un valore aggiunto al progetto. A questo riguardo veniva preparata una bevanda composta da olio extravergine di oliva arricchito in idrossitirosolo, tirosolo e oleuropeina, estratti dalle foglie di olivo. Il preparato conteneva quindi elevate quantità di idrossitirosolo. Inoltre, va considerato che sia il tirosolo che l’oleuropeina, in virtù di specifici meccanismi metabolici, possono trasformarsi nell’organismo in idrissitirosolo. La dose di questo preparato oleoso arricchito con polifenoli, da somministrare ai soggetti prescelti, era di 30 mL.

Protocollo di attività fisica Dopo una accurata anamnesi e una visita medica generale, ciascun soggetto veniva invitato ad eseguire l’esercizio fisico ad esaurimento che consisteva in un arm-cranking, ovvero nella contrazione e rilasciamento delle dita di una mano contro una resistenza a molla (figura in basso a sinistra, Kern - Italia) pari alla metà della forza massima, in Kg, esprimibile con tale gesto; il ciclo di contrazione-rilasciamento delle dita durava 2 secondi e veniva ripetuto fino a che il soggetto non era più in grado di esprimere la stessa forza. Nel grafico in alto a destra è rappresentato, per ciascun soggetto, il carico massimo sviluppabile (azzurro) con sovrapposto (in rosso) il carico medio applicato durante il test di arm-cranking.

in alto a sinistra si può vedere un soggetto impegnato in un esercizio di arm-cranking con la mano destra; il soggetto, stando seduto, poggiava il braccio su di un lettino da ambulatorio; la sequenza di esercizio veniva eseguita mantenendo il più possibile costante la posizione del braccio. In alto a destra si osserva il display del dinamometro che mostra il numero di kg erogati nella contrazione in atto. Il display non segnala nessun valore fino a che il carico pre-programmato non viene raggiunto.

Protocollo sperimentale Dopo 60 minuti dal esercizio col dinamometro il soggetto assumeva per via orale 2 capsule di Resveratrox (pari a 400 mg del nutraceutico), con abbondante acqua, stava a riposo per altri 60 minuti e quindi ripeteva lo stesso esercizio ad esaurimento con il dinamometro. Il giorno successivo, alla stessa ora, lo stesso soggetto ripeteva la sequenza sperimentale ingerendo per os i 30 mL di preparato oleoso contenente l’idrossitirosolo, accompagnandolo con del pane. Il CLA veniva testato dopo 3 giorni dal test con l’idrossitirosolo, in modo da consentire il washout dei lipidi ingeriti precedentemente. In questa prova ciascun soggetto assumeva per os 3 perle di CLA pari a 900 mg della molecola e il protocollo di attività fisica attuato era lo stesso delle prove precedenti.

Misura dell’iperemia reativa Il grado di iperemia reattiva veniva valutato immediatamente dopo la cessazione dell’esercizio ad esaurimento tramite ecografia color-Doppler dell’arteria brachiale dell’arto attivato, posizionando la sonda ecografica nella piega del gomito e tenendola con un angolo di 60° rispetto al piano della stessa arteria brachiale, come mostra l’immagine in basso a sinistra, mentre l’immagine in basso a destra mostra in primo piano la sonda utilizzata per i rilievi eco-Doppler con, sullo sfondo, il display dell’ecocardiografo con i tracciati del flusso ematico nell’arteria. L’ecocardiografo utilizzato in questa sperimentazione era un M5 Diagnostic Ultrasound System, prodotto dalla Mindray Bio-Medical Electronics Co., di Shenzen (Cina), con una sonda ecografica tipo 7L4 adatta alle misure di flusso arterioso.

La figura in basso a sinistra mostra un soggetto che esegue l’esercizio di arm-cranking mentre l’operatore medico predispone la strumentazione ecocardiografica. Nella figura in basso a destra si vede il display dell’ecocardiografo con al centro la traccia della velocità del flusso brachiale, pulsante, con un picco anterogrado (verso l’alto) corrispondente alla sistole seguito da un’onda retrograda (verso il basso) dovuta al ritorno elastico della parete arteriosa. Al centro dello schermo, in alto, si evidenzia un riquadro con all’interno un ellissoide che è l’immagine della sezione e della quale, tramite la sonda ultrasonica, veniva misurato il diametro dell’arteria brachiale.

la misura del flusso ematico in un vaso sanguigno si basa sulla misura della velocità del sangue nel vaso (Vs), ottenuta tramite metodo ultrasonico Doppler, e sulla misura della sezione dello stesso vaso (Sv), ottenuta tramite metodo ecografico. Il flusso F sarà dato quindi da: [F = Vs*Sv], infatti: Vs (cm/s)*Sv (cm2) = cm3/s ovvero flusso.

Risultati sperimentali

A – Flusso ematico nell’arteria bracchiale Solo dopo l’assunzione di idrossitirosolo il Fa-b post-esercizio strenuo (Eserc+Idrossitirosolo) presentava valori signifcativamente più elevati rispetto a quelli rilevati dopo lo stesso (Eserc) esercizio ma senza pre-assunzione di nutraceutici (+113%; P = 0,035).

L’assunzione di resveratrolo prima dell’esercizio ad esaurimento (Eserc+Resveratrolo) determinava un maggior incremento del Fa-b rispetto alla condizione senza il nutraceutico (Eserc), ma questa differenza non raggiungeva valori statisticamente significativi (+13%; P = 0,687).

L’assunzione di acido linoleico coniugato prima del arm-cranking ad esaurimento (Eserc+CLA) non determina nessun cambiamento nel Fa-b rispetto alla condizione post esercizio senza l’assunzione del CLA (Eserc).

B – Velocità del sangue nell’arteria brachiale Solo l’esercizio attuato

previa assunzione di idrossitirosolo (Eserc+Idrossotirosolo) dava luogo ad un vistoso aumento della Va-b rispetto al post esercizio senza nutraceutico (eserc), e questa differenza raggiungeva la significatività statistica (+83%; P = 0,026).

Paradossalmente, l’assunzione pre-esercizio di resveratrolo (Eserc+Resveratrolo) determinava una riduzione della Va-b rispetto al valore ottenuto senza resveratrolo (Eserc), che però non raggiungeva la significatività statistica (-12%; P = 0,432).

L’assunzione dell’acido linoleico coniugato, assunto prima del arm-cranking ad esaurimento (Eserc+CLA), non produceva differenze apprezzabili (-1,8%; P = 0,492)nella Va-b rispetto alla condizione senza CLA (Eserc).

C – Diametro dell’arteria bracchiale L’assunzione dell’idrossitirosolo (Eserc+Idrossitirosolo) prima dell’esercizio strenuo induceva un incremento del Da-b post-esercizio che era significativamente più consistente di quello (Eserc) indotto dal solo esercizio senza previa ingestione del nutraceutico (+7,2%; P = 0,0490).

L’assunzione del resveratrolo (Eserc+Resveratrolo) prima dell’esercizio strenuo induceva un incremento del Da-b post-esercizio che era più consistente di quello indotto dal solo esercizio (Eserc)senza previa ingestione del nutraceutico, ma questo incremento non raggiungeva la significatività statistica (+5,4%; P = 0,634).

L’assunzione dell’acido linoleico coniugato, prima dell’esercizio ad esaurimento (Eserc+CLA), non dava luogo a differenze apprezzabili nel Da-b (-1,2%; P = 0,882) rispetto alla condizione senza CLA (Eserc).

Considerazioni sui risultati sperimentali IDROSSITIROSOLO - Questi risultati sperimentali mettono in evidenza una potente amplificazione dell’incremento del flusso ematico arterioso in un gruppo muscolare che ha sviluppato un esercizio fisico intenso e prolungato fino all’esaurimento, causato dall’ingestione, un’ora prima dell’esercizio, di una miscela ricca di polifenoli con elevata concentrazione di idrossitirosolo. Infatti, l’incremento del flusso post esercizio era più che doppio rispetto alla prova identica ma condotta senza la preliminare assunzione del preparato con idrossitirosolo. E questo dopo solo un’ora dall’assunzione della sostanza che comunque, in questo intervallo di tempo, poteva aver raggiunto il suo massimo picco di concentrazione ematica. Le due variabili eco-Doppler generatrici del flusso nell’arteria brachiale: la velocità del flusso ematico e il diametro della stessa arteria, mostravano la prima un incremento di quasi il 100% e il secondo del 15%.

Sulla base di questi risultati, l’assunzione di un pasto arricchito con idrossitirosolo, fatto circa un’ora prima di una performance sportiva di tipo aerobico intensa e prolungata, potrebbe aumentare significativamente l’apporto di sangue arterioso ai muscoli in attività aumentandone in questo modo la disponibilità di ossigeno e quindi contribuendo in modo rilevante al risultato di gara.

RESVERATROLO - Ciò che in prima analisi sorprende è la vistosa riduzione della velocità del flusso ematico dopo l’esercizio attuato con la pre-assunzione di resveratrolo, rispetto all’esercizio senza tale trattamento. Se si comparano i valori di velocità del flusso ematico post nutraceutico risulta che la velocità del sangue dopo esercizio con resveratrolo era del 37% in assoluto inferiore a quella raggiunta nel post esercizio con idrossitirosolo. Questo dato risulta tanto più intrigante se si tiene conto del fatto che il diametro dell’arteria brachiale post arm-cranking, e con assunzione del resveratrolo, era in assoluto minore del solo 12% rispetto a quello misurato dopo idrossitirosolo. Tuttavia, l’assenza di significatività statistica rende queste osservazioni solo speculative. Una possibile spiegazione di questa mancata risposta in velocità di flusso ematico, nonostante una congrua vasodilatazione dell’arteria brachiale, quando veniva somministrato il resveratrolo prima dell’esercizio strenuo, è che il resveratrolo induca una sensibile diminuzione della viscosità del sangue.

La riduzione di viscosità del sangue resveratrolo-dipendente potrebbe aver indotto un aumento di velocità del sangue nell’arteria brachiale, a monte della piega del gomito, determinando, nel punto di misurazione già vasodilatato, il superamento della velocità critica per la quale il moto del sangue passava da laminare a turbolento con grande aumento di resistenza al flusso e quindi caduta della velocità.

ACIDO LINOLEICO CONIUGATO - Considerando infine la risposta iperemica conseguente all’assunzione di acido linoleico coniugato, ciò che i dati sperimentali hanno mostrato è che essa era praticamente inesistente.

Nonostante i promettenti dati riportati in letteratura sull’attività vasodilatatrice del CLA, risulta evidente che possibili effetti emodinamici in acuto, derivanti dalla somministrazione di questo nutraceutico un’ora prima dell’esercizio strenuo e prolungato sono da escludersi.

COSIDERAZIONI CONCLUSIVE GENERALI

Considerando il grado di coerenza del progetto NUTRACEUTICA con le finalità della norma che ne ha consentito l’attuazione, da quanto sopra esposto risulta che, con riferimento al Programma di Sviluppo Regionale (P.S.R.), le attività di ricerca attuate nel progetto hanno dato risultati coerenti con le misure 123 - 124 - sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie nei settori agricolo e alimentare. Infatti, i risultati di questo progetto danno un contributo per un accrescimento del valore aggiunto dei prodotti agricoli, favorendo il miglioramento de processi produttivi, differenziando e promuovendo prodotti di qualità e l’introduzione di sistemi di qualificazione dei processi produttivi lungo la filiera, diretti a migliorare il rendimento globale dell’impresa.