La supplementazione di ossido nitrico e performance

La supplementazione di ossido
nitrico e performance umana
Carlo Capelli, Università degli Studi
di Verona
02/04/14
Fisiologia dello Sport
1
Ossido nitrico: genesi, caratteristiche,
metabolismo nell’uomo
•  Ossido nitrico o monossido di azoto (NO)
•  Gas incolore e solubile con proprietà ossidanti
•  Azione più nota: regola l’omeostasi vascolare
•  E’ un vasodilatatore che agisce sulla muscolatura
liscia dei vasi sanguigni
•  Ha un’emivita breve perché si inattiva velocemente
legandosi all’emoglobina
•  Esistono carrier per il NO che mantengono la sua
bioattività (gruppo tiolico di alcune proteine formando
l’s-nitrosothiolo, snos)
•  Può agire anche lontano dal luogo dove si è formato
02/04/14
Fisiologia dello Sport
2
Ossido nitrico: genesi, caratteristiche,
metabolismo nell’uomo
•  Genesi del NO
•  Due vie: una NOs (ossido nitrico sintasi)-dipendente e
una NOs-indipendente
•  NOs –dipendente
•  cellule endoteliali dei vasi
sanguigni (cellule nervose e
in caso di infezione o
infiammazione nei globuli
bianchi)
•  NOs –indipendente
•  dall’ossidazione di nitriti e
nitrati
02/04/14
Fisiologia dello Sport
3
Ossido nitrico: genesi, caratteristiche,
metabolismo nell’uomo
•  Via NOs dipendente
•  l’enzima ossido nitrico sintasi (presente nel corpo umano sia in forma
costitutiva che inducibile) produce NO a partire da l-arginina (che sarà
trasformata in citrullina) e ossigeno usando cofattori come il FAD e
NADPH
02/04/14
Fisiologia dello Sport
4
Ossido nitrico: genesi, caratteristiche,
metabolismo nell’uomo
•  Via NOs indipendente
•  I nitrati (inerti) assorbiti con la dieta sono assorbiti dal tratto GI e si
aggiungono a quelli derivati dal NO
•  Il 25 % di questi nitrati è attivamente captato ed escreto dalle ghiandole
salivari
•  I batteri anaerobici facoltativi del cavo orale li trasformano in nitriti
(forma bioattiva) (grazie all’azione della nitrato reduttasi)
02/04/14
Fisiologia dello Sport
5
Ossido nitrico: genesi, caratteristiche,
metabolismo nell’uomo
•  Via NOs indipendente
•  Quando la saliva deglutita giunge nello stomaco, i nitriti reagiscono con
l’acido cloridrico e si produce NO che entra in circolo
02/04/14
Fisiologia dello Sport
6
Ossido nitrico: genesi, caratteristiche,
metabolismo nell’uomo
•  Nitrosammine
•  il triossido di diazoto è un agente nitrosilante e può formare Nnitrosamine cancerogene
02/04/14
Fisiologia dello Sport
7
Ossido nitrico: genesi, caratteristiche,
metabolismo nell’uomo
•  Via NOs indipendente
•  In seguito NO sarà ossidato a nitrato che sarà escreto nella cavità orale
per formare nitrito: circolo entero salivare.
02/04/14
Fisiologia dello Sport
8
Ossido nitrico: genesi, caratteristiche,
metabolismo nell’uomo
•  Circolo entero salivare dei
nitrati-nitriti
02/04/14
Fisiologia dello Sport
9
Fonti esogene di nitrati e nitriti
• 
• 
• 
• 
Carni e insaccati (conservanti)
Vegetali: spinaci, bietola rossa, insalata, sedano
Acqua
l’86% dei nitrati provengono dai vegetali; i nitriti derivano dalla
carne (39%), dai cereali (34%) e vegetali (16%)
•  Il consumo giornaliero medio di nitrati derivanti da cibo e
bevande può arrivare a circa 100-150 mg in persone adulte, al
quale va aggiunta la quota di nitrati e nitriti generati
nell’organismo
•  Fonti esogene non alimentari: fumo di sigaretta, scarico di
veicoli, acqua…
02/04/14
Fisiologia dello Sport
10
Supplementazione di Nitrati,
metabolismo aerobico e performance
•  L’assunzione di nitrati-nitriti per via farmacologica o dietetica
induce una diminuzione significativa del consumo di
ossigeno durante esercizi di intensità moderata di vario tipo
(ciclismo, corsa)
•  Tutti gli studi sperimentali su volontari sono esperimenti
randomizzati, cross-over a doppio cieco trattamento –
controllo (placebo)
•  Sono stati studiati soprattutto giovani maschi sani
moderatamente attivi o atleti dediti a sport di resistenza
•  Meno chiari sono i risultati ottenuti su atleti di élite
02/04/14
Fisiologia dello Sport
11
Supplementazione di Nitrati,
metabolismo aerobico e performance
•  Le vie di somministrazione dei nitrati-nitriti utilizzate negli
studi sono la via farmacologica (0.1 mmol·kg-1·d-1 di nitrato
di sodio) o quella alimentare (NO3-, 5.5 mmol/die;
somministrate come 0.5 litri di succo di bietola rossa/die
assunto nell’arco delle 24ore)
•  Gli effetti della supplementazione sono acuti poiché sono
evidenti già dopo 5 giorni di somministrazione (Vanhatalo et
al., 2010) e si protraggono per almeno due settimane dopo il
termine dell’assunzione
02/04/14
Fisiologia dello Sport
12
Supplementazione di Nitrati e
economia di esercizio
•  0,1 mmol di nitrato di
sodio per tre giorni
•  Test al ciclo ergometro
eseguito ad intensità tra
40 e’80% del V’O2max
•  Diminuzione significativa
del V’O2
•  Aumento altrettanto
significativo della
cosiddetta gross efficency)
(+ 0,4%).
Larsen et al., 2007
02/04/14
Fisiologia dello Sport
13
Supplementazione di Nitrati e
economia di esercizio
•  Significativa riduzione del consumo di
ossigeno nel corso di esercizio al
cicloergometro
Bailey et al., 2009
02/04/14
Fisiologia dello Sport
14
Ossigenazione muscolare durante
esercizio
NEAR-INFRARED SPECTROSCOPY (NIRS)
Misura non invasiva dell’ossigenazione tessutale
basata su :
•  le differenti proprietà di assorbimento della
radiazioni vicino all’infrarosso da parte di HbO2
e HHb (cromofori con diversi spettri di assorbimento)
•  trasparenza dei tessuti biologici (water transparence
window)
Vantaggi NIRS
•  non invasiva
•  facile da utilizzare
•  applicabile a singoli muscoli anche piccoli
•  alta frequenza di campionamento (studio
cinetiche)
•  costo relativamente contenuto
•  disponibili strumenti portatili
•  ripetibile nel tempo
NIRS muscolare durante esercizio sub
massimale a step
Δ[deoxy(Hb+Mb)]
0.2
Variazioni di concentrazione (A.U.)
0.0
fase B
Δ[oxy(Hb+Mb)]
-0.2
-60
fase A
fase C
0
0.2
60
120
300
Δ[oxy(Hb+Mb)+deoxy(Hb+Mb)]
0.0
-0.2
Δ[oxy(Hb+Mb)-deoxy(Hb+Mb)]
-0.4
-60
0
60
Tempo (s)
120
300
D[deoxyHb]
Δ[deoxyH b] ( % of ischemic v alue)
NIRS e studio della risposta
vasoattiva
120
healthy elderly
hypertensive elderly
young
100
80
60
40
20
0
50
100
150
200
250
300 work load ( W)
Supplementazione di Nitrati, flusso
muscolare e estrazione di O2
•  Riduzione dell’estrazione di O2 da parte
del muscolo stimata per mezzo della
NIRS.
•  La diminuzione dell’intensità del
segnale di HHb (deossi Hb) e l’aumento
di quelli di HbO2 (oxy Hb) e Hbtot (Hb
totale = deossi Hb + oxy Hb)
suggeriscono un aumento della
perfusione locale muscolare durante
esercizio
Bailey et al., 2009
02/04/14
Fisiologia dello Sport
20
Supplementazione di Nitrati e cinetica
del V’O2
Bailey et al., 2010
02/04/14
•  Durante transizioni ad onda
quadra da riposo ad esercizio di
intensità moderata, la fase 2 della
cinetica di VO’2 non è influenzata
dalla supplementazione con nitrati
(CON: tau2 = 22 s, NIT: tau2 = 21
s) in soggetti giovani
Fisiologia dello Sport
21
Supplementazione di Nitrati e cinetica
del V’O2 negli anziani sani
Kelly et al., 2013
02/04/14
•  Durante transizioni ad onda
quadra da riposo ad
esercizio di intensità
moderata, la cinetica della
fase 2 della cinetica di VO’2
diventa un po’ più rapida
(tau2 da 28 a 25 s) in anziani
sani
•  Miglior matching tra V’O2
muscolare e perfusione?
Fisiologia dello Sport
22
Supplementazione di Nitrati e
componente lenta della cinetica del V’O2
•  La componente lenta della cinetica
di V’O2 durante esercizio moltointenso (> CP) eseguito da riposo o
da esercizio moderato si riduce
•  Aumenta anche il tempo di
esaurimento e migliora la
performance
Bailey et al., 2009
Breese et al., 2013
Bailey et al., 2009
02/04/14
Fisiologia dello Sport
23
Supplementazione di Nitrati e V’O2max
•  Il V’O2max è ridotto dalla
supplementazione on
ciclisti di élite
Bescos et al., 2011
02/04/14
Fisiologia dello Sport
24
Effetti cardiovascoalri della
supplementazione di Nitrati
•  Dopo due ore mezza dopo la somministrazione di nitrati in un
succo di barbabietola i valori a riposo di pressione arteriosa
sistolica e media in un gruppo di 8 giovani volontari normotesi
siano significativamente diminuiti.
•  Gli stessi effetti ipotensivi sono stati ottenuti dopo una
somministrazione di tre giorni su volontari anziani maschi (60 –
70 anni).
02/04/14
Fisiologia dello Sport
25
Riassumendo…
La somministrazione di nitrati-nitriti effettuata su soggetti adulti o
giovani:
•  conduce ad una diminuzione del consumo di ossigeno allo stato stazionario
(con relativo aumento del rendimento) nel corso di esercizi sottomassimali
soprattutto in soggetti giovani moderatamente allenati;
•  Può indurre una diminuzione del massimo consumo di ossigeno, soprattutto
evidente in atleti di élite;
•  Si rivela efficace in tempi brevi.
•  È in grado di aumentare il tempo di esaurimento e la performance nel corso di
esercizio di intensità elevata (pesante, molto pesante);
•  Induce una diminuzione dell’ampiezza della componente lenta della cinetica
del V’O2, lasciando inalterata la costante di tempo della fase lenta.
02/04/14
Fisiologia dello Sport
26
Meccanismi biologici di azione
•  La diminuzione del V’O2 è riconducibile ad
un costo minore della contrazione
muscolare: si consuma una minore quantità
di ATP per eseguire la stessa quantità di
lavoro meccanico.
•  Ciò causerebbe una minore deplezione di
PCr (deficit di O2 minore) e una diminuzione
dell’intensità del segnale biochimico che
controlla la respirazione mitocondriale del
muscolo scheletrico, da cui una riduzione del
V’O2
Bailey et al., 2010
02/04/14
Fisiologia dello Sport
27
Meccanismi biologici di azione
•  La supplementazione di
nitrati-nitriti conduca ad una
respirazione mitocondriale
più efficiente, un fatto
testimoniato da un rapporto
P/O più elevato
Larsen et al., 2011
02/04/14
Fisiologia dello Sport
28
Meccanismi biologici di azione
•  Aumenta l’efficienza della fosforilazione ossidativa diminuendo il leakage di
protoni a cavallo della membrana mitocondriale (Clerc et al., 2007)
•  NO2- è un accettore alternativo di elettroni e potrebbe, teoricamente, sostituire
l’O2 nella catena respiratoria mitocondriale (Basu et al., 2008)
•  NO è un potente inibitore della citocromo ossidasi (Brown e Cooper, 1994)
•  NO è un potente vasodilatatore e la riduzione di NO2- è favorita dall’ipossia.
•  Nelle aree muscoli che ricevono poco flusso sanguigno o utilizzano una
maggiore quantità di O2 si potrebbe instaurare un accumulo di NO
•  Ciò condurrebbe ad un miglior matching tra consumo e delivery di O2
locali
•  Questo, però spiegherebbe (in parte) solo la velocizzazione della cinetica
del V’O2
02/04/14
Fisiologia dello Sport
29
Altre azioni del NO
•  Cellule satelliti: cellule staminali dei miociti che hanno la capacità di fornire
nuove fibre muscolari e mionuclei
•  NO stimola la proliferazione delle cellule satelliti e le attiva in modo che
entrino nel ciclo di differenziamento verso nuove fibre muscolari (applicazioni
cliniche, supplementazione e allenamento e ipertrofia….)
•  NO attiva PGC1alfa
•  Biogenesi mitocondriale
•  la cascata dei segnali è iniziata dall’attivazione di protein chinasi
(AMP chinasi, AMPK)
•  L’attivazione di queste chinasi induce l’espressione di una famiglia di
fattori di trascrizione: PGC1alfa, il master regulator della biogenesi
mitocondriale
•  NO e AMPK agiscono sinergicamente nell’attivare PGC1alfa
02/04/14
Fisiologia dello Sport
30
Bibliografia
• 
• 
• 
• 
• 
Bailey SJ, Winyard P, Vanhatalo A et al. Dietary nitrate supplementation
reduces the O2 cost of low-intensity exercise and enhances tolerance to
high-intensity exercise in humans. J Appl Physiol 107: 1144 –1155, 2009.
Bailey SJ, Fulford J, Vanhatalo A, Winyard PG, Blackwell JR, DiMenna
FJ, Wilkerson DP, Benjamin N, Jones AM. Dietary nitrate
supplementation enhances muscle contractile efficiency during kneeextensor exercise in humans. J Appl Physiol 109: 135–148, 2010.
Basu S, Azarova NA, Font M et al. Nitrite reductase activity of Cytochome C.
J Biol Chem 47: 32590 – 32597, 2008.
Bescos RL, Rodriguez FA, Iglesias X et al. Acute administration of inorganic
nitrate reduces V’O2peak in endurance athletes. Med. Sci. Sports Exerc 43: 1979
1986, 2011.
Bescos R, Sureda A, Tur JA et al. The Effect of Nitric-Oxide-Related
Supplements on Human Performance. Sports Med 42: 99 – 117, 2010.
02/04/14
Fisiologia dello Sport
31
Bibliografia
• 
• 
• 
• 
• 
Brown GC, Cooper CE. Nanomolar concentrations of nitric oxide reversibly
inhibit synaptosomal respiration by competing with oxygen at cytochrome
oxidase. FEBS Lett 356: 295–298, 1994.
Clerc P, Rigoulet M, Levreve X et al. Nitric oxide increases oxidative
phosphorilation efficiency. J Bioenerg Biomembr 39: 158 – 166, 2007
Kelly J, Fulford J, Vanhatalo A et al. Effects of short term dietary nitrate
supplementation on blood pressure, O2 uptake kinetics, and muscle and
cognitive function in older adults. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol
304: R73–R83, 2013.
Larsen F, Weitzberg E, Lundberg JO et al. Effects of dietary nitrate on oxygen
cost during exercise. Acta Physiol 191: 55-66, 2007.
Larsen FJ, Schiffer TA, Bomiquel S et al.Dietary Inorganic Nitrate Improves
Mitochondrial Efficiency in Humans. Cell Met 13: 149 – 159, 2011.
02/04/14
Fisiologia dello Sport
32
Bibliografia
• 
Vanhatalo A, Bailey SJ, Blackwell JR et al. Acute and chronic effects of
dietary nitrate supplementation on blood pressure and the physiological
responses to moderate-intensity and incremental exercise. Am J Physiol Regul
Integr Comp Physiol 299: R1121–R1131, 2010.
02/04/14
Fisiologia dello Sport
33

Download Report