L'esercizio fisico e l'elettro-stimolazione, strategie per contrastare il declino muscolare negli anziani.

L'invecchiamento e' un processo multifattoriale caratterizzato da un declino costante e inarrestabile della struttura, delle funzioni e di conseguenza delle prestazioni muscolari. Uno degli effetti piu' evidenti dell'invecchiamento sugli esseri umani e' la riduzione della massa muscolare, nota come sarcopenia, che si verifica in misura diversa da individuo ad individuo e che porta a capacità funzionali ridotte (forza e resistenza). Fattori che contribuiscono al progredire di questo stato sono la diminuzione sia del numero e delle dimensioni delle miofibre che della quantita'  di motoneuroni che innervano le fibre muscolari. Esami istologici effettuati su muscoli di anziani hanno dimostrato che la denervazione puo' contribuire all'atrofia e in aggiunta l'immobilita'  e una vita di tipo sedentario ne accelera il processo, mentre l'esercizio fisico protegge in parte dagli effetti dell'invecchiamento. Diversi studi hanno dimostrato che l'esercizio fisico regolare puo' prolungare l'aspettativa di vita e rallentare gli effetti dell'invecchiamento. A livello molecolare il calcio, e di conseguenza il Reticolo Sarcoplasmatico, svolge un ruolo fondamentale nei processi metabolici e strutturali di adattamento muscolare attraverso l'attivazione di vie di segnalazione specifiche, in risposta al tipo di stimolo ricevuto. Questo lavoro di tesi si focalizza per l'appunto sui benefici dell'esercizio fisico e se questi possono essere comparati a quelli ottenuti se viene utilizzato un protocollo di allenamento indotto dall'elettrostimolazione. Questo potrebbe essere utile in campo riabilitativo in quanto l'esercizio fisico, specialmente negli anziani, non e' sempre applicabile a causa di problemi sia di natura patologica che psicologica. Per determinare gli effetti dell'invecchiamento e correlarli a diversi stili di vita sono stati studiati i muscoli vastus lateralis di tre distinti gruppi di persone (a) anziani sani sedentari (b) anziani sani con un'attivita'  fisica costante da almeno 30 anni (c) giovani sportivi. In questi soggetti e' stato caratterizzato il muscolo in relazione all'eta' e al tipo di esercizio fisico per determinare gli effetti dell'allenamento volontario sull'avanzare della sarcopenia durante l'invecchiamento. Dai dati ottenuti attraverso una serie di test funzionali e' risultato che gli anziani fisicamente attivi presentano caratteristiche piu' simili a quelle dei giovani rispetto a quelli del gruppo sedentario della medesima eta' . Questa e' una prova del fatto che gli anziani fisicamente attivi sono un gruppo molto performante ed e' possibile paragonarli a atleti master della medesima eta' . Analisi morfologiche e istologiche hanno mostrato che gli anziani sedentari presentano pu' fibre denervate rispetto agli altri due gruppi e che gli anziani fisicamente attivi presentano una percentuale di fibre slow significativamente superiore, che pero' non dipende dal tipo di esercizio svolto. Inoltre sono state rilevate in tutti e tre i gruppi fibre che coesprimono sia la miosina rapida che quella lenta e nello specifico il gruppo degli anziani sedentari ne presenta una percentuale piu' alta rispetto agli altri due. Tuttavia, le sezioni seriali di anziani sedentari mostrano la presenza di fibre coesprimenti di piccole dimensioni e angolate (denervate); pertanto, questo fatto suggerisce che si tratta di fibre di tipo lento che coesprimono isoforme fast di miosina attraverso programmi miogenici predefiniti. Al contrario, le fibre muscolari coespriementi negli anziani fisicamente attivi sono di dimensioni simili alle miofibre innervate di tipo puro solo rapido o solo lento. In base ai risultati ottenuti alti livelli di esercizio fisico sembrano avere effetti benefici sulla reinnervazione di fibre muscolari, con conseguente conservazione della funzione muscolare, della dimensione e della struttura, ritardando cosi il declino funzionale e la perdita di indipendenza che sono comuni nelle persone piu' anziane. Tuttavia, alcune condizioni patologiche tipiche degli anziani e anche alcune situazioni psicologiche limitano la capacita'  di svolgere attivita' fisica. Si rende quindi necessario trovare una valida alternativa all'esercizio fisico che pero' ne mantenga le proprietà benefiche e soprattutto che sia sicuro; queste caratteristiche possono essere tutte ritrovate nell'elettrostimolazione (ES). Per determinare se questo tipo di terapia puo' essere efficace anche nell'anziano e' stato messo a punto uno studio degli effetti dell'ES sul muscolo umano di eta'  avanzata, messi a confronto con quelli indotti da un programma di allenamento di forza volontario (Leg Press, LP), per un periodo di nove settimane. In entrambi i gruppi di anziani, dopo i due allenamenti, e' stato rilevato un miglioramento dei parametri funzionali, ma solo i soggetti trattati con l'ES hanno avuto un aumento della forza isometrica massima dei muscoli vastus lateralis. L'elettrostimolazione, a differenza della LP, ha mantenuto la dimensione media complessiva delle fibre invariata, mentre si e' verificato un aumento del diametro e del numero delle fibre rapide e una diminuzione di quelle di tipo lento. Da notare, nessun segno di fibrosi e/o di infiltrazioni di cellule infiammatorie e' stato rilevato nei muscoli trattati per entrambi i tipi di allenamento. Inoltre, analisi di ultrastruttura non hanno visualizzato nessuna alterazione della struttura muscolare prima e dopo il trattamento. In seguito a entrambi i trattamenti di ES e LP e' stata rilevata l'attivazione sia del pathway della calcineurina/NFAT sia delle chinasi calcio calmodulina dipendenti (CaMKII) entrambi punti chiave per il rimodellamento muscolare. La valutazione quantitativa di tutte le proteine che compongono il Reticolo Sarcoplasmatico, mostra un aumento significativo di SERCA2 e Sarcalumenina e una diminuzione di CASQ1 dopo ES, mentre dopo LP non sono stati riscontrati cambiamenti significativi dei livelli proteici. Analisi di PCR quantitativa (qPCR) sono state effettuate al fine di chiarire se il livello di RNA di Sarcalumenina SERCA2 e CASQ sono regolati dall'elettrostimolazione. Nessuno dei geni viene up-regolato o down-regolato in modo statisticamente significativo dal training tramite ES suggerendo una regolazione a livello post trascrizionale. Il muscolo vastus lateralis è una miscela di diversi tipi di fibre muscolari, di conseguenza, l'incremento quantitativo medio di SERCA2 e Sarcalumenina negli omogenati totali puo' essere attribuito a tutte le fibre o ad una specifica sottopopolazione di fibre (cioe' fibre a contrazione lenta o intermedia di tipo ossidativo le fibre IIA). Per verificare se l'aumento di SERCA2 e' a carico delle fibre rapide nei muscoli trattati tramite elettrostimolazione, e' stato messo a punto un protocollo di immunofluorescenza per valutare la co-espressione di miosina del tipo rapido e SERCA2. Dopo l'ES il numero di fibre miste SERCA2/miosina rapida e' significativamente aumentato, mentre e' rimasto invariato dopo LP. Dall'analisi dell'intensita'  della fluorescenza di miosina rapida e' risultato che alcune fibre a contrazione rapida presentano un segnale di miosina rapida piu' bassa rispettivamente nelle sezioni post ES e post LP e circa il 50% di tali fibre erano anche SERCA2 positive. Da queste osservazioni possiamo concludere che le fibre miste per miosina rapida / SERCA2 sono una popolazione eterogenea e che una parte di queste fibre probabilmente esprime le isoforme sia rapida che lenta della miosina. In conclusione con questo lavoro di tesi sono stati messi a punto protocolli sperimentali che hanno permesso di identificare alcuni cambiamenti favorevoli indotti dall'allenamento fisico nell'anziano. Inoltre grazie alla stabilizzazione della traslocazione nucleare di NFATc1 che permane anche dopo diversi giorni dall'ultima sessione di allenamento, si puo' assegnare a quest'ultimo il ruolo di biomarcatore di sedentarieta'  (NFATc1 citoplasmatico) e di attivazione muscolare (sua traslocazione nei mionuclei), sia essa indotta da ES o LP. Infine per la prima volta e' stato dimostrato che l'ES e' in grado di neuromodulare con effetti benefici la qualita'  del muscolo dell'anziano, la mobilita'  e le prestazioni funzionali. Quindi l'ES puo' essere un valido approccio per contrastare l'atrofia e i problemi muscolari dati dal processo di invecchiamento sia per anziani sani che soggetti a condizioni patologiche croniche, avendo come fine ultimo un miglioramento dello stile di vita.