Esplorare la relazione tra il microbioma intestinale, i livelli di forma fisica e le risposte metaboliche all'esercizio (EXOMIC)

I microbioti intestinali sono tutti i microrganismi inclusi batteri, archaea ed eucarioti microscopici che vivono nel tratto digestivo di esseri umani o mammiferi. Tutti questi microrganismi vivono in omeostasi nel tratto gastrointestinale e forniscono una varietà di benefici al sistema immunitario dell'ospite e al metabolismo energetico in uno stato chiamato eubiosi. Al contrario, uno stato di disbiosi si verifica quando la diversità dei batteri commensali è ridotta soprattutto in alcune malattie croniche tra cui l'obesità, il cancro o le malattie gastrointestinali. Durante l'ultimo decennio, studi sostanziali hanno evidenziato che esiste un legame tra la composizione del microbiota intestinale e le prestazioni sportive. Il team di ricerca ha identificato in particolare un legame diretto tra il microbiota intestinale e il muscolo scheletrico, un organo chiave nelle prestazioni sportive (Nay et al. 2019). Utilizzando modelli di roditori, hanno osservato che 1) la prestazione di resistenza era ridotta nei topi per i quali il microbioma intestinale era stato distrutto sperimentalmente (Nay et al. 2019) e 2) la riduzione della prestazione di resistenza era dovuta a livelli più bassi di glicogeno muscolare, un substrato energetico chiave per la resistenza muscolare.

Sono state condotte ricerche complementari sugli esseri umani per caratterizzare l'impatto dell'attività fisica sulla composizione e sulla funzione del microbiota intestinale. Uno studio condotto su un'ampia coorte americana di 1500 individui ha quindi evidenziato che la diversità del microbiota intestinale era molto più importante negli individui che svolgevano attività fisica regolare (3-5 volte/settimana o più) rispetto alle persone fisicamente inattive. I pochi studi condotti su atleti di alto livello sono in accordo con questi risultati. Infatti, è stato dimostrato che i giocatori di rugby irlandesi internazionali hanno mostrato una diversità microbica nettamente superiore rispetto alle popolazioni inattive e sedentarie associate a una maggiore produzione di acidi grassi a catena corta (SCFA), alcuni substrati energetici chiave prodotti dai batteri commensali (Clarke et al. 2014 ; Barton et al., 2018). Al contrario, quando le persone sono completamente decondizionate fisicamente come gli astronauti in condizioni di microgravità o i pazienti costretti a letto, si verifica una chiara modifica della composizione del microbiota intestinale nel tratto gastrointestinale (Voorhies e al. 2019). Tali differenze tra atleti di alto livello, individui inattivi o estremamente inattivi non possono essere spiegate solo dallo stile di vita, in particolare dalla dieta. In effetti, studi longitudinali hanno chiaramente dimostrato che un periodo di allenamento di diverse settimane può aumentare la diversità microbica intestinale negli esseri umani, suggerendo una maggiore capacità del microbiota intestinale di estrarre energia dal cibo, in particolare dalle fibre alimentari (Allen et al. 2018). Tutti insieme, questi dati supportano che il microbiota intestinale potrebbe adattarsi ai bisogni energetici del corpo, molto più alti negli atleti di alto livello o notevolmente più bassi in individui estremamente inattivi (es. astronauti o pazienti costretti a letto). Questi dati suggeriscono anche che il microbiota intestinale potrebbe informare puntualmente sullo stato metabolico del corpo di un individuo.

In questo contesto, questo studio clinico mira a caratterizzare il metagenoma batterico del microbiota intestinale da popolazioni situate in un continuum da persone sedentarie ad atleti di alto livello con livelli elevati (ad es. calciatori), fabbisogni energetici anche molto elevati (es. ciclisti). La finalità di questo progetto è quindi quella di determinare se esista qualche profilo batterico che permetta di caratterizzare, anche prevedere, il metabolismo energetico di un atleta e quindi la probabilità di essere performante in competizione.

A tal fine, valuteremo le risposte metaboliche all'esercizio di diverse popolazioni atletiche (es. ciclisti e calciatori d'élite) e non attivi di popolazioni moderatamente attive. Tutti i volontari (n=50) effettueranno 3 visite nel laboratorio M2S: 1) una visita di inclusione comprensiva di misure antropometriche, sondaggi dietetici e di attività fisica, dopodiché il volontario lascerà il laboratorio con un kit Nahibu che consentirà di inviarci un campione fecale nei successivi 7 giorni, 2) una seconda visita per eseguire il cycling test incrementale, 3) un'ultima visita per eseguire misure metaboliche a digiuno in esercizi basali e sottomassimali. I parametri metabolici misurati durante questi test (es. VO2max, potenza nelle soglie aerobiche e anaerobiche, ossidazione massima dei carboidrati e dei lipidi) saranno poi messi in relazione con i dati metagenomici ottenuti nei campioni fecali.