AMPK, GLUT-4: effetti dell'alimentazione e dell'allenamento

July 12, 2016

STATO DELL'ARTE  

L’evoluzione dei processi metabolici e dei cicli di attività fisica che si sono sviluppati fra  il 50000 e il 10000 ac, hanno influenzato quelli che vengono definiti i “geni parsimoniosi”. Come teorizzato da Chakravarthy MV. - Booth F.W J Appl Physiol 96: 3-10,2004.

All’epoca la disponibilità di cibo non era garantita in maniera costante e l’attività fisica era sempre legata al reperimento del cibo. La tesi sviluppata è che gli adattamenti metabolici che si sono evoluti nel tempo, prevedevano un utilizzo dei vari substrati energetici in modo ciclico. L’evoluzione quindi dei “geni parsimoniosi” prevedeva che l’utilizzo delle due principali fonti energetiche, glicogeno e trigliceridi si siano adattate per massimizzare la sopravvivenza nei periodi di carestia.

Nel tardo paleolitico quindi, partendo da una condizione di abbondanza, l’essere umano si trovava con le scorte di trigliceridi e glicogeno muscolari massime mentre l’eccesso di glucosio veniva trasformato come trigliceridi di deposito. L’impossibilità di creare delle scorte di cibo consistenti portavano ad un successivo periodo di carestia in cui si aveva un decremento delle scorte lipidiche e glucidiche; la possibilità di cacciare o raccogliere nuovamente cibo dipendeva esclusivamente dalle capacità fisiche degli individui che si trovavano costretti a ad impegnative prove fisiche, in cui la muscolatura doveva contrarsi con livelli energetici bassi, la sopravvivenza era garantita da due molecole in particolare: GLUT-4 e AMPK, questi due complessi aumentano in relazione all’esercizio fisico. L’approvvigionamento del cibo, riportava gli uomini in uno stato di attività fisica relativamente bassa e così ripartiva tutto il ciclo.

L’importanza di questi mediatori sembrerebbe tutt’ora determinante, l’unico problema è che l’uomo moderno non vive in stato di carestia, poichè l’approvvigionamento del cibo non rappresenta più un problema e l’attività fisica risulta decisamente ridotta. In queste condizioni, glicogeno e trigliceridi muscolari non diminuisco e il GLUT-4 e AMPK muscolari non aumentano.

Se da una parte l’associazione fra cibo illimitato e riduzione dei mediatori chimici sembra alla base dello sviluppo delle patologie dismetaboliche così come concordato sempre da Booth F.W. and others Journal of Physiology (2002) 543.2, pp. 399-411; dall’altra parte l’unica condizione per ricreare la carestia è quella di introdurre un adeguato esercizio fisico, questo sembrerebbe in grado di ripristinare i geni parsimoniosi.

Attualmente siamo gli unici “animali” del pianeta Terra che considerano il movimento come attività secondaria, o addirittura, come semplice attività ricreativa, piuttosto che condizione essenziale per la vita.

Anche le più recenti ricerche riconoscono nel GLUT-4 come l’associazione all’esercizio fisico ne incrementi i livelli, permettendo il trasporto del glucosio all’interno della cellula muscolare anche con livelli molto bassi di insulina, il processo infatti non richiede energia e d avviene per diffusione facilitata; Ojuka EO, Goyaram V. Med Sport Sci. 2014;60:71-81. doi: 10.1159/000357337. Epub 2014 Sep 9.

L’AMPK sta per protein kinasi AMP attivata, è un enzima che ha un ruolo chiave nella omeostasi cellular. Fra i suoi ruoli principali abbiamo la captazione del glucosio a livello cellulare, il controllo della beta-ossidazione degli acidi grassi e la biogenesis del GLUT-4. L’attivazione dell’AMPK avviene quando i livelli di ATP si abbassano durante l’esercizio fisico, la stimolazione muscolare infatti decrementano i livelli di ATP e CPK ed aumentano i livelli di AMP. L’AMPKK rappresenta quindi la forma dell’enzima attivata durante l’esercizio fisico. L’AMPK aumenta nel muscolo in risposta alla contrazione muscolare in modo dipendente dal carico e dall’intensità dell’esercizio Marcinko K, Steinberg GR. Exp Physiol. 2014 Dec 1;99(12):1581-5. doi: 10.1113/expphysiol.2014.082255. Epub 2014 Sep 25.

La proteina AMPK è formata da tre sub-unità denominate alfa, beta e gamma, ciascuna di queste tre sub-unità ha due o tre isoforme e assumono un ruolo specific sia per la stabilità che per l’attività della AMPK. La sub-unità alfa rappresenta l’80% dell’attività totale, quella beta e gamma sono component regolatori.

L’attività della AMPK cambia in relazione al tipo di esercizio fisico, una attività di corsa a 21 m/min ad una pendenza del 15% per 30 minuti è in grado di produrre nel quadricipite del ratto un aumento dell’attività dell AMPK Niu Y, Yuan H, Fu L. Int J Sport Nutr Exerc Metab. 2010 Oct;20(5):370-80.

Negli esercizi prolungati con intensità superiori al 70% del Vo2max si attiva solamente la isoforma alfa2. Negli sprint di 30 secondi si attivano entrambe le soforme alfa1 e alfa2; Huh JY, Mougios V, Kabasakalis A, Fatouros I, Siopi A, Douroudos II, Filippaios A, Panagiotou G, Park KH, Mantzoros CS. J Clin Endocrinol Metab. 2014 Nov;99(11):E2154-61. doi: 10.1210/jc.2014-1437. Epub 2014 Aug 13.

L’attività della AMP Kinasi legata all’esercizio per le ricerche effettuate ora è correlate ai seguenti quattro parametri: 1-aumentata attività di traslocazione delle GLUT-4 e quindi del trasporto del glucosio nel muscolo scheletrico; 2-aumentata ossidazione degli acidi grassi liberi; 3-diminuita lipogenesi e aumentata lipolisi negli adipociti; 4- diminiuta sintesi di acidi grassi liberi e colesterolo negli epatociti.

Nello specifico per quanto concerne la captazione del glucosio è stato ipotizzato che l’AMPK attivato dalla contrazione muscolare, in presenza di poca insulina è contenuto nelle microvescicole sotto la menbrana del sarcolemma e dei tubuli-T, questo avviene anche in condizioni di riposo. Con l’aumento dell’insulina o durante la contrazione muscolare I GLUT-4 sono traslocati e inseriti dento le membrane dei tubuli-T e del sarcolemma per aumentare la capacità di trasporto del glucosio nelle cellule muscolari.

Allo stato attuale l’effetto di queste molecole non è ben chiaro in riferimento a diverse tipologie di esercitazioni. La riduzione calorica abbianta all’esercizio fisico sembra attualmente il miglior modo per ottimizzare i profili metabolici soprattutto se l’attività fisica presenta intensità di allenamento importanti.

Conoscere questi sistemi permetterebbe di meglio calibrare l’esercizio fisico rivolto al dimagrimento o al controllo delle patologie diesmetaboliche indipendentemente dal tipo di alimentazione. Con il giusto timing parrebbe possibile tenere fisiologicamente sotto controllo. 

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