Il microbiota intestinale gioca un ruolo di rilievo nella vita di un atleta condizionando la sua performance e l’adattamento all’allenamento, favorendo la sintesi di metaboliti fondamentali per l’assorbimento e l’ossidazione dei nutrienti, potenziando le difese immunitarie sia a livello intestinale che del tratto respiratorio e promuovendo un corretto transito intestinale. 

Utilizzare l’atleta come modello di studio può aiutare a comprendere il comportamento del microbiota intestinale in relazione alla dieta, allo stress e all’esercizio fisico intenso, con la possibilità di applicare queste conoscenze in ambito medico per il trattamento di condizioni patologiche. Siamo ancora lontani dalla piena consapevolezza di come queste dinamiche tra la fisiologia umana e la microbiologia si sposino tra di loro per generare la macchina perfetta che è il corpo umano. 

Non c’è dubbio che saranno necessari ulteriori studi per comprendere i cambiamenti che alcuni driver inducono nell’assetto del microbiota intestinale e nella sintesi di metaboliti da parte dell’ospite o gli effetti benefici da questi indotti sulla salute degli atleti e sui loro allenamenti quotidiani. 

Microbiota e sport di endurance

In particolare, gli atleti di sport di endurance sono più suscettibili ai traumi a carico dell’epitelio intestinale, come accade nella classica sindrome dell’aumentata permeabilità intestinale o leaky gut. Questa condizione porta all’abbattimento dello spessore del muco e ad una maggior trasmigrazione di batteri patogeni e di tossine attraverso la barriera intestinale e da qui nel torrente sanguigno. 

Questo fenomeno è spesso associato a una condizione di over-training, quando l’eccesso di stress e l’aumentato rilascio di catecolamine indotti dall’esercizio si riversa sulla barriera intestinale danneggiandola, rendendola più fragile e permeabile. 

Oltre a procurare malessere nell’atleta, con comparsa dei sintomi tipici della sindrome dell’intestino irritabile e difficoltà a seguire una dieta sana e bilanciata, l’alterata permeabilità si ripercuote negativamente anche sulla performance. 

Alla luce dell’importanza del microbiota intestinale per l’atleta, nel mondo dello sport sta prendendo piede la prassi di suggerire diversi “rimedi”. Si tratta di integratori probiotici o cibi fermentati ad azione probiotica, capaci di ripopolare l’intestino di batteri eubiotici e protettivi per la nostra barriera (muco-metabolizzatori ad esempio, per fortificare la barriera esterna di muco, come Akkermansia muciniphila). In generale a seguito dell’assunzione di probiotici si documenta un miglioramento delle difese immunitarie a livello intestinale e del tratto respiratorio superiore, una riduzione dei sintomi di malessere intestinale ed indirettamente un maggior rendimento in fase di allenamento o di competizione.

Lo studio pilota

Attraverso questo studio pilota si è voluto saggiare un nuovo probiotico di derivazione naturale a base di latte di soia fermentato (LEX) con uno starter di batteri lattici multi-ceppo (LAB, Lactic Acid Bacteria), su una popolazione di atleti di endurance (maratoneti). Non solo, per la prima volta si è cercato di approfondire il ruolo delle popolazioni batteriche dominanti sul metabolismo dell’ospite e le loro funzioni nell’ambiente intestinale, attraverso un esame correlato di metabolomica condotto su diversi metaboliti urinari. Sebbene alcuni studi abbiano già preso in esame l’efficacia del LEX in ambito clinico, nulla era stato finora pubblicato in merito agli sport di endurance. Lo stesso prodotto, infatti, se assunto con regolarità si è dimostrato capace di prevenire la comparsa del cancro del colon-retto promuovendo la risposta immunitaria intestinale. 

In questo studio Mina Fukuchi e colleghi hanno voluto indagare gli effetti dell’attività fisica e dell’assunzione regolare di LEX su una popolazione di atleti di endurance, ricorrendo sia alla metagenomica per lo studio delle popolazioni microbiche, che alla metabolomica per lo studio dei metaboliti urinari. La fusione dei dati ha amplificato la conoscenza sulla modulazione delle popolazioni batteriche in relazione all’esercizio e all’assunzione del probiotico LEX, nonché sul ruolo metabolico giocato dai principali Phyla rilevati.

Esercizio fisico e microbiota intestinale

Il microbiota intestinale svolge un ruolo essenziale nel favorire il nostro stato di salute dal momento che regola l’assorbimento dei nutrienti, la sintesi delle vitamine, l’energy harvest ovverosia la nostra capacità di trarre energia dal cibo, la modulazione dello stato infiammatorio e l’efficacia del nostro Sistema Immunitario. 

L’avvento della metagenomica ha ampliato enormemente le nostre conoscenze in merito alla composizione del consorzio microbico e al suo contributo alla comparsa di diverse condizioni patologiche. 

Tra i fattori in grado di modificare la composizione del microbiota intestinale va citata al primo posto la dieta. Inoltre, studi recenti documentano la capacità dell’esercizio fisico di ridurre l’abbondanza relativa di alcune popolazioni microbiche a favore di altre. 

È interessante notare che queste variazioni hanno a loro volta un impatto sulla performance. Ad esempio gli atleti, se comparati con i soggetti sedentari, dimostrano avere un potenziamento di alcuni pathway metabolici (sintesi proteica, biosintesi di antibiotici, metabolismo dei carboidrati) e un aumento di alcuni metaboliti fecali (in particolare degli acidi grassi a catena corta o Short Chain Fatty Acids o SCFAs). Questi aspetti sono associati ad un aumentato turnover muscolare.

Vi è evidenza scientifica del fatto che gli atleti hanno una maggiore richness (o biodiversità o alfa-diversità) rispetto a chi porta avanti uno stile di vita sedentario. In particolare, negli atleti aumenta l’abbondanza relativa di alcune specie simbiotiche in grado di favorire la nostra salute intestinale e la salute dell’intero organismo (Akkermansia muciniphila e Faecalibacterium prausnitzii).

D’altra parte, l’eccessiva attività fisica può stressare il nostro apparato gastrointestinale portando ad un’alterazione del microbiota che si modifica in senso pro-infiammatorio. Questo fenomeno si associa ad un peggioramento della performance, alla comparsa di sintomi a carico dell’apparato gastroenterico e alla maggiore suscettibilità allo sviluppo di infezioni delle alte vie respiratorie (URTIs o Upper Respiratory Tract Infections). Questo tipo di risposta all’esercizio fisico intenso può essere ridimensionato attraverso l’assunzione di prebiotici e di probiotici. 

Gli sport di endurance sfruttano il metabolismo aerobico per lunghi intervalli di tempo (long-term cardiovascular exercise). Rientrano in questa categoria la corsa, lo sci, il ciclismo e il nuoto. Tra le alterazioni alle quali si va incontro a seguito della pratica delle attività aerobiche vanno citati gli squilibri elettrolitici, l’aumento della risposta infiammatoria sistemica, la deplezione delle scorte di glicogeno, lo stress ossidativo, l’aumentata permeabilità intestinale e il danno muscolare. 

In particolare, la sindrome dell’intestino permeabile (Leaky Gut Syndrome) si caratterizza per il cedimento delle giunzioni strette (tight junctions) tra un enterocita e l’altro, per l’assottigliamento del doppio strato di muco (parte importante della barriera intestinale) e per la migrazione di alcune popolazioni microbiche o di frammenti di cellule batteriche (vedi il lipopolisaccaride o LPS e la condizione di endotossiemia metabolica).

I risultati dello studio

Lo studio ha reclutato 13 atleti di endurance (260 km al mese) che nel corso di due periodi di 4 settimane venivano coinvolti in due competizioni. Nelle prime due settimane di ciascun periodo (il cosiddetto pre-observation period, ovverosia il periodo che precedeva l’assunzione del LEX) venivano studiate le variazioni nella composizione del consorzio microbico dovute alla sola performance atletica. 

Nelle seconde due settimane si esaminava l’effetto dell’assunzione giornaliera di LEX sul microbiota intestinale. I partecipanti assumevano 10 ml di LEX due volte al giorno, prima dei pasti (10¹⁰ CFU/ml). In sincrono con questo secondo campionamento veniva valutata la concentrazione di 74 metaboliti urinari tra i quali figurano metaboliti fungini, di lieviti e batteri, intermedi del ciclo degli acidi tricarbossilici (TCA), quindi marcatori del metabolismo mitocondriale, e neurotrasmettitori. Alcuni esempi sono l’arabinosio (metabolita dei lieviti), l’acido 3-ossiglutarico, l’acido tartarico, l’acido tricarballilico (marcatori fungini e di lievito), l’acido 3-metilglutarico e l’acido 3-idrossiglutarico (marcatori del metabolismo ossidativo degli amminoacidi a livello mitocondriale). 

Variazioni nell’assetto microbico intestinale durante la sperimentazione

Per 8 degli atleti coinvolti (N = 13; 9M e 4F) sono stati raccolti i campioni fecali in quattro momenti della sperimentazione:

• PRE_b (prima dell’assunzione di LEX e prima della competizione n. 1);
• PRE_a (prima dell’assunzione di LEX e dopo la competizione n. 1);
• POST_b (durante l’assunzione di LEX e prima della competizione n. 2);
• POST_a (al termine dell’assunzione di LEX e dopo la competizione n. 2).

L’accuratezza dell’analisi genetica ha consentito di identificare 12 Phyla, 61 famiglie e 90 generi batterici. Il dato più significativo è che, durante l’assunzione di LEX, le variazioni a carico della popolazione colonica fecale legate alla competizione erano trascurabili. In particolare, l’assetto del microbiota fecale POST_a tendeva a tornare rapidamente allo stato POST_b. 

Si è osservato inoltre che a seguito della competizione il Phylum Bacteroidetes si riduce numericamente a favore del Phylum Firmicutes. Il rapporto Firmicutes/Bacteroidetes (F/B ratio) era significativamente più alto (p = 0,038) dopo la prima competizione e tendeva a mantenersi tale anche nei 14 giorni in cui gli atleti avevano cominciato ad assumere LEX. Al termine dell’assunzione di LEX (POST_a), a dispetto dell’aumento del volume di allenamento (con conseguente aumento dell’RPE o Rating of Perceived Exertion o stimata percezione dello sforzo) le differenze tra le abbondanze relative dei due Phyla si riducevano fino a diventare insignificanti. In particolare, l’F/B ratio del momento POST_a era sovrapponibile a quello ottenuto al momento PRE_b. 

Microbiota intestinale e metaboliti urinari

Nel corso dello studio e in corrispondenza dei momenti PRE_a (prima dell’assunzione di LEX e dopo la competizione n. 1) e POST_a (al termine dell’assunzione di LEX e dopo la competizione n. 2) sono stati analizzati 73 metaboliti urinari. Tra i composti analizzati rientrano metaboliti fungini, metaboliti batterici, metaboliti del ciclo degli acidi tricarbossilici, neurotrasmettitori. Il pannello di metaboliti urinari risultava significativamente diverso al termine dell’assunzione di LEX. In particolare, le variazioni più significative hanno riguardato 27 dei 73 metaboliti analizzati. Ad esempio, i livelli di arabinosio urinario (l’arabinosio è un marker del metabolismo dei lieviti) prima dell’assunzione di LEX erano pari a 48,25 ± 17,17 mmol/mol Cr, sensibilmente al di sopra del range di riferimento (per i maschi di età pari o superiore a 13 anni ≤20 mmol/mol Cr e per le femmine di età pari o superiore a 13 anni ≤29 mmol/mol Cr). La concentrazione media di arabinosio urinario dopo l’ingestione di LEX diminuiva significativamente (p = 0,016) portandosi a valori pari a 17,00 ± 5,21 momol/mol Cr, perfettamente all’interno del range di riferimento. 

L’acido 3-metilglutarico e l’acido 3-idrossiglutarico, due marker del metabolismo mitocondriale, risultavano elevati prima dell’assunzione di LEX se comparati con i livelli di riferimento ma diminuivano significativamente dopo l’assunzione di LEX. 

Gli Autori hanno voluto studiare la relazione tra assetto del microbiota intestinale e metaboliti urinari. È stato così possibile dimostrare che l’abbondanza del Phylum Firmicutes correla positivamente con la concentrazione di acido tricarbossilico (p = 0,003) e di acido carbossilico (p = 0,002). 

L’abbondanza di Parabacteroides distasonis (PD, Phylum Bacteroidetes, famiglia Porphyromonadaceae) ha correlato significativamente con diversi metaboliti tra cui neurotrasmettitori e pirimidine. 

La presenza di Odoribacter (Phylum Bacteroidetes, famiglia Odoribacteraceae), di Turicibacter (Phylum Firmicutes, famiglia Turicibacteraceae) e di PD è aumentata a seguito dell’intervento nutrizionale con LEX mentre quella di Oribacterium (Phylum Firmicutes, famiglia Lachnospiraceae) è diminuita 

Probiotico naturale a base di latte di soia fermentato

Si tratta del primo studio che analizza le variazioni nell’assetto del microbiota intestinale e nella concentrazione di metaboliti urinari in atleti di endurance, con e senza supplementazione di LEX. Lo studio dimostra che la prestazione atletica comporta una perturbazione nella composizione microbica intestinale. Dimostra anche che l’assunzione di LEX contrasta la sovracrescita di lieviti e di funghi e sostiene il metabolismo mitocondriale come dimostrato dall’aumentata concentrazione urinaria di metaboliti degli acidi tricarbossilici. 

Limiti strutturali dello studio sono l’assenza di un gruppo di controllo (placebo) e il fatto che non si tiene conto del ruolo della dieta. Per questa ragione si auspica la messa a punto di uno studio placebo-controllo randomizzato che prenda in esame dieta, attività fisica e supplementazione.

In questo studio le più significative fluttuazioni nella composizione per Phylum del microbiota intestinale si hanno nel periodo che precede la supplementazione di LEX e consistono nella riduzione dei Bacteroidetes e nell’aumento dei Firmicutes prima e dopo la competizione. Questa nuova configurazione del microbiota si è protratta anche nei successivi 14 giorni dopo l’ultimo campionamento post-gara (PRE_a). 

Si potrebbe ipotizzare che queste variazioni siano in parte legate all’aumentato fabbisogno energetico e di conseguenza alla maggiore assunzione di cibo da parte degli atleti. L’aumento dei Firmicutes a seguito di un allenamento, più o meno prolungato, viene confermato da numerosi studi su modelli murini, anche se il tipo di allenamento e la dieta seguita possono spesso agire come fattori confondenti e modificare il trend di aumento dei Firmicutes che non sempre si conferma.

Le variazioni nella composizione del microbiota intestinale a seguito della competizione erano sensibilmente meno significative nel periodo di assunzione del LEX. Più precisamente l’assetto microbico intestinale al termine del periodo di assunzione del LEX (POST_a) era sovrapponibile a quello riscontrato all’inizio della sperimentazione (PRE_b). 

Verosimilmente, come evidenziato dagli autori stessi, altri due limiti dello studio possono aver “contaminato” questo dato: 

1. Il fatto che l’intensità dell’esercizio programmato nella competizione non fosse del tutto sovrapponibile;

2. La mancanza di un periodo sufficientemente lungo tra le due fasi dello studio (pre- e post-intervento con LEX) per favorire un ritorno del microbiota alla sua composizione originale (quello che classicamente si definisce come baseline).

Prima dell’ingestione di LEX la concentrazione di arabinosio era considerevolmente al di sopra del range di riferimento. L’arabinosio è un marker del metabolismo fungino e la sua elevata concentrazione è il segno di una sovracrescita di Candida sp. Dopo l’ingestione di LEX i livelli di arabinosio si riducono fino a portarsi all’interno del range di riferimento. Questi risultati lasciano pensare che l’assunzione regolare e continua di LEX possa contrastare la sovracrescita fungina. L’abbondanza di miceti a livello intestinale (Saccharomyces, Malassezia e Candida) correla con l’esacerbazione di alcune condizioni patologiche come la sindrome dell’intestino irritabile (Inflammatory Bowel Disease, IBD) e il cancro del colon-retto. Gli atleti di endurance percorrono lunghe distanze sia nella fase di training che durante le competizioni. L’elevato volume di allenamento può contribuire ad alterare la composizione del microbiota intestinale portando ad una sovracrescita di miceti e di lieviti. Poiché queste alterazioni influiscono sulla performance degli atleti, l’effetto riequilibrante che si nota a seguito dell’assunzione regolare e protratta di LEX è interessante dal punto di vista applicativo. 

La riduzione dei livelli di tirosina e di fenilalanina che si è osservata a seguito del periodo di assunzione di LEX è stata messa in relazione con il recupero di un assetto eubiotico e con la riduzione dei clostridi. 

L’acido 3-metilglutarico e l’acido 3-metilglutaconico sono metaboliti della leucina. 

È noto che la leucina è un potente attivatore dell’mTOR (mammalian Target Of Rapamycin) che a sua volta stimola la sintesi proteica. Partendo da queste osservazioni, è possibile affermare che il mantenimento di un microbiota eubiotico possa favorire il recupero post-allenamento e la riparazione muscolare. 

Non è da trascurare poi il ruolo metabolico di alcuni batteri simbiotici capaci di sintetizzare le vitamine del gruppo B e quindi ottimizzare anche l’attività mitocondriale attraverso la fornitura di cofattori ed intermediari del ciclo degli acidi tricarbossilici. Basti pensare al ruolo centrale svolto da FAD (vitamina B2) e NAD (vitamina B3), o dall’acido pantotenico (vitamina B5) come componente del CoenzimaA (CoA), o come parte del coenzima Q10. In questo senso, variazioni significative sono state riscontrate a seguito dell’assunzione di LEX in merito ai livelli di acido pantotenico, di acido 3-metilglutarico (precursore del coenzima Q10), e di acido metilcitrico, indicatore dei livelli di biotina.

Infine, Parabacteroides distasonis è un batterio in grado di contrastare l’instaurarsi della sindrome plurimetabolica. La sua abbondanza relativa è bassa nei pazienti affetti da obesità, nei pazienti con steatosi epatica non alcolica (Nonalcoholic Fatty Liver Disease o NAFLD), nei pazienti con sindrome dell’intestino irritabile (IBD) e con sclerosi multipla. 

Gli Autori di questo studio dimostrano che l’assunzione di LEX può contribuire ad elevare i livelli di PD. Dal punto di vista applicativo sarà importante identificare quegli alimenti che possono potenziare il PD endogeno anziché mettere a punto un probiotico che contenga un suo ceppo.

Conclusioni

Questo studio ha permesso di investigare l’efficacia di un probiotico di derivazione naturale (latte di soia fermentato da parte di batteri lattici) su una popolazione di atleti di endurance sottoposti a stress da competizione. Non solo, si è potuto gettare luce sul ruolo metabolico delle popolazioni batteriche o fungine grazie alla sinergica analisi di metabolomica su campioni di urine e di composizione del microbiota intestinale su campioni fecali.

Da questa ricerca, sebbene si tratti di uno studio pilota e senza un gruppo di controllo, emerge che l’impatto del singolo evento di competizione sportiva (corsa di lunga durata) è in grado di modulare drasticamente la composizione del microbiota intestinale e che tali variazioni nelle popolazioni dominanti sono in grado di persistere nel tempo. Non solo, l’analisi dei metaboliti urinari suggerisce che gli atleti sono spesso soggetti ad una sovracrescita di lieviti e di funghi a livello gastrointestinale, possibile causa di malessere fisico e di disbiosi.

L’assunzione di LEX si è dimostrata benefica non solo nel contenere la crescita di miceti, ma anche quella di clostridi, promuovendo uno stato di salute intestinale di gran lunga superiore negli atleti.

È stata anche osservata una relazione tra la crescita fungina e l’abbondanza del Phylum Firmicutes, lasciando intuire che l’equilibrio tra i Phyla Firmicutes e Bacteroidetes sia coinvolto nel controllo della crescita fungina negli atleti. Altro dato riscontrato a favore del consumo di LEX è l’aumento del PD o Parabacteroides distasonis, correlato positivamente a molti metaboliti urinari e ritenuto un indicatore importante della condizione di salute dell’atleta.

Oltre a contrastare la sovracrescita di lieviti e di funghi, l’assunzione di LEX supporta il metabolismo mitocondriale come dimostrato dall’aumentata concentrazione urinaria di metaboliti, vitamine, cofattori enzimatici ed intermediari del ciclo degli acidi tricarbossilici. Infine, il LEX favorisce il recupero dalla fatica post-gara, i meccanismi di riparazione muscolare, il controllo dei processi infiammatori ed anabolici grazie alla stimolazione delle vie metaboliche della leucina e dell’mTOR.

Sebbene ulteriori studi di tipo randomizzato, in doppio cieco e con controllo placebo debbano confermare i dati qui presentati, si auspica che questo tipo di integrazione probiotica basata sulla formula LEX possa prendere sempre più piede nel mondo dello sport a sostegno della salute, del rendimento e quindi del successo dell’atleta.