Dallo scrittore Myprotein Leonardo Cesanelli, laureato in Scienze e Tecnologie Alimentari, laureando in Nutrition and Functional Food.
Paratormone PTH
L’ormone paratiroideo o paratormone (PTH parathyroid hormone) è un polipeptide formato da 84 amminoacidi, sintetizzato e secreto dalle ghiandole paratiroidi. Il PTH può essere considerato l’ormone alla base della regolazione del metabolismo del calcio, coinvolto in entrambi i processi di catabolismo ed anabolismo osseo.
Diversi report in letteratura hanno descritto come l’azione di questo ormone possa essere influenzata dall’attività fisica, in questo articolo cercheremo pertanto di descrivere in maniera generale l’importanza dell’omeostasi del calcio e la regolazione della stessa in atleti o individui che praticano semplicemente attività fisica in maniera quotidiana.
Le variazioni di PTH in relazione all’attività fisica sembrano essere influenzate sia dalla durata che dall’intensità della stessa, con una probabile “soglia di stimolo” legata ad alterazioni di questo ormone.
Ovviamente la regolazione del PTH è influenzata dallo stato di mineralizzazione ossea iniziale del soggetto, l’età, il genere, lo stato di allenamento e l’interazione con altri ormoni o fattori metabolici come vitamina D, calcitonina, concentrazione plasmatica di calcio, fosfato, magnesio, catecolamine, acido lattico, pH, ecc.
Prima di affrontare gli aspetti legati allo sport descriviamo in maniera generale l’azione di questo ormone.
Quando la concentrazione di calcio nel sangue subisce una diminuzione (ipocalcemia), anche minima le cellule della paratiroide aumentano gli impulsi di rilascio di questo ormone.
Il PTH una volta in circolo agirà in maniera diretta aumentando azione e numero di osteoblasti (mobilizzazione calcio osseo) ed osteoclasti, a livello renale sempre in maniera diretta aumentando il riassorbimento di calcio inibendo quello di fosfato ed in maniera indiretta stimolando sempre a livello renale la formazione del calcidiolo e calcitriolo (forma attiva della vitamina D3) in grado di aumentare l’assorbimento intestinale di calcio derivanti dalla dieta.
PTH E Sport
Diversi studi hanno ormai confermato quanto l’attività fisica sia importante per una buona salute ossea, come fattore preventivo di osteoporosi e riduzioni di densità minerale ossea (BMD) in età adulta e come fattore in grado di aumentare il picco di massa ossea in adolescenza (Bradney et al., 1998).
Difatti gli effetti anabolici dell’esercizio fisico non si esplicano soltanto in atleti agonisti il cui obbiettivo può essere principalmente quello di incrementare forza e massa muscolare ma comparando soggetti sedentari con soggetti praticanti semplice attività fisica quotidiana è stato riportato come la BMD, soprattutto in soggetti di età avanzata fosse nettamente migliore rispetto a soggetti sedentari o per qualche motivo immobilizzati (Marcus, 1996).
Viene poi inoltre riportato come l’attività fisica come strumento preventivo nei confronti dell’osteoporosi, sia particolarmente indicata nel periodo adolescenziale, difatti la densità minerale ossea (BMD) raggiunge il 90% del suo picco massimo proprio alla fine della seconda decade e circa un quarto della massa ossea dell’adulto viene “accumulata” nel periodo che “circonda” il picco di massa ossea (Baily, 1997).
Ad esempio uno studio del 2006 (Maimoun et al.) ha riportato come individui sedentari sottoposti a ad allenamenti di ciclismo di 50 minuti al giorno riportarono incrementi dei livelli serici di phosphatasi alcalina ossea (B-ALP) e osteocalcina, marker di nuova sintesi ossea, suggerendo un effetto “anabolico” immediato esercitato dall’esercizio fisico.
L’ormone paratiroideo PTH, viene considerato il principale regolatore del metabolismo osseo, in particolare mantenendo le concentrazioni fisiologiche di calcio e fosfato nei fluidi extracellulari, ma è anche uno dei determinanti primari dei livelli di calcio intracellulare.
I suoi organi target sono i reni, in cui aumenta il riassorbimento di calcio nel tubulo prossimale, l’escrezione di fosfato e la formazione di calcitonina (forma attiva della vitamina D3) e lo scheletro in cui stimola mineralizzazione (azione osteoblastica) e riassorbimento osseo (azione osteoclastica), infine contribuisce all’omeostasi del calcio anche in modo indiretto a livello di assorbimento intestinale incrementando il livello di vitamina D3 attiva, fattore essenziale per l’assorbimento “attivo” di questo minerale.
Come detto, nell’osso il PTH ha un effetto considerabile “bifasico”, catabolico quando l’esposizione risulta continua (ipercalcemia) ed anabolico quando l’esposizione è il risultato dei pulsi secretori (livelli di calcio normali) (Qin et al., 2004).
Sono diversi gli studi che hanno riportato come diversi tipi di esercizio fisico (in particolare combinazioni ad alta intensità, volume e elevata %VO2max in differenti tipologie di esercizio fisico) hanno incrementato le concentrazioni di PTH: esercizio fino al cedimento, all’85%, 70% del VO2max o tramite HIIT (Bouassida et al., 2003).
Al contrario esercizio fisico di intensità minima o comunque di durata molto breve hanno riportati cambiamenti quasi inconsistenti nelle concentrazioni di PTH (Brahm et. al., 1997).
Per quanto riguarda gli effetti anabolici del PTH sull’osso, i meccanismi alla base dell’azione regolatrice di questo ormone sembrano essere racchiusi in 3 step principali, stimolazione della proliferazione dei PRE-osteoblasti, successiva promozione della differenziazione in osteoblasti maturi ed inibizione dell’apoptosi degli stessi (Qin et. al., 2004).
In uno studio (Miki et al., 2004) durato 48 settimane i ricercatori evidenziarono come iniezioni settimanali intermittenti di hPTH fossero in grado di aumentare il volume osseo trabecolare e migliorare la microstruttura dello stesso in soggetti che presentavano osteoporosi primaria.
Al contrario l’azione catabolica viene associata a rilascio continuo di PTH ad esempio in casi di disfunzioni renali o iperparatiroidismo e successiva degradazione ossea ma anche in caso di ipercalcemia, questo dovuto a meccanismi molecolari piuttosto complessi in grado di coinvolgere meccanismi recettori (ODF-RANKL) e successivo stimolo alla osteoclastogenesi e successiva azione (Locklin et al., 2003).
Concentriamoci ora sull’attività fisica. Come accennato in precedenza sono diversi i dati riportati in letteratura che testimoniano correlazioni sulle concentrazioni di PTH e dunque la sua azione e il livello di attività fisica in particolare legato ad intensità e durata della stessa.
Un esempio è lo studio già citato, in cui Maimoun et al, (2006) riportarono come ciclisti sottoposti rispettivamente a 50 minuti di allenamento al 15% al di sopra della soglia aerobica o al 15% al di sotto (VT ventilation treshold), notarono come soltanto nel primo caso vi fosse un netto incremento di PTH alla fine e nel periodo di recupero post-allenamento. Sempre gli stessi ricercatori dimostrarono in uno studio precedente (2005) come esercizio fisico di alta intensità (maximal incremental exercise) fosse in grado di stimolare una risposta anabolica nel tessuto osseo.
Un altro esperimento in cui vennero paragonati un protocollo di allenamento di corsa continua divisa in due fasi: 21 minuti al 75% e 21 minuti all’85% VO2max, e un secondo costituito da corsa a livelli intermittenti ovvero 40 minuti di recupero tra le due fasi.
I risultati mostrarono come entrambi producessero negli individui in esame incrementi del PTH ma come nel protocollo continuo le concentrazioni fossero maggiori e accompagnate da diminuzioni di calcio in forma ionizzata.
Un altro studio (Brahm et al.) confermò il fatto che l’intensità dell’esercizio fisico giochi un ruolo molto importante nel rilascio di PTH, i ricercatori valutarono 20 soggetti sottoposti ad esercizio fisico a livello incrementale di intensità partendo dal 30% VO2max passando al 47%, al 76% per poi eseguire 5-6 minuti fino a cedimento.
Le concentrazioni di PTH si dimostrarono in crescita in proporzione al livello di intensità e nei soggetti che resistettero di più al massimo dell’intensità i livelli di PTH rimasero alti anche nelle 24h successive così come i livelli di calcio serico.
Diversi ricercatori suggerirono come questi livelli elevati di PTH anche nelle 24h successive un’attività fisica intensa possano essere sinonimo di un effetto anabolico di questo ormone a livello osseo in risposta ad esercizio fisico (Salvesen et al., 1994).
Altre Variabili
Come abbiamo detto ci sono altri fattori che possono influire sul rilascio di PTH e il metabolismo del calcio, anche durante l’attività fisica: catecolamine, acidosi, ecc. Ad esempio uno studio condotto su topi dimostrò come l’acidosi dovuta a produzione di acido lattico causasse seppur non in condizioni di ipocalcemia incrementi nel livello di PTH (Bichara et al., 1990).
Possiamo affermare sommando quanto detto finora come le variazioni di PTH in risposta all’esercizio fisico siano dipendenti dall’intensità e la durata dello stesso, alta intensità e lunga durata o media intensità ma in performance endurance o ultra-endurance (>5h).
Uno studio piuttosto recente (Moghdasi and Siavashpour, 2013) mostrò come un programma di 12 settimane di allenamento in sala pesi produsse incrementi nei livelli di PTH, testosterone, estrogeni e GH rispetto al gruppo controllo che non eseguiva attività fisica, suggerendo come l’allenamento volto alla forza-ipertrofia stimolasse in qualche modo una risposta anabolica anche a livello osseo.
Queste considerazioni venivano già riportate da Layne and Nelson (1999) in una review in cui affermarono come fossero già diversi gli studi a testimoniare come l’esercizio in sala pesi ad alta intensità fosse uno dei migliori approcci preventivi per mantenere la salute ossea in particolare negli adulti.
Conclusioni
Concludendo, è chiaro come i pathway ormonali e biochimici nel nostro organismo siano costituiti da reti di interazione tra molecole e fattori e dunque variabili molto differenti tra loro, e come dunque sia difficile spesso fare affermazioni definitive e applicabili ad ogni individuo.
In questo caso, le evidenze che riportano come l’esercizio fisico possa esplicare diversi effetti su meccanismi regolatori legati al metabolismo osseo risultano essere molteplici.
1) Anissa Bouassida 1 , Imed Latiri 1 , Semi Bouassida 2 , Dalenda Zalleg 1 , Monia Zaouali 1 , Youssef Feki 3 , Najoua Gharbi 4 , Abdelkarim Zbidi 1 and Zouhair Tabka -PARATHYROID HORMONE AND PHYSICAL EXERCISE: A BRIEF REVIEW - Journal of Sports Science and Medicine (2006) 5, 367-374.
2) Layne JE1, Nelson ME. -The effects of progressive resistance training on bone density: a review. Med Sci Sports Exerc. 1999 Jan;31(1):25-30.
3) Bradney, M., Pearce, G., Naughton, G., Sullivan, C., Bass, S., Beck, T., Carlson, J. and Seeman, E. (1998) Moderate exercise during growth in prepubertal boys: changes in bone mass, size, volumetric density, and bone strength: a controlled prospective study. Journal of Bone and Mineral Research 13, 1814–1821.
4) Baily, D.A. (1997) The Saskatchewan pediatric bone mineral accrual study: bone mineral acquisition during the growing years. International Journal of Sports Medicine 18, S191-S194.
5) Brahm, H., Piehl-Aulin, K. and Ljunghall, S. (1997a) Bone metabolism during exercise and recovery: the influence of plasma volume and physical fitness. Calcified Tissue International 61, 192-198.
6) Brahm, H., Piehl-Aulin, K., Saltin, B. and Ljunghall, S. (1997b) Net fluxes over working thigh of hormones, growth factors and biomarkers of bone metabolism during short lasting dynamic exercise. Calcified Tissue International 60, 175-180.
7) Marcus R. (1996) Mechanisms of exercise effects on bone. In: Principles of Bone Biology, (1st ed.). Edited by JP Bilezikian, LG Raisz, GA Rodan. San Diego, CA, Academic Press, pp 1135–1146.
8) Maïmoun, L., Lumbroso, S., Manetta, J., Paris, F., Leroux, J.L. and Sultan, C. (2003) Testosterone is significantly reduced in endurance athletes without impact on bone mineral density. Hormone Research 59, 285–292.
9) Maïmoun, L., Simar, D., Malatesta, D., Caillaud, C., Peruchon, E., Couret, I., Rossi, M. and MarianoGoulart, D. (2005) Response of bone metabolism related hormones to a single session of strenuous exercise in active elderly subjects. British Journal of Sports Medicine 39, 497-502.
10) Maïmoun, L., Manetta, J., Couret, I., Dupuy, A.M., Mariano-Goulart, D., Micallef, J.P., Peruchon, E. and Rossi, M. (2006) The intensity level of physical exercise and the bone metabolism response. International Journal of Sports Medicine 27, 105-111.
11) Salvesen, H., Johansson, A.G., Foxdal, P., Wide, L., PihlAulin, K. and Ljunghall, S. (1994) Intact serum parathyroid hormone levels increase during running exercise in well-trained men. Calcified Tissue International 54, 256-261.
12) Qin, L., Raggatt, L.J. and Partridge, N.C. (2004) Parathyroid hormone: a double-edged sword for bone metabolism. Trends in Endocrinology and Metabolism 5(2), 60-65.
13) Miki, T., Nakatsuka, K., Naka, H., Masaki, H., Imanishi. Y., Ito, M., Inaba, M., Morii, H. and Nishizawa, Y. (2004) Effect and safety of intermittent weekly administration of human parathyroid hormone 1-34 in patients with primary osteoporosis evaluated by histomorphometry and microstructural analysis of iliac trabecular bone before and after 1 year of treatment. Journal of Bone and Mineral Metabolism 22, 569-576.
14) Bichara, M., Mercier, O., Borensztein, P. and Paillard, M. (1990) Acute metabolic acidosis enhances circulating parathyroid hormone, which contributes to the renal responses against acidosis in the rat. The Journal of Clinical Investigation 86, 430-443.
15) Bradney, M., Pearce, G., Naughton, G., Sullivan, C., Bass, S., Beck, T., Carlson, J. and Seeman, E. (1998) Moderate exercise during growth in prepubertal boys: changes in bone mass, size, volumetric density, and bone strength: a controlled prospective study. Journal of Bone and Mineral Research 13, 1814–1821.
16) Locklin, R.M., Khosla, S., Turner, R.T. and Riggs, B.L. (2003) Mediators of the biphasic responses of bone to intermittent and continuously administered parathyroid hormone. Journal of Cellular Biochemistry 89, 180-190.
