Ossa e muscoli hanno una relazione intima e mostrano la sincronizzazione della massa tissutale per tutta la vita, dallo sviluppo alla vecchiaia. L’esercizio fisico mantiene o aumenta sia la massa ossea che quella muscolare, mentre il disuso comporta una riduzione della massa/funzione di entrambi i tessuti. L’esercizio ha meno effetto anabolico sull’osso con l’invecchiamento. Muscoli e ossa hanno chiaramente un’interazione meccanica, con il muscolo che carica l’osso per la locomozione, ma recentemente è stato dimostrato che questi tessuti comunicano attraverso fattori secreti. I fattori sono stati identificati come secreti dagli osteoblasti, come l’osteocalcina, e secrete dagli osteociti, come le prostaglandine e il WNT-1, che hanno effetti sui muscoli. Fattori muscolari, quali il fattore di crescita insulino-simile (IGF-1), il fattore di crescita dei fibroblasti-2 (FGF-2), l’interleuchina-15 (IL-15) e l’irisina possono stimolare la crescita ossea. Al contrario, l’atrofia muscolare indotta da disuso produce miostatina che ha effetti anti-osteogenici, cioè diminuisce l’osteoblastogenesi e aumenta il riassorbimento osseo. Questi risultati supportano il concetto di comunicazione fra muscolo ed osso.
Gli osteociti derivano da una sotto-popolazione di osteoblasti mediante l’incorporamento nell’osso appena formato, e la formazione di una rete cellulare meccano-sensoriale globale all’interno della matrice ossea. Queste cellule sono state riconosciute come cellule multifunzionali, in grado di regolare gli osteoclasti (le cellule che riassorbono le ossa) attraverso l’espressione di RANKL, e gli osteoblasti (le cellule che formano ossa) attraverso la produzione di sclerostina e di WNT1. Gli osteociti come cellule endocrine hanno dimostrato di regolare il rene attraverso il FGF-23 legando il recettore FGF/complesso Klotho, per regolare l’escrezione di fosfato dal rene. A differenza degli osteoblasti e degli osteoclasti, che sono vitali da giorni a poche settimane, gli osteociti sono vitali per decenni nella matrice ossea. La morte degli osteociti può segnalare riassorbimento e rimodellamento dell’osso; pertanto, il mantenimento della redditività degli osteociti richiede uno stretto controllo. È stato dimostrato che una serie di fattori causa la morte degli osteociti come citochine, glucocorticoidi, ROS e altri, e un certo numero di fattori protettivi ha impedito la morte delle cellule degli osteociti come gli estrogeni, l’ormone paratiroideo, l’antiossidante N-acetil-cisteina (NAC) e altri.
Tuttavia, questi fattori protettivi non sono regolati dall’esercizio fisico, per cui è stato postulato che il muscolo secerne i fattori protettivi degli osteociti in risposta alla contrazione. È stato precedentemente dimostrato che il muscolo è una fonte di fattori protettivi degli osteociti e nel 2014, è stata descritta una piccola molecola prodotta dal muscolo scheletrico durante l’esercizio (Roberts et al., 2014). Questa è l’acido beta-aminoisobutirrico (BAIBA), derivato dal metabolismo dell’aminoacido valina e che segnala l’effetto benefico dell’esercizio dal muscolo scheletrico ad altri tessuti e organi. BAIBA aumenta il dispendio energetico attivando la via di β-ossidazione degli acidi grassi epatici, innesca l’imbrunimento del tessuto adiposo bianco, è inversamente correlato con i fattori di rischio cardiometabolico e migliora l’insulino-resistenza e l’infiammazione nei muscoli scheletrici (Jung et al. 2015). Più recentemente, la molecola ha dimostrato di ridurre lo stress cellulare epatico e il metabolismo glucidico / lipidico nel diabete di tipo 2 (Shi et al., 2016) e di migliorare la fibrosi renale, in un modello di laboratorio (Wang et al., 2017). Si pensava che gli effetti del muscolo sull’osso fossero mediati esclusivamente dal carico meccanico, ma il team del Dr. Kitase del Dipartimento di Anatomia e Biologia Cellulare dell’Università dell’Indiana ha dimostrato che, inoltre, il BAIBA derivato dal muscolo può avere effetti sull’osso.
Altri hanno dimostrato che il muscolo può secernere fattori che hanno effetti su altri tessuti. Originariamente questi fattori venivano definiti miogenici, ed è stato provato che l’esercizio fisico stimola il muscolo scheletrico a secernere fattori solubili che sostengono il metabolismo osseo, come IGF-1, FGF-2 e irisina, che possono aumentare la massa ossea. “Quindi il muscolo secerne proteine che proteggerebbero gli osteociti dalla morte cellulare, ma abbiamo scoperto che la responsabile era una molecola di basso peso molecolare, un metabolita” spiega il professor Bonewald, caporicerca del team. Continuando, approfondisce: “Sia i muscoli a contrazione lenta che quelli a contrazione rapida, secernono BAIBA quando contratti. Tutti gli amminoacidi tranne la glicina hanno due enantiomeri. Solitamente gli amminoacidi presenti in natura nelle cellule sono la forma L, non la forma D. Tuttavia, il D-BAIBA deriva dalla timina ed è escluso dalle urine. Abbiamo determinato la maggiore potenza della forma L rispetto alla forma D sulla vitalità degli osteociti. Indipendentemente dal tipo di muscolo scheletrico, dal sesso e dall’età, è L-BAIBA ma non D-BAIBA a essere prodotto da muscoli al lavoro”.
La morte programmata degli osteociti è necessaria per riparare l’osso danneggiato. Questo tipo di morte delle cellule degli osteociti agisce come un faro per dirigere gli osteoclasti sull’osso micro-danneggiato per la rimozione poiché gli osteociti si sacrificano per riparare l’osso. Questo processo è altamente programmato per rilasciare fattori, come RANKL, per dirigere gli osteoclasti in siti danneggiati per la riparazione. Pertanto, è importante mantenere la salute e la funzione dell’osteocita per mantenere l’omeostasi ossea. Tuttavia, invecchiando, queste cellule iniziano a morire e i loro resti vengono rimossi e persi attraverso il sistema lacuno-canalicolare, lasciando vuote lacune, che una volta vuote diventano mineralizzate. La ritenzione o la conservazione di entrambi gli stimoli meccanici e le miochine secrete come BAIBA, possono agire insieme per preservare la massa ossea. Il Dr. Kitase conclude: “È noto che il disuso muscolare porta a cambiamenti nell’espressione di fibre da isoforme di tipo 1 lento a più veloci di tipo 2, in muscoli a contrazione lenta come il soleo. BAIBA induce l’espressione del recettore PPAR-delta nel muscolo scheletrico, un noto regolatore della fibra muscolare lenta di tipo 1. Ciò suggerisce che L-BAIBA può attenuare la conversione di tipo di fibra indotta da disuso nel muscolo, tramite l’espressione di questo recettore”.
- a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, Medico specialista in Biochimica Clinica.
Letteratura specifica
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Ginter E, Simko V. Bratisl Lek Listy. 2014; 115(8):492-93.
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