Supplementazione con nitrati alimentari e miglioramento della performance

Premessa

Negli ultimi anni è emerso un crescente interesse scientifico e medico verso gli effetti cardiovascolari e non dei nitrati alimentari. I nitrati sono composti costituiti da un atomo di azoto e tre di ossigeno (NO₃). La maggiore fonte dei nitrati alimentari non proviene come si pensa dagli insaccati ma dai vegetali, quelli maggiormente ricchi, avendo un contenuto per kg di prodotto vegetale superiore a 20 mmol (1 mmol nitrati = 62 mg).

I nitrati alimentari sono: barbabietola rossa, succo di barbabietola, sedano, rucola, lattuga e spinaci (1). Il nostro corpo è inoltre in grado di produrli dall’ossidazione di ossido nitrico.

Per quanto concerne l’aspetto riguardante l’impatto dei nitrati come tali o convertiti in nitriti sulla salute (produzione di nitrosamine e metaemoglobina), l’EFSA (Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare) ha concluso nel 2008 che “gli effetti benefici di mangiare verdura e frutta superano il rischio potenziale per la salute umana dall’esposizione a nitrato attraverso le verdure grazie anche alla concomitante presenza della vitamina C che svolge un ruolo protettivo nei confronti dei danni indotti da nitrosammine” (2). Ultimamente la stessa autorità sembra confermare la sicurezza delle quantità di nitrati contenute anche negli altri alimenti come riportato in due recenti pareri che lo stesso ente ha pubblicato nel 2017 (3).

I Nitrati una volta introdotti con l’alimentazione vengono ridotti a nitriti (NO2) dalla nitrato riduttasi batterica che si trova sulla superficie della lingua.

NO_3- + e^– + 2 H > NO_2- + H₂O

I nitrititi formatisi, deglutiti con la saliva, una volta giunti nello stomaco interagiscono con l’acido cloridrico producendo Ossido Nitrico (NO), secondo la cosiddetta via nos indipendente, entrando nel circolo sistemico(4).

NO_2- H⁺ < > HNO₂
2HNOS > N₂O₃ + H₂O
N₂O₃ > NO + NO₂

I benefici dell’ossido nitrico nello sport

Nell’ambito sportivo la supplementazione di nitrati avrebbe secondo la letteratura un risvolto positivo, grazie alla loro conversione in ossido nitrico, sulla riduzione del costo dell’ossigeno.

L’ossido nitrico (NO), è una componente radicalica gassosa che oltre ad essere prodotta dalla riduzione di nitriti, viene prodotta anche a livello endogeno da diversi tipi di cellule (endoteliali, nervose, muscolari), a partire dall’amminoacido arginina.

L’ossido nitrico funge da neurotrasmettitore e secondo messaggero nelle cellule endoteliali stimolando la produzione di cGMP, provocando rilascio della muscolatura liscia, da cui un aumento della vasodilatazione con conseguenti benefici sia a livello muscolare che sulla salute cardiovascolare (5).

Gli studi per la valutazione dell’efficacia dei nitrati in ambito sportivo utilizzano come fonte il succo di barbabietola, grazie alla forte concentrazione di tali composti nello stesso; dalla revisione della letteratura emerge la capacità di questi composti di aumentare l’ossido nitrico presente nell’organismo.

L’ossido nitrico apporterebbe benefici nell’attività fisica grazie alla sua capacità di:

• migliorare l’efficienza della respirazione mitocondriale tramite sia la possibile funzione di accettore alternativo di elettroni sostituendo O2, che riducendo lo scivolamento delle pompe protoniche tramite l’inibizione dell’attività della citocromo ossidasi, con conseguente diminuzione del consumo di ossigeno maggiore della riduzione della sintesi di ATP, da cui aumento dell’efficienza della fosforilazione ossidativa (6)(7);
• regolare il flusso sanguigno migliorando l’ossigenazione muscolare grazie alla vasodilatazione indotta (8);
• migliorare la contrazione muscolare attraverso una riduzione dell’eccessivo rilascio di Ca2+ indotto dall’ossidazione da parte di specie reattive dell’ossigeno (7);
• stimolare la proliferazione delle cellule satelliti (8);
• attivare la biogenesi mitocondriale attivando il coattivatore di trascrizione PCG1alfa(9).

Studi sugli effetti dei nitrati nell’attività fisica

Nello specifico dell’ambito sportivo, uno studio condotto da Larsen et al. (10) ha scoperto che integrare nitrato in certe quantità (0.6 mmol*kg peso per 6 giorni), alimentandosi regolarmente con verdure,  ha provocato una riduzione del VO_2max (volume massimo di ossigeno) durante l’esercizio submassimale e un miglioramento dell’efficienza di circa l’ 1,4%.

Questo effetto è stato riportato anche da Bailey et al (7) che ha osservato una riduzione dell’uso di ossigeno del 19% con carichi di lavoro moderati associati a un miglioramento del 16% nell’esercizio ciclistico fino all’esaurimento. In pratica, l’ingestione di 500 ml di succo di barbabietola (11.2 +- 0.6 mmol nitrato) al giorno per 6 giorni sembra aiutare le prestazioni con una riduzione della componente lenta della cinetica di VO2 riconducibile ad un minor costo della contrazione muscolare (minor consumo di ATP per eseguire lo stesso lavoro che causerebbe una minore deplezione di creatinfosfato), da cui un aumento del tempo di esaurimento migliorando la performance, con effetti acuti, poiché evidenti dopo 5 giorni di integrazione, che permangono per almeno 2 settimane.

Lansley et al. (11) hanno registrato un miglioramento cronometrico in test ciclistici del 2,7% sui 4 km e sui 16 km (Fig 1, A) dopo l’assunzione, da parte di atleti ben allenati, di una dose acuta di barbabietola (6,2 mmol nitrato) 2 ore e mezza prima dell’esercizio; sono stati rilevati inoltre una maggior potenza sviluppata a 4 km e a 16 km rispetto ad un gruppo integrato con placebo (Fig 1, B) ed un miglior rapporto potenza / VO₂ ratio (Fig. 1 C).

Altro test su ciclisti di Bescos et al. riporta come l’integrazione di 10 mg per kg di peso corporeo di nitrati, 3 ore prima, porta ad una diminuzione significativa del consumo di ossigeno nel corso di esercizio al cicloergometro e del VO_2max in ciclisti d’élite come riportato in figura 2 (12).

Studi più recenti hanno mostrato effetti positivi anche su sprint massimali e prestazioni di corsa intermittente ad alta intensità in giocatori di sport di squadra. Uno in particolare (13) riporta come l’integrazione di 70ml di succo di barbabietola concentrato contenente 6.4 mmol di NO_3- per 5 giorni, in funzione di una serie di sprint da 20 mt, porta ad un miglioramento dei tempi intermedi dall’1.2 al 2.3 % ed una distanza percorsa migliorata del 3.9%.

Un altro recente studio riporta anche un minor declino della forza e una maggior saturazione dell’O₂ muscolare in atleti di jiu-jitsu (14) dopo integrazione con gel a base di barbabietola.

Gli studi utilizzano diversi quantitativi di nitrati che vanno da 4 fino a 20 mmol, Wylie LJ et al (15) hanno analizzato l’effetto di differenti quantità di integratore sullo stesso esercizio mettendo a confronto l’integrazione di 4,2, 8.4 e 16.8 mmol di nitrati; dallo studio emerge che 8.4 è un livello oltre al quale non c’è ulteriore miglioramento.

Conclusioni

La letteratura riporta un numero sempre maggiore di studi riguardanti i benefici da supplementazione di nitrati sia su attività moderate che intense. I dati sono molto promettenti tanto che l’Australian Institute of Sport ha creato un sistema per classificare gli integratori in base ai loro effetti sulla prestazione basati su dati scientifici inserendo il succo di barbabietola nella classe A, ovvero molecole con un alto livello di prove atte a confermare un miglioramento dell’esercizio fisico quando assunti in apporti adeguati in compagnia di solo altri 4 integratori.

Purtroppo gli studi in ambito sportivo hanno un numero di partecipanti limitato a pochi soggetti e l’integrazione è stata studiata solo in acuto o per periodi che vanno dai 4 ai 6 giorni, occorrono quindi ulteriori ricerche per consentire raccomandazioni più specifiche relativamente a tempo e dosaggio.

Bibliografia

(1) Byran NS and Hord NG (2010). Dietary Nitrates and nitrates in: Bryan N, Food Nutrition and the Nitric Oxide pathway. Destech Pub Inc: Lancaster, PA, p 59-77.

(2) Erkekoglu P et al, Evaluation of the protective effect of ascorbic acid on nitrite- and nitrosamine-induced cytotoxicity and genotoxicity in human hepatoma line,Toxicol Mech Methods. 2010 Feb;20(2):45-52.

(3) https://www.efsa.europa.eu/it/press/news/170615-0.

(4) Nathan S. Bryan, Joseph Loscalzo Humana Press, nitrite and nitrate in human and disease healt 2017; p 3-8,17-22.

(5) Mcdonagh STJ et al.  Potential benefits of dietary nitrate ingestion in healthy and clinical populations: A brief review 2018: 1-15.

(6) Clerc P et al, Nitric oxide increases oxidative phosphorylation efficiency. J Bioenerg Biomembr. 2007 Apr;39(2):158-66. Epub 2007

(7) Bailey SJ et al, Dietary nitrate supplementation reduces the O2 cost of low-intensity exercise and enhances tolerance to high-intensity exercise in humans. Appl Physiol (1985). 2009 ;107(4):1144-55.

(8) Anderson J.E. A role for nitric oxide in muscle repair: nitric oxide mediate activation of muscle satellite cells. MOl. Biol. Cell 2000; 11 (5): 1859-74.

(9) Kelly, D.P. Scarpulla, transcriptional regulatory circuits controlling mitochondrial biogenesis and function. Gene Dev. 2004. 18 (4) p. 357-68.

(10) Larsen F, Weitzberg E, Lunberg JO et al. Effect of dietary nitrate oxygen cost during exercise. Acta Physiol 2007; 191: 55-66.

(11) Lansley KE et al. Acute dietary nitrate supplementation improves cycling time trial performance. Med Sci Sports Exerc. 2011;43(6):1125-31.

(12) Bescós R et al., Acute dietary nitrate supplementation improves cycling time trial performance. Med Sci Sports Exerc. 2011 Jun;43(6):1125-31.

(13) Thompson C, Vanhatalo A, Jell H, Bailey SJ et al, Dietary supplementation improves sprint and high intensity intermittent running performance 2016 Dec 30; 61:55-61.

(14) Oliveira GV et al, Beetroot-based gel improves handgrip strength, forearm muscle O2 saturation but not exercise tolerance and blood volume in jiu-jitsu athletes, Appl Physiol Nutr Metab. 2018 Mar 22.

(15) Wylie et al, Beetroot juice and exercise: pharmacodynamics and dose response relationship, 2013 Aug 1; 115(3) 325-36.