Lo stress ossidativo e i benefici dei campi magnetici ELF-EMF
cioè a bassa frequenza e bassa intensità.
TRATTO DAL 3° CONVEGNO NAZIONALE SIBE, SOCIETÀ ITALIANA BIOFISICA ELETTRODINAMICA, 2010
dr. Edoardo Rossi
Divisione di Ematologia
AOU San Martino, Genova
Il concetto di “risposta allo stress” risale agli inizi del secolo scorso.
Il medico viennese Hans Sely introdusse questa definizione e dimostrò il ruolo fondamentale dell’asse surreno-ipotalamo-ipofisario sull’organismo animale nel processo di adattamento a seguito di insulti biologici, chimici e fisici.
Tale tipo di risposta è macroscopica e comporta violente reazioni da parte dell’intero organismo.
Nel microcosmo cellulare esiste una risposta allo stress, e in particolare allo stress ossidativo:
- shock termico,
- ipossia,
- metalli pesanti,
- specie reattive di ossigeno (ROS)
che comporta una reazione a stimolazioni o insulti tossici che ne alterino l’omeostasi.
Walter Cannon coniò il termine omeostasi, anch’esso all’inizio del secolo scorso.
Con questo termine intendiamo il processo corporeo necessario per mantenere la stabilità richiesta affinché la vita e la salute possano continuare.
La risposta allo stress cellulare è, pertanto, un meccanismo protettivo che consente alle cellule animali, vegetali e batteriche di sopravvivere agli agenti stressanti ambientali come lo shock termico, l’ipossia, i metalli pesanti e i radicali liberi.
Effetto degli ELF-EMF sullo stress ossidativo
Gli ELF-EMF sono campi elettromagnetici pulsati a bassissima frequenza ed intensità.
Gli ELF-EMF inducono anch’essi uno stress cellulare e questo provoca una reazione di risposta che si può esprimere con
- la sintesi di proteine, generalmente enzimi, che promuovono una protezione cellulare
- o con la produzione di particolari sostanze proteiche, che sono elementi della famiglia delle Heat Shock Proteins (HSPs).
Nel 2003 proponemmo al Comitato Etico del nostro Ospedale un protocollo clinico in cui veniva utilizzata un’apparecchiatura elettromedicale denominata SEQEX, per la produzione di ELF-EMFs pulsati.
Questo studio si basava sull’osservazione, riportata in una sperimentazione clinica condotta presso l’Università di Perugia, di un abbattimento dello stress ossidativo in soggetti sani sottoposti a sedute terapeutiche con tale apparecchiatura.
Vi sono una serie di pubblicazioni, frutto di studi su colture cellulari, che dimostrano il meccanismo prodotto dagli ELF-EMF sull’equilibrio ossido-riduttivo cellulare.
In uno studio recente abbiamo valutato l’effetto prodotto dagli ELF-EMF su colture di cellule muscolari (C2C12).
In particolare abbiamo valutato i marcatori dello stress ossidativo e la concentrazione degli ioni calcio intracellulari e si è rilevata una correlazione fra i due effetti biologici.
Risultati
Abbiamo riassunto i risultati della sperimentazione in tre punti fondamentali:
- gli ELF EMF inducono un aumento dei ROS, correlato ad una modificazione del potenziale di membrana mitocondriale;
- a questo segue un processo di detossificazione cellulare con l’incremento degli enzimi ad attività anti-ossidante, come la catalasi e la glutation perossidasi;
- le radiazioni producono anche un incremento della concentrazione di ioni calcio all’interno dei mioblasti e dei miociti, con aumento dell’attività spontanea dei miotubuli e incremento della reattività cellulare ad agenti depolarizzanti.
La conclusione degli Autori è quella di un potenziale effetto degli ELF-EMF sull’attività antiossidante cellulare con conseguente
- difesa dallo stress ossidativo,
- incremento degli ioni calcio all’interno della cellula
- una serie di attività metaboliche cellulari protettive correlabili a tale ultimo processo.
Polaniac e coll. hanno esaminato l’effetto della combinazione di vitamina E (tococalciferolo) e degli ELF EMF su colture di cellule di carcinoma squamoso murino.
Hanno osservato un’incrementata produzione di enzimi ad attività anti-ossidante, tra cui alcuni isoenzimi della superossido dismutasi e la glutation perossidasi.
Il potenziamento dell’attività anti-ossidante prodotto dall’associazione sulle colture cellulari potrebbe indurre un danno sulle cellule neoplastiche (potenziale effetto anti-neoplastico).
Una seconda famiglia di proteine protettive viene indotta dall’esposizione cellulare a ELF-EMF, si tratta delle Heat Shock Proteins (HSPs).
Tali proteine
- inducono una risposta allo stress,
- sono coinvolte nei processi di invecchiamento cellulare,
- intervengono nello sviluppo e nella riproduzione cellulare,
- regolano l’attività del sistema immunitario e
- favoriscono, in definitiva, l’omeostasi, la longevità e la vitalità cellulare.
Una sperimentazione, condotta su uova di drosofila fecondate, ha dimostrato come il precondizionamento con ELF-EMF sia in grado di produrre un incremento del 114% nella produzione di hsp70 e un aumento della sopravvivenza dell’82% delle uova, dopo la loro esposizione a temperature letali.
In un secondo studio, topi da laboratorio venivano sottoposti a ischemia cardiaca conseguente a legatura coronarica. In questi animali si evidenziava un effetto protettivo se venivano preventivamente esposti ad ELF-EMF.
Gli Autori rilevano come la preservazione della funzione miocardica e l’aumento della tolleranza all’insulto ischemico prodotti dagli ELF-EMF, siano correlati all’induzione della produzione di hsp70.
In uno studio condotto su colture cellulari di fibroblasti e di linfociti T si osserva l’effetto ormetico degli ELF EMF sulle cellule, intendendo come ormesi l’aumento dei processi di difesa cellulare a seguito di ingiurie maggiori se preventivamente sottoposte a stress ripetitivi di modesta entità.
Gli Autori dimostrano come gli ELF-EMF siano in grado di modificare i processi di invecchiamento cellulare.
Nelle colture di fibroblasti l’esposizione agli ELF EMF induce un miglioramento dei processi replicativi cellulari ed una morfologia “giovanile” cellulare.
Nelle colture di T linfociti gli ELF EMF producono un aumento della sopravvivenza cellulare che si traduce, in vivo, in un miglioramento delle difese immunitarie.
Alla base di tali processi vi è un aumento della produzione di hsp70 da parte delle cellule esposte al trattamento radiante.
Gli autori dimostrano come gli ELF EMF siano in grado di produrre la liberazione dell’Hot Shock Transcription Factor 1 (HSF1) dall’Hsf90.
Tale legame ha un effetto inibitore sull’attività dell’HSF1.
L’esposizione a tali campi consente un incremento della fosforilazione di HSF1, la sua entrata nel nucleo, un aumento del legame con il DNA e, come evento terminale, l’aumentata produzione di hsp70.
In questo studio si parla di ormesi indotta dagli ELF EMF sulle cellule in coltura.
Il termine ormesi deriva dal greco “hormaein” che significa “eccitare” ed è un termine utilizzato per spiegare gli effetti biologici favorevoli, generalmente di lunga durata, conseguenti ad eventi “stressanti”.
In altre parole, un agente che induce “ormesi” quando somministrato a basse dosi, ha un effetto tossico ad alte dosi; per questo motivo l’intensità dei campi magnetici utilizzati è estremamente bassa, nell’ordine di poche decine di microtesla.
Un effetto ormetico degli ELF EMF è alla base dell’azione protettiva osservata da Trebbi et al. sulla pianta del tabacco rispetto all’aggressione del virus del mosaicismo del tabacco.
La protezione è conseguente all’aumentata produzione da parte della pianta di due enzimi: la ornitin decarbossilasi (OCD) e la fenilalanina ammonio-liasi (PAL).
Tali enzimi sono coinvolti nei meccanismi di difesa della pianta e vengono prodotti a seguito di insulti biotici e abiotici.
In tal caso l’effetto protettivo degli ELF EMF è conseguente ad una stimolazione di “reazione” della pianta.
Morelli et al. hanno studiato gli effetti degli ELF EMF sulla produzione enzimatica di membrane cellulari e ne hanno osservato un effetto modulante sulla produzione di alcuni enzimi, con riduzione dello stress ossidativo.
In particolare hanno rilevato una riduzione dell’attività della fosfogliceratochinasi del 61% circa, della fosfatasi alcalina del 54% circa e dell’acetilcolinesterasi del 60% circa.
L’effetto su questo ultimo enzima potrebbe, secondo gli Autori, avere una prospettiva terapeutica sul morbo di Alzheimer, in quanto è stata dimostrata l’efficacia terapeutica di farmaci, con attività inibente sull’enzima, nel trattamento della malattia.
Conclusioni sullo stress ossidativo
In conclusione gli ELF EMF producono una serie di effetti biologici sulle cellule che possono essere così riassunti:
- inducono una “risposta allo stress ossidativo” e un fenomeno di ormesi (protezione cellulare),
- inducono un aumento dell’attività degli enzimi anti-ossidanti (attività anti-ossidante),
- esaltano la produzione di HSPs in particolare di Hsp70 con ringiovanimento, longevità e vitalità cellulare e miglioramento dell’attività immune,
- modificano l’attività di alcuni enzimi di membrana (potenziali effetti terapeutici),
- esaltano il passaggio di Ca 2+ attraverso le membrane cellulari con eccitamento dei miociti.
