La terapia PEMF potenzia la sintesi mitocondriale di ATP senza influenzare la respirazione disaccoppiata

La terapia a campo elettromagnetico pulsato (PEMF) è un trattamento non invasivo sempre più utilizzato per la guarigione ossea, la cicatrizzazione delle ferite, l'osteoartrosi e la gestione del dolore, tuttavia il suo principale bersaglio cellulare è rimasto poco compreso. Questo studio del Ludwig Boltzmann Institute for Traumatology di Vienna si è proposto di indagare sistematicamente se e come il PEMF interagisca con i mitocondri — organelli centrali nel metabolismo energetico cellulare e implicati nell'invecchiamento, nell'infiammazione e nella malattia. I ricercatori hanno utilizzato uno specifico dispositivo Hofmeir Magnetics che eroga un impulso a onda sinusoidale da 1 ms e 30 kHz con bassa energia in ingresso, riconoscendo fin dall'inizio che gli effetti potrebbero non essere generalizzabili ad altri dispositivi PEMF con frequenze o forme d'onda diverse.

Gli esperimenti sono stati condotti su tre sistemi biologici: colture intatte di cellule muscolari umane LHCN-M2, omogenati di tessuto muscolare ed epatico, e mitocondri epatici isolati. Nelle cellule intatte valutate 30 e 90 minuti dopo l'esposizione al PEMF, il potenziale di membrana mitocondriale (MMP) risultava significativamente ridotto a 90 minuti (p<0,05), mentre le specie reattive dell'ossigeno (ROS) non mostravano variazioni significative. I livelli intracellulari di ossido nitrico (NO) erano significativamente ridotti a 90 minuti (p<0,05). Poiché il NO è un noto inibitore della citocromo c ossidasi (Complesso IV), il gruppo di ricerca ha ipotizzato che il PEMF possa spostare il NO dal Complesso IV, ripristinando così la respirazione e riducendo secondariamente il MMP attraverso un'aumentata attività della catena di trasporto degli elettroni.

Per verificare questa ipotesi di spostamento del NO, i ricercatori hanno esposto omogenati muscolari ed epatici al donatore di NO DEA-NONOate per inibire la respirazione mitocondriale, quindi hanno applicato il PEMF. Controlli preliminari hanno confermato che il PEMF non aveva alcun effetto sulla cinetica di rilascio del NO dal DEA-NONOate a diverse temperature e concentrazioni. In entrambi gli omogenati muscolari ed epatici, il PEMF non è riuscito a invertire l'inibizione mediata dal NO della respirazione in stato 3 (p<0,01 e p<0,0001 per gli effetti dell'inibizione da NO, ma nessun effetto di recupero del PEMF). Lo stesso risultato nullo è stato replicato in sospensioni di mitocondri isolati a concentrazioni circa 3 volte superiori rispetto al tessuto intatto, rendendo meno plausibile una spiegazione basata sulla sensibilità di rilevamento.

Al contrario, l'esposizione alla luce blu ha ripristinato in modo significativo la respirazione mitocondriale inibita dal NO nello stesso modello di mitocondri isolati, fungendo da controllo positivo e confermando che il sistema sperimentale era in grado di rilevare effetti di recupero. Nei mitocondri di controllo (non inibiti dal NO), il PEMF ha prodotto un aumento lieve ma significativo della respirazione in stato 2 (basale) e un aumento marcato e significativo della respirazione in stato 3 (stimolata dall'ADP, correlata alla sintesi di ATP). In modo determinante, il rapporto di controllo respiratorio (stato 3/stato 2) — un indice chiave dell'efficienza di accoppiamento mitocondriale — era significativamente più elevato nei mitocondri trattati con PEMF. Tuttavia, la respirazione disaccoppiata misurata con il protonoforo FCCP non mostrava differenze di rilievo tra i gruppi trattati con PEMF e i gruppi di controllo, indicando che il PEMF potenzia selettivamente la respirazione legata alla sintesi di ATP piuttosto che la capacità complessiva della catena di trasporto degli elettroni.

L'analisi della varianza a due vie (two-way ANOVA) su tutte le condizioni con substrati contenenti glutammato in cellule permeabilizzate ha confermato un effetto significativo del trattamento PEMF sulla respirazione (p=0,026), con la composizione del substrato che spiegava il 93,12% della variazione totale. Gli autori propongono che il meccanismo primario del PEMF possa coinvolgere i sistemi di trasporto mitocondriale, come il Canale Anionico Voltaggio-Dipendente (VDAC) nella membrana mitocondriale esterna, oppure la modulazione diretta dell'attività dei complessi della catena di trasporto degli elettroni, possibilmente attraverso l'interazione elettromagnetica con la capacitanza di membrana. Lo studio non ha rilevato alcun effetto deleterio del PEMF sulla funzione mitocondriale in alcun punto temporale analizzato.