Fisiología Molecular del Ejercicio

En palabras de Henning Wackerhage
(2014), a través de la historia de la ciencia, las disciplinas científicas se
han diversificado en sub-disciplinas científicas. Dentro de la fisiología del
ejercicio una sub-disciplina emergente es la fisiología molecular del
ejercicio. El término es una versión más corta de “fisiología celular y
molecular del ejercicio”, que fue utilizado en primer lugar por Frank W. Booth para
describir la investigación en esta área (Booth, 1988).

La definición propuesta en la
reciente publicación de Wackerhage (2014) es:

“La fisiología molecular del
ejercicio es el estudio de la fisiología del ejercicio utilizando métodos de
biología molecular”.

promo

Los fisiólogos moleculares del ejercicio
estudian, en especial, los mecanismos de transducción de señales que causan
adaptación al ejercicio y, la genética
en el deporte y los rasgos relacionados al ejercicio (Spurway and Wackerhage,
2006).

Dr. Hermann Zbinden Foncea, Laboratorio de
ciencias del ejercicio, Centro de Investigación en Salud, Universidad Finis
Terrae, Santiago de Chile.

La fisiología molecular del
ejercicio evolucionó históricamente desde la tendencia de la fisiología del
ejercicio, como en otras ciencias de la vida en el siglo veinte, de las
fronteras de la investigación desde el nivel de todo el cuerpo vía sistemas de
órganos hacia células y moléculas. Esto no significa que los estudios moleculares reemplacen a la
investigación precedente. La investigación molecular complementa la realizada
previamente.

La bioquímica del ejercicio
preparó el campo para la fisiología molecular del ejercicio. Los bioquímicos
del ejercicio comenzaron a utilizar los métodos invasivos como sus principales
métodos de estudio. Esto condujo a una necesidad de aprendizaje en la
utilización de “métodos húmedos” de laboratorio y nuevos equipamientos. Esto
incluye químicos, pipetas, medidores de pH, centrífugas, espectrofotómetros y
microscopios. Los fisiólogos del ejercicio centrados en el músculo, debieron
familiarizarse con la técnica de biopsia muscular que fue introducida en el
campo por Jonas Bergstrom.

Los bioquímicos del ejercicio han
utilizado especialmente espectrofotometría y fluorometría en el análisis de
metabolitos, enzimas e histoquímica para cuantificar o visualizar la actividad
de metabolitos y enzimas. La investigación ha demostrado que las propiedades de
la fibra muscular, mitocondria, enzimas, metabolitos y proteínas se adaptan al
ejercicio, y que los atletas de elite difieren en su proporción de tipos de
fibra. Este conocimiento complementó la evidencia de la función de los sistemas
respiratorio y cardiovascular. A pesar de estos avances, los métodos
bioquímicos no permitieron responder cuestiones fundamentales como los
mecanismos que causan las adaptaciones al ejercicio o, cómo las variaciones en
la secuencia del ADN de un individuo se conectan con su capacidad de ejercicio.

Las claves de la era de la
biología molecular fueron los métodos que permitieron a los biólogos aislar,
visualizar, cuantificar y manipular las moléculas que componen los organismos.
Hasta los 80’s las respuestas eran en su mejor intento semi-científicas y
conceptos vagos que involucraban sobrecarga o una mala interpretación de la
“supercompensación” o “sobrecompensación” de glucógeno. Desde los 80’s comenzó
a ser progresivamente claro que la adaptación al ejercicio envuelve cambios en
la expresión genética y las vías de transducción de señales conectan las
señales asociadas con la respuesta adaptativa al ejercicio. En ese contexto la
fosforilación proteica, un descubrimiento por el cual Edmond H. Fischer y Edwin
G. Krebs ganaron el Premio Novel en Química en 1992, resultó ser el mecanismo
clave. Los fisiólogos del ejercicio necesitaban aprender métodos como el
Western Blot para detectar proteínas; la subsiguiente introducción de ciertos
anticuerpos específicos permitió la medición de la forforilación de proteínas
de señalización sin la utilización de trazadores radiactivos.

Desde entonces muchos
descubrimientos han sido realizados hasta hoy. A continuación se mencionan
algunos de los citados por Wackerhage
(2014), en relación al ejercicio:

Con respecto a la respuesta de
crecimiento del músculo al ejercicio, Keith Baar y Karyn A. Esser analizaron la
traducción o actividad de síntesis proteica en el músculo luego de la
estimulación eléctrica de alta intensidad y midieron la fosforilación de p70S6K
(Baar and Esser, 1999). Encontraron evidencia indirecta de la participación de
p70S6K, que es un miembro de la vía de regulación de crecimiento mTOR, en la
regulación del crecimiento muscular. En relación a la adaptación del ejercicio
de endurance, el descubrimiento de AMP kinasa por D. Grahame Hardie, fue un
descubrimiento clave. Hardie colaboró con William W. Winder para demostrar por
primera vez la activación de AMP kinasa en respuesta al ejercicio de endurance.
Hardie y otros luego elucidaron las muchas adaptaciones agudas y crónicas que
son disparadas por la activación de AMP kinasa y así identificaron AMP kinasa
como el principal regulador de la respuesta adaptativa a la modificación del recambiode
energía. Posteriormente, un equipo liderado por Bruce Spiegelman, identificó el
co-factor de transcripción PGC-1, que fue luego conectado con AMP kinasa, como
un regulador clave de la biogénesis mitocondrial (Puigserver et. al., 1998; Lin
et. al., 2002).

Agradecimientos:

Al Dr. Hermann Zbinden Foncea, por las imágenes del Laboratorio de
ciencias del ejercicio, Centro de Investigación en Salud, Universidad Finis
Terrae, Santiago de Chile.

Capacitaciones de Nuestra Institución

Talleres

Curso de Preparación Física Integral en
Running y TrailRunning

Cursos

Curso de Preparación Física Integral en
Natación

Curso de Preparación Física Integral en
Ciclismo

Ponencias

Webinar
de Lineamientos para la Utilización de Bebidas Deportivas en los Deportes de
Resistencia

Webminar
de Descripción y Análisis de la Técnica de Crol

Webinar
de Entrenamiento de la Fuerza en Natación: Contenidos, Variables, Métodos,
Medios, Programación, Control y Evaluación

Referencias

·D.
G. Hardie, D. Carling. The AMP-activated
protein kinase – Fuel gauge of the mammalian cell? Eur. J. Biochem. 246,
259-273, 1997.

·D.
G. Hardie, D. Carling, M. Carlson. THE AMP-ACTIVATED/SNF1 PROTEIN KINASE
SUBFAMILY: Metabolic Sensors of the Eukaryotic Cell?. Annual Review of
Biochemistry. Vol. 67: 821-855, 1998.

·Henning
Wackerhage. Molecular Exercise Physiology: An Introduction. Routledge, Taylor
and Francis Group, 2014.

·Jiandie
Lin, Pere Puigserver, Jerry Donovan, Paul Tarr and Bruce M. Spiegelman. Peroxisome
Proliferator-activated Receptor γ Coactivator 1β (PGC-1β), A Novel
PGC-1-related Transcription Coactivator Associated with Host Cell Factor. J.
Biol. Chem. 2002, 277:1645-1648.

·Keith Baar, Karyn Esser.
Phosphorylation of p70S6kcorrelates with increased skeletal muscle mass
following resistance exercise. American Journal of Physiology – Cell Physiology
Published. Vol. 276no. C120-C127, 1999.

·Puigserver,
P., Wu, Z., Park, C.W., Graves, R., Wright, M., and Spiegelman, B.M. (1998). A
cold-inducible coactivator of nuclear receptors linked to adaptive
thermogenesis. Cell 92, 829–839.

·W.
W. Winder , D. G. Hardie. Inactivation of acetyl-CoA
carboxylase and activation of AMP-activated protein kinase in muscle during
exercise. American Journal of Physiology – Endocrinology and Metabolism. Vol. 270no. E299-E304,
1996.

·Zhidan
Wu, Pere Puigserver, Ulf Andersson, Chenyu Zhang, Guillaume Adelmant, Vamsi
Mootha, Amy Troy, Saverio Cinti, Bradford Lowell, Richard C. Scarpulla, Bruce
M. Spiegelman. Mechanisms Controlling Mitochondrial Biogenesis and Respiration
through the Thermogenic Coactivator PGC-1. Cell 98, 115–124. 1999.

Facebook Comments


%d bloggers like this: