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Investigadores de la USP (la Universidad de São Paulo, en Brasil) descubrieron que la regeneración de los músculos que promueven los ejercicios físicos aeróbicos está mediada por modificaciones en el consumo de oxígeno de las células satélite, un tipo de células madre del tejido muscular. Este hallazgo puede ayudar en la recuperación de lesiones y en el combate contra la pérdida de masa muscular asociada a la edad.
En trabajos anteriores ya se había demostrado que los ejercicios con sobrecarga, como en el caso de la musculación, tenían la capacidad de inducir un aumento de la cantidad de células satélite. Con todo, en el entrenamiento físico aeróbico, se sabe que el tejido mejora su capacidad, pero no se habían estudiado los mecanismos de reparación asociados a las células satélite.
El grupo de la USP observó que las actividades aeróbicas promueven una deseable expansión de las células satélite y develó importantes alteraciones metabólicas inherentes a este fenómeno. La investigación tuvo lugar durante el posdoctorado de Phablo Sávio Abreu Teixeira, quien contó con el apoyo de una beca de la FAPESP – Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo.
“Verificamos que existe una merma del consumo de oxígeno en las células satélite, a diferencia de lo que sucede en el resto del tejido muscular, donde el ejercicio incrementa la demanda de oxígeno. Es la primera vez que se logra observar de qué manera influyen los ejercicios aeróbicos sobre el metabolismo de las mitocondrias de esas células, y el efecto de ello en la regeneración muscular”, le explica Abreu.
Para entender este mecanismo, el posdoctorando llevó a cabo una serie de experimentos con animales en el Instituto de Química de la USP, bajo la supervisión de la profesora Alicia Kowaltowski, quien se dedica al estudio de las mitocondrias desde la década de 1990 e integra el equipo del Centro de Investigaciones de Procesos Redox en Biomedicina (Redoxoma), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) apoyados por la FAPESP. Estos hallazgos se publicaron en el Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle.
“Descubrimos al menos parte de los mecanismos que llevan a la mejora de la regeneración de los músculos, y este conocimiento constituye el primer paso para que un día se logre interferir en este proceso”, comenta Kowaltowski.
Varias etapas
La investigación se concretó en etapas, con base en experimentos realizados con ratones divididos en dos grupos. A uno de ellos se lo sometió a una batería de ejercicios aeróbicos en la cinta durante un período de cinco semanas, y el otro permaneció sedentario.
Al final del período de entrenamiento, los investigadores realizaron un test para verificar si los animales sometidos a ese programa de ejercicios habían mejorado efectivamente su capacidad aeróbica. Posteriormente lesionaron los tejidos musculares de ambos grupos, una etapa en la que se observó que los músculos ejercitados habían incrementado su capacidad regenerativa.
“Primeramente observamos que los animales entrenados tenían más fibras musculares formadas recientemente, aparte de una menor sedimentación de tejido fibroso y menos señales de inflamación. De este modo, confirmamos que el tejido muscular de los animales ejercitados estaba efectivamente mejor reparado”, comenta Abreu Teixeira.
Tras detectar que los músculos habían mejorado su capacidad de reparación, el siguiente paso consistió en investigar las alteraciones ocurridas en las células satélite aisladas en esos animales ejercitados. Las proteínas que regulan la progresión de las células quiescentes (durmientes) y su activación, para que se concrete la autorrenovación o la diferenciación, aparecían aumentadas en esas células. “Asimismo, mostraron un retraso en la diferenciación, lo que confirmó nuestros hallazgos”, continua Abreu Teixeira.
Tal como explica el investigador, las células satélite se encargan de regenerar y preservar el tejido muscular en los adultos. Para ello permanecen en quiescencia, un estado de latencia que mantiene la homeostasis del tejido. En el transcurso de la vida, las mismas se activarán ante alguna lesión o desgaste, como en el ejercicio físico o en las lesiones que Abreu Teixeira les indujo a los ratones de laboratorio.
A partir de entonces, una parte de ellas se diferencia para formar las células que compondrán el tejido, y otra inicia un proceso de autorrenovación que da origen a nuevas células satélite para que ese ciclo perdure.
“Estas células se activan constantemente; pero, con el paso del tiempo, pueden entrar en fatiga y dejar de autorrenovarse, que es un fenómeno que se observa en las distrofias y cuando existe una pérdida de la masa muscular, como en la caquexia y en la sarcopenia”, comenta Abreu Teixeira. “Si hay más células renovadas, significa que hay más células aptas para regenerar el tejido”, añade.
De este modo, Abreu Teixeira verificó que el ejercicio mantiene la capacidad de regeneración del tejido muscular y contribuye en la recuperación de las lesiones. Por último, el investigador midió el gasto de oxígeno en las células satélite de los roedores sometidos al entrenamiento, en busca de respuestas acerca de qué era lo que llevaba a aquel comportamiento. “Lo sorprendente es que ellas consumen menos oxígeno: es como si se volviesen más económicas”, comenta Abreu Teixeira.
Este descubrimiento contradice la hipótesis inicial de los investigadores, que creían que, dado que los músculos mejoran su capacidad oxidativa con los ejercicios aeróbicos, y que las células satélite permanecen ancladas sobre la superficie del tejido musculoesquelético (de allí su nombre), estas también mejorarían su capacidad aeróbica.
El papel de las mitocondrias
El proceso de respiración celular transcurre en las mitocondrias, estructuras celulares que, hasta hace poco tiempo, se imaginaba que se encargaban únicamente de la producción de energía para el organismo. “En los últimos años hemos descubierto de qué manera están implicadas en diversos procesos”, destaca Kowaltowski.
Para confirmar si el consumo de oxígeno de las mitocondrias realmente era el causante de la autorrenovación de las células satélite, Kowaltowski y Abreu Teixeira realizaron otras dos pruebas: mimetizaron el efecto de la disminución del consumo del oxígeno con medicamentos en cultivos in vitro y, en un segundo momento, les trasplantaron las células ejercitadas a animales sedentarios.
La disminución del consumo de oxígeno en las células estudiadas in vitro mejoró la autorrenovación de las células madre. En el trasplante, no se registraron alteraciones en la cantidad de células reparadas, aunque sí una disminución de la inflamación, un hallazgo que sugería una mejor recuperación muscular.
La idea ahora es investigar los efectos de la merma del consumo de oxígeno mitocondrial y las vías implicadas en la autorrenovación de las células satélite. “En suma, debemos entender por qué al inhibir la respiración celular incrementamos la recuperación muscular”, comenta la científica.
En el futuro, quizá sea posible replicar este fenómeno para tratar la pérdida de masa muscular relacionada con la edad y con problemas tales como el cáncer y el envejecimiento, un proceso que aún es, como se sabe, muchas veces irreversible.
Referencia:
Abreu P., Kowaltowski A. : Satellite cell self‐renewal in endurance exercise is mediated by inhibition of mitochondrial oxygen consumption. Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle. 2020
https://doi.org/10.1002/jcsm.12601
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