Los ejercicios físicos mejoran la eliminación de proteínas tóxicas presentes en los músculos

Un estudio de investigadores brasileños publicado en Scientific Reports puede ayudar en el desarrollo de alternativas de tratamiento de la disfunción muscular inducida por el desuso

Por André Julião  |  Agência FAPESP – Se conocen muy bien los beneficios que la actividad física aporta a la salud, pero los procesos celulares responsables de esas mejoras sólo empezaron a quedar más claros hace poco tiempo.

Uno de éstos es la relación entre la práctica de ejercicios físicos y la prevención de la disfunción muscular. Un tipo bastante frecuente de disfunción muscular se produce cuando las células del músculo esquelético –que compone la mayor parte del cuerpo humano– dejan de recibir estímulos. 

Esto sucede en los casos de lesiones del nervio isquiático o ciático –generalmente observadas en individuos que pasan mucho tiempo sentados, tales como los choferes de autobuses–, por ejemplo, o cuando se permanece en cama durante largos períodos de tiempo. En este sentido, las intervenciones capaces de minimizar o incluso revertir la disfunción muscular derivada de la falta de estímulo son necesarias para mejorar la calidad de vida de esas personas.

Un estudio publicado en Scientific Reports por investigadores de la Universidad de São Paulo (USP), en Brasil, en colaboración con pares de Estados Unidos y Noruega, muestra que la falta de estímulo de los músculos, en este caso inducida por una lesión en el nervio isquiático en ratas, resulta en una acumulación de proteínas mal procesadas dentro de las células musculares y en el consiguiente detrimento de la función del órgano. 

Los investigadores observaron que esa acumulación es el resultado del deterioro de la maquinaria celular encargada de detectar y remover tales “residuos” celulares, a la que se conoce con el nombre sistema autofágico. Y demostraron que los ejercicios físicos son capaces de mantener el sistema autofágico en estado de alerta, facilitando su acción cuando sea necesaria, tal como en la disfunción muscular inducida por la falta de estímulo. Los procesos degenerativos ocasionados por la falta de estímulo muscular se retardan en ratas previamente ejercitadas.

“La actividad física diaria sensibiliza al sistema autofágico, facilitando así la eliminación de proteínas y orgánulos poco funcionales en los músculos. La remoción de estos componentes con mal funcionamiento es sumamente importante, pues cuando se acumulan se vuelven tóxicos y contribuyen a la disfunción o incluso llevan a la muerte de las células musculares”, dijo Julio Cesar Batista Ferreira, docente del Instituto de Ciencias Biomédicas de la universidad (ICB-USP) y coordinador del estudio.

Para explicar la autofagia en los músculos, Batista Ferreira formula una analogía. “Imagínese el músculo trabajando de manera análoga a una heladera, que necesita electricidad para funcionar. Cuando ese aporte se corta al desenchufar la heladera, o al bloquear las neuronas que inervan los músculos, rápidamente observamos que la comida (en la heladera) y las proteínas (en los músculos) comienzan a descomponerse en diferentes tiempos, de acuerdo con su composición”, declaró el investigador a Agência FAPESP.

“En ese momento, un mecanismo de alerta presente en las células, pero aún inexistente en la heladera, activa el sistema autofágico. Ese sistema identificará, aislará e incinerará el material en mal estado, evitando así la propagación del daño. Con todo, si el músculo deja de recibir la señal eléctrica adecuada durante períodos prolongados, este sistema de alerta deja de funcionar correctamente y contribuye entonces al colapso celular”, dijo. 

Los alimentos en mal estado en este caso son las proteínas que dejan de realizar su función y forman agrupamientos tóxicos que empiezan a matar a las células. La autofagia apunta a aislar a esas proteínas e incinerarlas en los lisosomas, orgánulos celulares que digieren sustancias orgánicas. 

“Sin la autofagia se produce un efecto en cascada que resulta en la muerte celular”, dijo Juliane Cruz Campos, primera autora del artículo y en la actualidad posdoctoranda bajo la supervisión de Batista Ferreira con beca de la FAPESP. 

Este trabajo forma parte de su doctorado. Anteriormente, la investigadora y Batista Ferreira habían publicado un trabajo sobre o papel de los ejercicios físicos en la autofagia de las células cardíacas (lea en: agencia.fapesp.br/25906).   

Para arribar a estos últimos resultados, se practicó una cirugía en un grupo de ratas a los efectos de inducir una lesión en el nervio isquiático de una de las piernas, con un efecto equivalente en humanos al del llamado pinzamiento del nervio isquiático. Esto provoca bastante dolor, lo que hace que el individuo use menos la pierna perjudicada y, por ende, ésta pierda tamaño y la función del músculo.

Días antes de la cirugía, se dividió a las ratas en dos grupos. Mientras que uno de éstos se mantuvo sedentario, el otro fue sometido a un entrenamiento consistente en correr al 60% de su capacidad aeróbica una hora por día en una cinta, cinco veces por semana.

Al cabo de cuatro semanas de esa rutina se realizó la cirugía. El resultado indicó que la disfunción muscular inducida por la lesión en el nervio isquiático se mostró menos agresiva en los animales previamente ejercitados en comparación con los no ejercitados. En ese lapso de tiempo también se evaluaron parámetros funcionales y bioquímicos de los músculos afectados. 

“Los ejercicios hicieron aumentar el flujo autofágico y, por consiguiente, también hicieron bajar la cantidad de proteínas con mal funcionamiento en los músculos de los animales operados, lo cual se asoció a la mejora de las propiedades contráctiles de los tejidos”, dijo Cruz Campos. 

“El ejercicio es un estrés transiente que deja una memoria en el organismo, en este caso a través del sistema autofágico. Cuando surgen otros estreses, el cuerpo se encuentra mejor preparado para responder y combatirlos”, dijo Batista Ferreira.

La prueba de concepto

Para tornar aún más precisa la correlación entre la práctica de ejercicios y la autofagia, los autores del estudio realizaron otros dos experimentos. En uno de éstos se desconectó el gen ATG7 en el músculo esquelético en un tercer grupo de animales. 

El ATG7 es responsable de la fabricación de vesículas (autofagosomas) alrededor de los orgánulos disfuncionales y de su transporte al lisosoma, en donde se las incinera. Este experimento fue importante para probar que la autofagia es importante en la biología muscular, toda vez que los animales sanos (que no pasaron por la cirugía) con el gen desconectado exhibieron disfunción muscular.

En otro experimento se les aplicó a las ratas con lesiones en el nervio isquiático y a ratas del grupo de control (sin lesión) una droga llamada cloroquina, que aumenta el pH (la acidez) del lisosoma. De esta forma, la sustancia perjudica la autofagia, al imposibilitar la incineración de las proteínas defectuosas. 

“Las pruebas mostraron que los músculos de los animales del grupo de control tratados con la droga desarrollaban una fuerza menor en comparación con el grupo no tratado. La cloroquina no tuvo efectos sobre los músculos de los animales que habían sido sometidos a la cirugía, lo cual prueba que la inhibición de la autofagia es crítica en la disfunción muscular inducida por la falta de estímulo”, declaró Batista Ferreira a Agência FAPESP.

Los autores remarcan que la investigación no apunta únicamente a hallar un tratamiento para el pinzamiento del nervio isquiático, que afecta a una parte de la población. 

La idea consiste en utilizar este estudio como un modelo experimental de disfunción muscular inducida por la falta de estímulo (desuso) con el fin de entender los procesos celulares implicados en la degeneración muscular. Esto facilitará el desarrollo de nuevas intervenciones farmacológicas y no farmacológicas capaces de minimizar o de revertir este problema acuciante en nuestra sociedad: la disfunción muscular derivada de la falta de movimiento, fundamentalmente entre la población anciana.

“De identificar una molécula capaz de mantener selectivamente en alerta al sistema autofágico, de manera análoga a lo que sucede durante los ejercicios físicos, podremos eventualmente desarrollar algún medicamento que pueda administrárseles a las personas con disfunción muscular ocasionada por la falta de estímulo: aquéllas que tienen sus extremidades inmovilizadas, pacientes que permanecen en cama durante mucho tiempo o incluso portadores de enfermedades musculares [degenerativas]”, dijo Batista Ferreira.

Puede leerse el artículo intitulado Exercise prevents impaired autophagy and proteostasis in a model of neurogenic myopathy (doi: 10.1038/s41598-018-30365-1), de Juliane C. Campos, Leslie M. Baehr, Kátia M. S. Gomes, Luiz R. G. Bechara, Vanessa A. Voltarelli, Luiz H. M. Bozi, Márcio A. C. Ribeiro, Nikolas D. Ferreira, José B. N. Moreira, Patricia C. Brum, Sue C. Bodine y Julio C. B. Ferreira, en el siguiente enlace: nature.com/articles/s41598-018-30365-1.