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Los mecanismos multiómicos

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tras la promoción de la salud general y la prevención de enfermedades mediante el ejercicio regular

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Antecedentes

En mayo de este año, el Consorcio de Transductores Moleculares de la Actividad Física (MoTrPAC) publicó un importante estudio que explora los mecanismos multiómicos que subyacen a la promoción de la salud general y la prevención de enfermedades a través del ejercicio regular. En este estudio, llevaron a cabo un régimen de entrenamiento de resistencia de ocho semanas en un modelo de ratón e identificaron miles de cambios moleculares compartidos y específicos de los tejidos en sangre total y plasma. La investigación también descubrió diferencias de género en varios tejidos. Mediante análisis multisistémicos y multitejidos en el tiempo, el estudio reveló amplios conocimientos biológicos sobre las respuestas adaptativas al entrenamiento de resistencia, incluida una extensa regulación de las vías inmunitarias, metabólicas, de respuesta al estrés y mitocondriales. Muchos de estos cambios están estrechamente relacionados con la salud humana, incluida la enfermedad del hígado graso no alcohólico, la enfermedad inflamatoria intestinal, la salud cardiovascular, así como el daño tisular y la recuperación. Los datos y análisis proporcionados en este estudio servirán de valioso recurso para comprender y explorar los efectos moleculares multitejidos del entrenamiento de resistencia.

La dinámica temporal de la respuesta multiómica al entrenamiento con ejercicios de resistencia se refiere a los cambios en diversas biomoléculas y sus funciones a lo largo del tiempo bajo la influencia de una actividad física sostenida y regular destinada a mejorar la resistencia cardiovascular, respiratoria y muscular. Este campo de investigación es altamente interdisciplinario, e incluye la genómica (expresión génica), la transcriptómica (niveles de ARN), la proteómica (niveles de proteínas), la metabolómica (niveles de metabolitos) y otros campos ómicos, que en conjunto proporcionan una visión completa de la adaptación fisiológica a nivel molecular.

1. Genómica y transcriptómica:

Bajo la influencia del entrenamiento de resistencia, los perfiles de expresión génica cambian, con ciertos genes que se regulan al alza (aumento de la expresión), mientras que otros se regulan a la baja (disminución de la expresión). Estos cambios pueden afectar a vías relacionadas con el metabolismo energético, la inflamación, la reparación muscular y el crecimiento.

El momento y la duración de estos cambios pueden variar. Algunos efectos son inmediatos, mientras que otros se desarrollan a largo plazo a medida que el cuerpo se adapta gradualmente al estímulo del entrenamiento.

2. Proteómica:

Los cambios en el contenido proteico de los músculos y otros tejidos pueden reflejar adaptaciones tanto a corto como a largo plazo. Por ejemplo, en los individuos entrenados, suele observarse un aumento de las enzimas relacionadas con el metabolismo aeróbico, como la citrato sintasa o la citocromo c oxidasa.

Las proteínas relacionadas con las respuestas al estrés, la defensa antioxidante y la contracción muscular también pueden sufrir cambios significativos con el entrenamiento de resistencia.

3. Metabolómica:

El ejercicio de resistencia provoca cambios en las vías metabólicas, afectando a las concentraciones de diversos metabolitos. Esto incluye alteraciones en el metabolismo de aminoácidos, carbohidratos y lípidos, lo que refleja la adaptación del cuerpo a una mayor demanda de energía y una utilización más eficiente del combustible.

Con el entrenamiento, a menudo aumenta la flexibilidad metabólica (la capacidad de cambiar entre diferentes fuentes de combustible, como de carbohidratos a grasas).

4. Epigenética:

Las modificaciones epigenéticas, como la metilación del ADN y las modificaciones de las histonas, pueden verse influidas por el entrenamiento de resistencia. Estos cambios pueden alterar la expresión génica sin modificar la secuencia de ADN subyacente, lo que puede dar lugar a adaptaciones duraderas.

5. Microbioma:

Existe un interés creciente en cómo el ejercicio de resistencia afecta y contribuye a los beneficios del microbioma intestinal. Los cambios en la composición y función de la microbiota intestinal se han relacionado con mejoras en la salud metabólica y el rendimiento.

6. Dinámica temporal de las respuestas multiorgánicas al ejercicio de resistencia:

Respuesta aguda:Inmediatamente después del ejercicio, se produce un aumento transitorio de los marcadores de daño muscular, inflamación y estrés oxidativo, junto con cambios en la utilización de sustratos.

Adaptación a corto plazo: A los pocos días o semanas, a medida que el entrenamiento continúa, el cuerpo comienza a adaptarse. Esto incluye el aumento de la biogénesis mitocondrial, la mejora de la sensibilidad a la insulina y los ajustes en la expresión de genes relacionados con el metabolismo energético.

Adaptación a largo plazo: Tras meses o años de entrenamiento continuado, se producen cambios profundos, como modificaciones estructurales y funcionales en el corazón y el músculo esquelético, así como mejoras en la salud metabólica general.

Resumen

Comprender esta dinámica temporal es crucial para optimizar los regímenes de entrenamiento, prevenir el sobreentrenamiento y desarrollar enfoques personalizados para mejorar el rendimiento deportivo y la salud. La investigación en este campo suele incluir estudios longitudinales, en los que se analizan los perfiles multiómicos de los participantes en momentos definidos antes, durante y después de los periodos de entrenamiento para identificar los momentos clave y los patrones de adaptación.

Métodos experimentales:

1. Adaptación animal:

En el experimento, las ratas Fischer 344 macho y hembra se sometieron al menos a cuatro semanas de adaptación ambiental antes de comenzar el entrenamiento de resistencia para reducir el estrés. Las ratas se adaptaron a un ciclo inverso de luz/oscuridad, con las luces apagadas a las 9:00 AM y encendidas a las 9:00 PM, de modo que el entrenamiento en la cinta rodante tuviera lugar durante la fase activa normal de las ratas. Se alojaron dos ratas por jaula en racks ventilados con lecho de pino blanco triturado.

2. Dieta y condiciones ambientales:

Los animales comían libremente con la siguiente composición calórica: 21,196% de proteínas, 14,774% de grasas (extracto etéreo) y 64,030% de hidratos de carbono. La sala de animales se vigilaba diariamente, con temperaturas mantenidas entre 20-25°C (68-77°F) y humedad relativa entre 25-55%. Se utilizaron luces rojas durante el ciclo de oscuridad de las ratas para proporcionar iluminación suficiente para el cuidado, manipulación y adiestramiento rutinarios de los animales.

3. Ejercicio en cinta rodante:

El ejercicio en cinta rodante se realizó en una cinta rodante para ratas de cinco canales. Toda la manipulación de los animales y el ejercicio tuvieron lugar durante la fase oscura activa de las ratas. Tras su llegada, las ratas se aclimataron al ciclo inverso de luz/oscuridad durante al menos 10 días. Tras un periodo inicial de adaptación, las ratas se sometieron a un protocolo de familiarización de 12 días para acostumbrarse a la cinta e identificar a las ratas que no cooperaban. Las ratas que no podían correr de forma continua durante 5 minutos a 10 m/min con una inclinación de 0° se clasificaban como no cooperativas y se retiraban del estudio. Las ratas que completaron con éxito los 12 días de familiarización se introdujeron en una base de datos de ratas y se asignaron aleatoriamente a los grupos de control o de entrenamiento para garantizar pesos medios iguales entre los grupos.

4. Asignación aleatoria de ratas por edad y sexo

Las ratas de 8 semanas de edad se asignaron aleatoriamente al grupo de control o al de entrenamiento en función del sexo y los cuartiles de peso corporal. Las ratas a las 4 semanas de edad se asignaron directamente al grupo de control sin aleatorización. Las ratas de 1 y 2 semanas de edad se asignaron aleatoriamente al grupo de entrenamiento de 1 o 2 semanas en función del sexo y los cuartiles de peso corporal.

5. Protocolo de entrenamiento:

El entrenamiento de resistencia comenzó a los 6 meses de edad para las ratas macho y hembra y duró 1, 2, 4 u 8 semanas. A esta edad, la masa muscular magra de la cepa se había estabilizado. Las ratas se entrenaron en una cinta rodante 5 días a la semana, siguiendo un protocolo de entrenamiento progresivo cuyo objetivo era alcanzar aproximadamente el 70% del consumo máximo de oxígeno (VO2máx) de las ratas. La velocidad inicial en la cinta rodante se basó en las mediciones del VO2máx tomadas tras la fase de familiarización y antes del entrenamiento. El entrenamiento tuvo lugar durante la fase oscura de las ratas, durante 5 días consecutivos cada semana, comenzando no antes de las 10:00 AM y terminando no más tarde de las 5:00 PM.

6. Intensificación del entrenamiento:

El protocolo de entrenamiento comenzó con una inclinación de 5°, 13 m/min para los machos, 16 m/min para las hembras, y una duración de 20 minutos. Como se detalla en la Tabla 1, la duración del ejercicio aumentó un minuto cada día hasta el día 31 (semana 7), cuando la duración alcanzó los 50 minutos. La inclinación de la cinta rodante comenzó en 5° y aumentó a 10° en la semana 3, y se mantuvo en 10° durante el resto del periodo de entrenamiento. La velocidad de la cinta rodante aumentó al inicio de las semanas 2, 4, 5, 6 y 7. A partir de la semana 7, la velocidad, la inclinación y la inclinación aumentaron. A partir de la semana 7, la velocidad, la inclinación y la duración se fijaron y mantuvieron durante los 10 últimos días para garantizar un entrenamiento en estado estacionario. Si una rata no completaba al menos 4 días de entrenamiento a la semana, se retiraba del estudio y se le practicaba la eutanasia.

7. Grupo de control:

Las ratas del grupo de control se colocaron en una cinta de correr fija (0 m/min) durante 15 minutos al día, 5 días a la semana, siguiendo un programa similar al del grupo de entrenamiento de 8 semanas. Los animales del grupo de control tenían la misma edad que los del grupo de entrenamiento de 8 semanas. Es importante señalar que las ratas de entre 6 y 9 meses de edad habían alcanzado la madurez y presentaban diferencias fisiológicas mínimas antes de los 12 meses.

Análisis de la composición corporal

Se midió la composición corporal de todas las ratas 13 días antes del inicio del periodo de entrenamiento utilizando un analizador de composición corporal. Este dispositivo se utilizó para medir el tejido magro, la grasa corporal y el fluido corporal en animales vivos y despiertos. Para las ratas de los grupos de entrenamiento de 4 y 8 semanas, se volvió a medir la composición corporal 5 días antes de la recogida de tejidos.

Análisis del VO2máx

Se evaluó el VO2máx de todas las ratas antes del entrenamiento, y de los grupos de ejercicio de 4 y 8 semanas al final de los respectivos periodos de entrenamiento. Las ratas se adaptaron al tapiz rodante durante dos días antes de realizar la prueba en un tapiz rodante cerrado de un solo carril. El día de la prueba, se colocó a las ratas en la cinta y, una vez estabilizado su consumo de oxígeno, comenzó la prueba. La prueba comenzó con un calentamiento de 15 minutos a 9 m/min y una inclinación de 0°. Tras el calentamiento, se aumentó la inclinación a 10° y la velocidad de la cinta se incrementó en 1,8 m/min cada 2 minutos.

El choque se utilizó sólo si era necesario, y sólo si la rata dejaba de correr y se sentaba en la zona de choque. La prueba finalizaba si la rata se sentaba en la zona de choque tres veces consecutivas y no respondía al aumento del choque. Tras la prueba, se sacaba a las ratas de la cinta y se les extraía sangre de la cola para medir el lactato.

Los criterios para alcanzar el VO2máx incluían: a pesar del aumento de la carga de trabajo, estancamiento de la captación de oxígeno, relación de intercambio respiratorio superior a 1,05 y niveles de lactato en sangre ≥6 mM.

Cinta de correr metabólica para animales Tow-Int Tech

El caminador metabólico para animales Tow-Int Tech está especialmente diseñado para la medición del metabolismo respiratorio animal. La cinta metabólica presenta un diseño cerrado y puede monitorizar el consumo de oxígeno, el VO2máx, la producción de CO2 y la tasa metabólica respiratoria durante el ejercicio animal. Esta cinta de correr es un dispositivo experimental esencial para estudios sobre resistencia física animal, lesiones inducidas por el ejercicio, nutrición del ejercicio, productos farmacéuticos y respuestas fisiológicas y patológicas al ejercicio.

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