Penn tiene una larga historia de investigación muscular, gran parte de la cual es relevante para los atletas de nivel olímpico y sus habilidades. A medida que se acercan los Juegos Olímpicos de Río, muchos espectadores en silla de ruedas de los Juegos pueden preguntarse: ¿Cómo aguantan esos atletas sus extenuantes carreras?, nada y monta? Y, por otro lado, si sus logros parecen demasiado buenos para ser verdad, ¿los funcionarios antidopaje pueden decir qué atributos se deben a la naturaleza o la crianza fuera de los libros?
Los investigadores de Penn Medicine han descubierto algunas pistas de estudios en animales que revelan los fundamentos genéticos de la biología detrás de algunas de esas medallas.
Esta línea de investigación comenzó en Penn cuando Sukhamay Lahiri, DPhil, se unió al departamento de Fisiología en 1969, donde siguió siendo profesor titular hasta su muerte en 2009. Fue un líder mundial en el estudio de cómo responde el cuerpo acambiando los niveles de oxígeno, comenzando con las respuestas fisiológicas a la gran altitud en el Monte Everest, que visitó por primera vez en 1960. Intrigado por la resistencia y el atletismo aparentemente sobrehumanos del Everest Sherpas, Lahiri estableció laboratorios de campo en los campamentos base. Aquí realizó mediciones electrofisiológicas.sobre el funcionamiento del cuerpo carotídeo, un pequeño grupo de quimiorreceptores y células ubicados en la bifurcación de la arteria carótida y el sistema respiratorio. Su investigación mostró diferencias en la respuesta del cuerpo carotídeo al oxígeno en la sangre a diferentes altitudes, lo que sugiere que las células detectancambios en la composición de la sangre, principalmente la presión parcial de oxígeno.
Tejvir S. Khurana, MD, PhD, profesor de Fisiología, también combina su interés de por vida en la escalada de montañas con su estudio de los efectos del bajo oxígeno en los músculos esqueléticos y la sangre. Khurana y Lahiri fueron colaboradores en variasexpediciones de investigación, incluida una en la que Khurana escaló a menos de 1,000 pies de la cumbre del Monte Everest para estudiar cómo cambia la fisiología de un mamífero cuando se expone a condiciones de bajo oxígeno en grandes altitudes.
Estos estudios tienen aplicaciones para controlar el dopaje sanguíneo en los Juegos Olímpicos, una forma común de dopaje por parte de los atletas. Khurana fue financiada para estos estudios por la Agencia Mundial Antidopaje, el organismo creado por el Comité Olímpico Internacional en 1999 para promover,coordine y monitoree la lucha contra las drogas en los deportes. El dopaje sanguíneo implica transfusiones de sangre e inyecciones de eritropoyetina u transportadores sintéticos de oxígeno para aumentar la cantidad de glóbulos rojos o su capacidad de transporte de oxígeno para mejorar el rendimiento. Las células sanguíneas transportan oxígeno desde los pulmones amúsculos, por lo que la idea es que una mayor capacidad de transporte de oxígeno en la sangre puede mejorar la resistencia de un atleta.
Hace unos años, el laboratorio de Khurana identificó que el gen IL15RA funciona como un regulador negativo de resistencia. Si bien puede ser más familiar pensar en tener un gen "especial" como algo que otorga habilidades distintivas, en este caso, no esteniendo un cierto gen que se correlacionó con una mayor resistencia en los ratones knockout que estudió Khurana. Khurana y su colaboradora Kathryn North en el Murdoch Childrens Research Institute en Australia mostraron que las variantes del gen están vinculadas a atletas de nivel olímpico en deportes de resistencia como la natación.
Para determinar los mecanismos exactos por los cuales la falta de IL15RA altera la función muscular, Emanuele Loro, PhD, investigador en el Laboratorio Khurana y otros colaboradores han estado estudiando aspectos metabólicos de estos ratones. Recientemente, el laboratorio informó la existencia deUn tipo único de metabolismo en el músculo asociado con el mismo gen que ofrece una explicación de su resistencia superior. Este cambio en el metabolismo conduce a un uso alterado del combustible y una resistencia a la obesidad inducida por la dieta.
"Hemos demostrado que el músculo de los ratones que carecen del gen utiliza eficientemente los ácidos grasos como combustible metabólico para apoyar la actividad muscular. Los músculos normalmente fatigables del ratón, como el músculo rápido en la parte delantera de la pierna, han sido reprogramados para sercapaz de utilizar de manera más eficiente los ácidos grasos para recuperarse más rápido de la fatiga ", explicó Khurana. Esta línea de investigación tiene ramificaciones para varios aspectos de la biología muscular, que van desde el atletismo hasta el tratamiento de enfermedades musculares y metabólicas.
Otro biólogo muscular de Penn, Joe Baur, PhD, profesor asistente de fisiología, está estudiando los efectos de un compuesto llamado NAD en la función muscular. Algunos atletas cotidianos ya están tomando estos suplementos para aumentar la síntesis del cuerpo de este compuesto, conlas esperanzas de revertir la descomposición natural asociada al envejecimiento de las mitocondrias, las potencias de la célula. Pero hasta ahora hay poca evidencia para respaldar estas afirmaciones, excepto en enfermedades raras.
La supervisión de la industria de los llamados "productos naturales" es mucho más flexible que la de las drogas convencionales, y los suplementos para aumentar la NAD están disponibles sin receta médica, con paquetes que promocionan la regeneración celular para mejorar la destreza atlética y la claridad mental ". Averiguar siLas estrategias para mejorar la producción de NAD tendrán un impacto en la función muscular en individuos sanos, es un tema de mucha especulación y la respuesta a esta pregunta tendrá que esperar a ensayos clínicos controlados ", dijo Baur.
Hasta entonces, abundan los peligros potenciales en la industria: de hecho, los informes más recientes de Consumer Reports analizaron las formas en que esta escasez de respuestas puede poner en riesgo la salud de los consumidores. Y la publicación en línea STAT destacó cuántos equipos y atletas olímpicos tienen "firmó acuerdos de patrocinio con los fabricantes de suplementos dietéticos, poniendo el prestigio y el glamour de sus equipos detrás de los polvos y las píldoras que prometen mantener a los atletas en la mejor forma, pero que en muchos casos no han sido validados por ensayos clínicos ".
La estrategia de investigación en curso de Baur es hacer modelos genéticos de ratones para manipular la cantidad de NAD en tejidos específicos con el fin de dilucidar los principales sitios de acción para los precursores de NAD. Más recientemente, Baur y su compañero postdoctoral David Frederick descubrieron que mantener niveles adecuados de NADes crucial para la función muscular óptima. Este es el primer estudio que investiga directamente las consecuencias de la deficiencia de NAD en la función muscular y fue publicado en metabolismo celular .
El equipo creó ratones en los que podían restringir la cantidad de NAD en el músculo esquelético para simular este aspecto del envejecimiento normal en ratones sanos. Sorprendentemente, se descubrió que los ratones knockout jóvenes toleran una disminución del 85 por ciento en el contenido intramuscular de NAD sin perder espontáneamenteactividad o resistencia en la cinta de correr. Sin embargo, cuando estos mismos ratones alcanzan la edad adulta temprana de tres a siete meses de edad, sus músculos se debilitan progresivamente y sus fibras musculares se atrofian. Luego, los investigadores intentaron probar si un precursor NAD en la dieta podría remediar la patología muscular enlos ratones. Impresionantemente, el declive muscular se revirtió completamente al alimentar a los ratones con una forma de vitamina B3, llamada ribosido de nicotinamida.
Al igual que el impacto de B3 en el músculo del ratón, los suplementos de venta libre pueden tener un efecto similar en el músculo humano, evitando el deterioro y el proceso de envejecimiento natural para los atletas de élite y todos los días. Clinicaltrials.gov enumera casi 10 ensayos relacionados, por lo que las respuestas que buscan los investigadores y los atletas pronto estarán a la vista de la línea de meta.
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Materiales proporcionado por Perelman School of Medicine en la Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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