Ćwiczenia mają wiele zalet, w tym wzmocnienie obrony przed powikłaniami, które występują podczas infekcji SARS-CoV-2. Juliena McRobertsa / Getty Images
Naukowcy nieustannie ujawniają nowo odkryte korzyści płynące z ćwiczeń. W eksperymentach w ciągu ostatnich 10 lat mój Badania naukowe odkrył, że ćwiczenia fizyczne mogą pomóc w problemie z oddychaniem znanym jako ARDS.
ARDS to rodzaj niewydolności oddechowej charakteryzującej się szybkim początkiem rozległego stanu zapalnego w płucach, który uniemożliwia dostęp tlenu do narządów. Zostało to zgłoszone w wielu pacjentów z COVID-19.
Jestem fizjologiem ćwiczeń ze szkoleniem w medycynie. Ponad 30 lat temu zrezygnowałem z kariery w chirurgii ogólnej w Chinach i przyjechałem do Stanów Zjednoczonych, aby rozpocząć podstawową karierę naukową w dziedzinie fizjologii ćwiczeń molekularnych, ponieważ zaintrygowały mnie wspaniałe korzyści zdrowotne wynikające z regularnych ćwiczeń.
Ostatnio myślałem o potencjalnym wpływie regularnych ćwiczeń na zapobieganie temu śmiertelnemu powikłaniu COVID-19. Nie przeprowadzałem żadnych eksperymentów konkretnie wokół COVID-19, ale moja praca z myszami może informować innych badaczy o sposobach ochrony osób cierpiących na ARDS.
Co to jest ARDS?
A przyczyna śmierci dla 3%-17% pacjentów zakażonych SARS-CoV-2 to ARDS. Pacjenci z COVID-19 z tym ponurym powikłaniem klinicznym mają śmiertelność większa niż 50%.
W szczególności, ARDS może wystąpić, gdy infekcja wirusowa komórek w płucach aktywuje układ odpornościowy i przyciąga białe krwinki, które przemieszczają się przez krwioobieg do tkanki płucnej, aby zwalczyć infekcję wirusową.
Jednak gdy w tkance płucnej pojawia się jednocześnie zbyt wiele białych krwinek, może to spowodować uszkodzenie tkanki płucnej. Dzieje się tak, ponieważ wytwarzają zbyt dużo szkodliwych cząsteczek zwanych wolnymi rodnikami, które rozbijają białka, błonę komórkową i DNA.
W konsekwencji naczynia krwionośne w płucach stają się nieszczelne, co powoduje gromadzenie się płynu w tkance płucnej, a worki powietrzne wypełniają się płynem. Zapobiega to wypełnianiu się tych samych worków powietrznych, zwanych pęcherzykami płucnymi, blokując dostęp tlenu z powietrza do krwi. Pacjenci umierają z powodu niedotlenienia.
Komórki wyściełające nasze naczynia krwionośne to płaskie komórki śródbłonka. Jednym z wczesnych etapów tego skomplikowanego procesu chorobowego ARDS jest to, że wyściółka naczyń krwionośnych staje się lepka do białych krwinek poprzez wytwarzanie lepkich białek na powierzchni komórki, zjawisko zwane aktywacją komórek śródbłonka.
To uruchamia błędne koło; im większa aktywacja komórek śródbłonka, tym więcej wolnych rodników uwalnia białe krwinki. To z kolei niszczy komórki śródbłonka, przez co naczynia krwionośne przeciekają i uszkadzają tkankę płucną.
Antyoksydant wywołany wysiłkiem fizycznym w naszym organizmie
Ponad 10 lat temu zacząłem studiować ochronna rola enzymów antyoksydacyjnych wywołanych wysiłkiem fizycznym przed utratą wielkości mięśni. Moje badania wykazały że ćwiczenia wytrzymałościowe promują produkcję przeciwutleniacza zwanego zewnątrzkomórkową dysmutazą ponadtlenkową (EcSOD), który rozkłada nadtlenek wolnych rodników na zewnątrz komórek.
EcSOD jest jedynym enzymem antyoksydacyjnym wydzielanym do krwi, który dociera do innych ważnych narządów i wiąże się z komórkami śródbłonka i innymi komórkami poprzez unikalną strukturę wiążącą enzymu. To sprawia, że EcSOD różni się od jakichkolwiek suplementów antyoksydacyjnych lub żywności bogatej w przeciwutleniacze, które możemy spożywać. Doustny przeciwutleniacz, po wchłonięciu do krwi, nie działa na dany narząd w celu zapewnienia ochrony, podczas gdy EcSOD przykleja się do określonych narządów.
Kiedy po raz pierwszy zobaczyłem dowody na wzrost EcSOD w mięśniach szkieletowych poprzez trening aerobowy, zainspirowałem się do przeprowadzenia eksperymentu, w którym sprawdziłem, czy samo zwiększenie ilości tego enzymu poprzez inżynierię genetyczną, zamiast naturalnie poprzez ćwiczenia, zapewni ochronę przed różne choroby, w których wolne rodniki odgrywają ważną rolę, takie jak zanik mięśni i niewydolność serca.
EcSOD w ochronie przed ARDS
Zaprojektowałem mysz, która produkowała więcej EcSOD w mięśniach szkieletowych niż typowa mysz, aby naśladować efekty treningu aerobowego. Uzyskaliśmy jasne dowody na to, że te myszy były chronione przed atrofią mięśni i niewydolność serca wywołana cukrzycą.
Następnie sztucznie uruchomiłem ARDS u myszy poprzez wstrzyknięcie myszom substancji chemicznej wytwarzanej przez bakterie, o których wiadomo, że powodują ten stan. Ku mojemu miłemu zaskoczeniu genetycznie zmodyfikowane myszy z wyższym stężeniem EcSOD we krwi były znacznie bardziej prawdopodobne, że przeżyje ciężki ARDS oraz niewydolność wielonarządową w porównaniu ze straszną śmiertelnością u typowych myszy. Naśladuje to sytuację na oddziale intensywnej terapii, gdzie ponad 80% pacjentów umiera z powodu niewydolności wielu narządów, w tym ARDS.
Następnie potwierdziłem, że rzeczywiście to ECSOD u myszy poddanych inżynierii genetycznej zapewniał ochronę. Kiedy przeprowadziłem eksperyment, w którym genetycznie zmodyfikowana mysz dzieliła się krwią z normalną myszą po zabiegu chirurgicznym zwanym parabiozą, lub pobrałem krew od myszy z wysokim poziomem EcSOD i przetoczyłem ją normalnej myszy cierpiącej na ARDS, normalna mysz zmniejszyła się ciężkości ARDS i klinicznych markerów niewydolności wielonarządowej we krwi. Korzystając z różnych technologii biochemicznych i obrazowania, zauważyliśmy dowody na zmniejszoną aktywację komórek śródbłonka oraz zmniejszone uszkodzenia białek, błon komórkowych i DNA spowodowane przez wolne rodniki w tkance płucnej.
Ucz się z ćwiczeń
Badania te dostarczyły dowodów na to, że dostarczenie genu lub białka EcSOD w celu zwiększenia ilości EcSOD we krwi i ważnych narządach może być skuteczną interwencją w celu ochrony płuc i innych ważnych narządów przed uszkodzeniami spowodowanymi przez ARDS i Niewydolność wielonarządowa.
Moje odkrycia na myszach mogą zainspirować innych badaczy do opracowania innowacyjnych sposobów zapobiegania i leczenia śmiertelnych powikłań COVID-19.
Na przykład przyszłe badania mogą zidentyfikować rodzaj, intensywność i czas trwania ćwiczeń, aby optymalnie zwiększyć poziom EcSOD w płucach i innych ważnych narządach u ludzi, aby zbudować obronę przed śmiertelnymi powikłaniami COVID-19 lub innymi stanami chorobowymi. Oczywiście odkrycia mogą zainspirować badania mające na celu wspieranie terapii farmakologicznych, białkowych i/lub genowych w leczeniu pacjentów z COVID-19 z ARDS.
Historia antyoksydantów ECSOD to tylko jedna z wielu korzyści zdrowotnych wynikających z ćwiczeń. Uważam, że możemy uczyć się z ćwiczeń, aby opracować skuteczne terapie w leczeniu ARDS spowodowanego przez COVID-19 i inne stany chorobowe.
O autorze
Zhen Yan, profesor medycyny sercowo-naczyniowej, University of Virginia
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Powiązane książki:
Ciało utrzymuje wynik: mózg, umysł i ciało w leczeniu traumy
przez Bessela van der Kolka
Ta książka bada powiązania między traumą a zdrowiem fizycznym i psychicznym, oferując spostrzeżenia i strategie leczenia i powrotu do zdrowia.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Oddech: nowa nauka o utraconej sztuce
przez Jamesa Nestora
Ta książka bada naukę i praktykę oddychania, oferując spostrzeżenia i techniki poprawy zdrowia fizycznego i psychicznego.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Paradoks roślin: ukryte zagrożenia w „zdrowej” żywności, które powodują choroby i przyrost masy ciała
przez Stevena R. Gundry'ego
Ta książka bada powiązania między dietą, zdrowiem i chorobami, oferując spostrzeżenia i strategie poprawy ogólnego stanu zdrowia i dobrego samopoczucia.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Kod odpornościowy: nowy paradygmat prawdziwego zdrowia i radykalnego przeciwdziałania starzeniu się
autorstwa Joela Greene'a
Ta książka oferuje nowe spojrzenie na zdrowie i odporność, opierając się na zasadach epigenetyki i oferując spostrzeżenia i strategie optymalizacji zdrowia i starzenia się.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Kompletny przewodnik po poście: uzdrawiaj swoje ciało poprzez post przerywany, co drugi dzień i przedłużony
autorstwa dr Jasona Funga i Jimmy'ego Moore'a
Ta książka bada naukę i praktykę postu, oferując spostrzeżenia i strategie poprawy ogólnego stanu zdrowia i dobrego samopoczucia.
