El descubrimiento inicial de que el ejercicio físico inducía la producción de especies reactivas de oxígeno (ERO) en el músculo llevó a la idea de que su función principal era oxidar proteínas y lípidos, causando daño celular. Sin embargo, en la década de 1990, la visión cambió gracias a evidencia que sugería que las ERO podían actuar como moléculas señalizadoras, capaces de activar factores de transcripción y coactivadores que favorecen la adaptación muscular. Así, surgió una nueva área de investigación centrada en la biología redox del músculo, que sugiere que las vías de señalización redox, reguladas por las ERO, desempeñan un papel esencial en el remodelado muscular inducido por el entrenamiento de resistencia.
Fuentes de producción de ERO en músculos en contracción
Durante el ejercicio, el músculo esquelético produce ERO a partir de diferentes fuentes. Tradicionalmente, se consideraba que las mitocondrias eran las principales generadoras de ERO. Sin embargo, investigaciones recientes indican que las mitocondrias producen mayores niveles de ERO en condiciones de reposo que durante el ejercicio activo. Otros sistemas en las fibras musculares, como la NADPH oxidasa (NOX), y sus isoformas NOX2 y NOX4, parecen ser fuentes clave de ERO durante la actividad física. Además, enzimas como la fosfolipasa A2 (PLA2) y la xantina oxidasa también contribuyen a la generación de ERO en el ejercicio, aunque el alcance exacto de su contribución sigue siendo un tema en debate.
Regulación de las ERO en las fibras musculares
Las células musculares cuentan con mecanismos para regular los niveles de ERO y así prevenir daños. En el músculo, estos mecanismos incluyen varias enzimas antioxidantes, como la superóxido dismutasa (SOD), la catalasa y la glutatión peroxidasa (GPX). También están las peroxiredoxinas (PRDX), que, además de ayudar a eliminar el peróxido de hidrógeno (H2O2), actúan como relevos redox que transmiten la señal oxidativa a otras proteínas específicas. Esto permite que las ERO participen en la señalización celular sin llegar a niveles que provoquen estrés oxidativo y daño.
Mecanismos de señalización redox y adaptación muscular
El H2O2 se considera un jugador clave en la señalización redox. Durante el ejercicio, su concentración aumenta, permitiendo que interactúe con proteínas específicas a través de la oxidación de grupos tiol. Existen dos teorías principales sobre cómo el H2O2 dirige esta señalización: una es que actúa directamente sobre proteínas reguladas por redox, oxidando los grupos tiol específicos, y otra sugiere que las peroxiredoxinas (PRDX) funcionan como relevos redox, permitiendo que el H2O2 transmita oxidantes a las proteínas diana. Ambas vías pueden ocurrir en el músculo, dependiendo de la ubicación y la intensidad del ejercicio.
Vías de señalización redox en la adaptación al ejercicio de resistencia
En el músculo esquelético, el ejercicio de resistencia activa varias vías de señalización redox que regulan procesos esenciales para la adaptación muscular.
Expresión de proteínas de choque térmico (HSP72)
El ejercicio de resistencia aumenta la expresión de proteínas de choque térmico, como la HSP72, que protegen a las fibras musculares frente a diversos estresores. La regulación de la HSP72 depende del factor de transcripción HSF1, que se activa mediante señalización redox. Estudios han mostrado que la suplementación excesiva de antioxidantes reduce la activación de HSF1, y, en consecuencia, la respuesta de HSP72 al ejercicio, sugiriendo que el balance redox es clave para una respuesta adaptativa óptima.
Biogénesis mitocondrial
El aumento de volumen mitocondrial es otro cambio significativo inducido por el entrenamiento de resistencia. Este proceso depende de la activación de PGC-1α, un coactivador transcripcional esencial que promueve la expresión de genes involucrados en la biogénesis mitocondrial. La producción de ERO activa PGC-1α a través de quinasas como CaMK y AMPK, que responden a cambios en la energía celular y a las señales redox. Así, las ERO juegan un papel importante en el aumento de la capacidad oxidativa del músculo.
Señalización de Nrf2 y defensa antioxidante
Nrf2 es el regulador maestro de las defensas antioxidantes celulares y controla la expresión de más de 250 genes antioxidantes. Durante el ejercicio, el aumento de ERO disocia Nrf2 de KEAP1, su inhibidor citoplasmático, permitiéndole translocarse al núcleo y activar genes antioxidantes. Esta respuesta es crucial para proteger al músculo del estrés oxidativo y facilitar la recuperación y adaptación muscular.
Activación de la vía NF-κB
La activación de NF-κB, otro factor de transcripción sensible a redox, regula la expresión de varias enzimas antioxidantes. Durante el ejercicio, la liberación de ERO permite que NF-κB se libere de su inhibidor IkB, promoviendo la activación de genes antioxidantes. Sin embargo, niveles excesivos de ERO pueden inhibir la actividad de NF-κB, destacando la necesidad de un equilibrio en la señalización redox para evitar el daño celular.
Evidencia de la importancia de las ERO en la adaptación al ejercicio de resistencia
Se han realizado varios estudios para confirmar que las ERO generadas durante el ejercicio son esenciales para la adaptación muscular. Por ejemplo, la inhibición de NOX2 y NOX4 reduce las adaptaciones al entrenamiento de resistencia y al ejercicio de alta intensidad, lo que confirma la importancia de las ERO en estos procesos. La eliminación de NOX4 en el endotelio capilar muscular disminuye la expresión de genes metabólicos importantes, lo que sugiere que las ERO producidas en el endotelio también influyen en la adaptación muscular al ejercicio.
Áreas de investigación futura
Aunque el papel de las ERO en la adaptación muscular está bien establecido, quedan muchas preguntas por responder. Por ejemplo, no se conoce con precisión cómo las ERO regulan la señalización redox en diferentes ubicaciones celulares ni cómo contribuyen las ERO generadas por PLA2 en comparación con las generadas por NOX. Además, se desconoce el impacto completo de la producción de ERO después del ejercicio en las adaptaciones a largo plazo. Estas áreas de investigación son prometedoras y ayudarán a esclarecer cómo el ejercicio modula la salud muscular y la resistencia.
Conclusión
La producción de ERO es fundamental para las adaptaciones al ejercicio de resistencia, enfatizando que la señalización redox es un proceso estrictamente regulado que permite obtener los beneficios completos del entrenamiento. Las ERO, lejos de ser meros agentes de daño, cumplen funciones de señalización esenciales que fomentan el crecimiento, la protección y la eficiencia del músculo esquelético.
Acceso libre al artículo original en: https://www.fisiologiadelejercicio.com/wp-content/uploads/2024/11/Reactiveoxygenspeciespromoteenduranceexercise-inducedadaptationsin.pdf
Referencia completa:
Powers SK, Radak Z, Ji LL, Jackson M. Reactive oxygen species promote endurance exercise-induced adaptations in skeletal muscles. J Sport Health Sci. 2024 Nov;13(6):780-792. doi: 10.1016/j.jshs.2024.05.001.
