Na sua bicicleta: como os músculos reagem ao exercício físico Understand article

Traduzido por Maria João Fonseca. Todos sabemos que o execício nos faz ficar em forma e mais saudáveis – mas que modificações ocorrem nas nossas células para que isto aconteça?

Da próxima vez que estiver a fazer exercício no ginásio, ou a percorrer as ruas a correr ou a fazer jogging, pense nisto: a ideia de ‘memória muscular’ – que o exercício físico que fazemos hoje tem efeitos nos nossos músculos daqui a alguns anos – nunca foi demonstrada cientificamente. Será que existe e, se existir, como funciona?

Estas são algumas das questões a que esperamos dar resposta com a investigação que estamos actualmente a desenvolver, a qual tem como objectivo identificar as alterações que ocorrem nos músculos quando fazemos exercício físico, e perceber como é que os nossos músculos reagem de forma específica a, por exemplo, treino de resistência e treino de força.

A ajudar-nos a investigar estas questões, está uma grande equipa de voluntários. Para além de terem que pedalar até à exaustão no nosso ginásio, antes e depois de um regime de exercício físico extenuante que dura algumas semanas, nós recolhemos uma pequenina amostra do músculo das suas pernas, sob o efeito de anestesia local (figura 1). O objectivo da nossa investigação é auxiliar as pessoas a optimizarem os seus programas de treino para obterem os melhores resultados possíveis, e potencialmente ajudar a desenvolver novos tratamentos para pessoas que não podem praticar exercício físico por estarem paralisadas ou terem problemas nas articulações.

Nós avaliamos a condição física dos nossos voluntários antes e depois da sua participação nos estudos, através da medição do seu consumo máximo de oxigénio. Eles pedalam numa bicicleta estática com resistência crescente até à exaustão, enquanto usam uma máscara que permite analisar o seu consumo de oxigénio (figura 2). Isto dá-nos informação acerca da capacidade cardíaca e do metabolism dos músculos activos – ambos factores associados com a condição física.

De seguida estudamos o tecido muscular das biópsias, quer através do corte e coloração do tecido, seguida da sua observação microscópica (figura 3), ou desfazendo o tecido e medindo os níveis de moléculas específicas.

Claro que já sabemos que o exercício físico regular tem benefícios para a saúde. Os indivíduos fisicamente activos têm um menor risco de desenvolver doenças cardiovasculares, diabetes de tipo II e determinados tipos de cancro. Até uma quantidade moderada de actividade física diária, por exemplo 30 minutos de caminhada, é suficiente para se conseguirem muitos dos benefícios. E quanto mais exercício, maiores os benefícios.

Contudo, não é apenas uma questão de quanto exercício físico realizamos, mas também de que tipo de exercício se trata e de quão intenso é: diferentes tipos de exercício produzem diferentes efeitos no corpo. O treino de alta resistência, tal como o levantamento de pesos, leva ao crescimento dos músculos esqueléticos, aumentando a força, enquanto o exercício de resistência regular, por exemplo corrida de longa distância, ciclismo ou aeróbica, melhora a condição física e reduz a fatiga.

De que modo o exercício de resistência regular produz estes efeitos? Ao longo do tempo, o coração desenvolve a capacidade de bombear maiores volumes e após alguns meses de treino, formam-se pequenos vasos sanguíneos (capilares) em torno das células musculares de forma a asseguar um bom fornecimento de oxigénio. Para além disso, o número de mitocôndrias – as ‘centrais energéticas’ da célula – aumenta. No interior da mitocôndria, há enzimas que usam o oxigénio para converter açúcares e lípidos digeridos em energia utilizável. Quantas mais mitocôndrias tiverem os músculos, maiores quantidades de gordura e açúcar conseguem metabolizar e mais energia conseguem libertar.

Mas aquilo que ainda não compreendemos é exactamente como o exercício físico provoca essas modificações. Estamos a abordar esta questão segundo duas linhas: primeiro, como é que o exercício leva ao aparecimento de mais mitocôndrias nas células musculares? E segundo, como é que o exercício muda a forma como o DNA da célula é utilizado?

A construir mitocôndrias

As mitocôndrias são produzidas a partir de moléculas proteicas, pelo que os factores que promovem a produção de proteínas mitocondriais, podem levar ao aumento do número de mitocôndrias numa célula. Um factor que actua como um regulador chave da produção de proteínas mitocondriais é uma molécula designada por PGC-1 α (figura 4).

Para que um gene seja expresso – isto é, utilizado na produção de uma proteína – a informação do DNA contido no núcleo deve primeiro ser copiada, or transcrita, numa molécula de mRNA. As moléculas de mRNA deslocam-se então para fora do núcleo até locais da célula em que as moléculas proteicas são produzidas.

O processo de transcrição é controlado por moléculas que se ligam ao DNA, designadas por factores de transcrição. Estes ligam-se à cadeia de DNA em locais muito específicos, bloqueando ou promovendo o processo de transcrição. A PGC-1α actua conjuntamente com factores de transcrição para promover a expressão de muitos genes que codificam para proteínas mitocondriais.

Descobrimos recentemente que uma variante da PGC-1α não está de todo presente antes do exercício físico, mas podem encontrar-se níveis elevados desta molécula após apenas uma hora a andar de bicicleta.

Isto sugere que certos genes são activados exclusivamente pelo exercício físico, e isto pode ser uma pista para perceber os efeitos do exercício físico na saúde. Estamos agora a investigar possíveis moduladores moleculares da PGC-1α, que se podem ligar a esta proteína para aumentar ou diminuir a sua actividade ao nível da promoção de proteínas mitocondriais.

Factores epigenéticos

Também estamos a explorar o possível impacto do exercício físico na epigenética. As modificações epigenéticas afectam a forma como o DNA é utilizado, sem afectar a informação genética nele contida. Nas nossas células, o DNA está disposto em torno de proteínas com forma de moeda designadas por histonas. A ligação de pequenas moléculas químicas à cadeia de DNA ou às histonas, afecta a capacidade dos factores de transcrição alcançarem os seus genes alvo. Por exemplo, adicionar uma molécula de metilo (CH₃) ao DNA geralmente torna os genes adjacentes menos acessíveis e, por isso, menos activos, enquanto que adicionar um grupo acetilo (COCH₃) a histonas normalmente afrouxa essa parte da cadeia de DNA, tornando-a mais acessível para transcrição (figura 5).

Utilizando o material das biópsias dos nosso voluntários, tencionamos verificar se estes efeitos epigenéticos se mantêm após um período prolongado sem actividade física, e se influenciam o modo como um indivíduo responde a um período posterior de treino.Com base nos resultados destas experiências, seremos capazes de investigar se a ‘memória muscular’ realmente existe e, se existir, como é que isto se processa.

Agradecimentos

As autoras gostariam de agradecer ao Professor Associado Carl Johan Sundberg pela oportunidade de trabalhar no seu laboratório e pelos valiosos comentários sobre este artigo.

Download

Download this article as a PDF