L'esercizio fisico ha molti benefici, tra cui l'incremento delle difese contro le complicazioni che si verificano durante le infezioni SARS-CoV-2. Julien McRoberts/Getty Images
Gli scienziati stanno costantemente rivelando i benefici recentemente scoperti dell'esercizio. In esperimenti negli ultimi 10 anni, il mio riparazioni ha scoperto che l'esercizio fisico può aiutare con un problema respiratorio noto come ARDS.
L'ARDS è un tipo di insufficienza respiratoria caratterizzata da una rapida insorgenza di infiammazione diffusa nei polmoni che impedisce all'ossigeno di raggiungere gli organi. È stato segnalato in molti pazienti COVID-19.
Sono un fisiologo dell'esercizio con formazione in medicina. Più di 30 anni fa, ho rinunciato alla mia carriera in chirurgia generale in Cina e sono venuto negli Stati Uniti per perseguire una carriera di ricerca di base nella fisiologia dell'esercizio fisico, poiché sono rimasto incuriosito dai superbi benefici per la salute dell'esercizio fisico regolare.
Più recentemente ho pensato al potenziale impatto dell'esercizio fisico regolare nella prevenzione di questa mortale complicazione di COVID-19. Non ho fatto alcun esperimento specifico su COVID-19, ma il mio lavoro con i topi può informare altri ricercatori che esplorano i modi per proteggere le persone che soffrono di ARDS.
Che cos'è l'ARDS?
A causa di morte per il 3% -17% dei pazienti infetti da SARS-CoV-2 è ARDS. I pazienti COVID-19 con questa triste complicazione clinica hanno a tasso di mortalità superiore al 50%.
In particolare, l'ARDS può verificarsi quando l'infezione virale delle cellule nei polmoni attiva il sistema immunitario e attira i globuli bianchi per viaggiare attraverso il flusso sanguigno verso il tessuto polmonare per combattere l'infezione virale.
Tuttavia, quando troppi globuli bianchi compaiono contemporaneamente nel tessuto polmonare, possono causare danni al tessuto polmonare. Questo perché producono troppe molecole dannose chiamate radicali liberi che rompono le proteine, la membrana cellulare e il DNA.
Di conseguenza, i vasi sanguigni nel polmone si perdono, causando l'accumulo di liquido nel tessuto polmonare e le sacche d'aria del polmone si riempiono di liquido. Questo impedisce a quelle stesse sacche d'aria, chiamate alveoli, di riempirsi di aria, impedendo all'ossigeno presente nell'aria di penetrare nel sangue. I pazienti muoiono per privazione di ossigeno.
Le cellule che rivestono i nostri vasi sanguigni sono cellule endoteliali di forma piatta. Un primo passo in questo complicato processo della malattia ARDS è il rivestimento del vaso sanguigno che diventa appiccicoso per i globuli bianchi producendo proteine appiccicose sulla superficie cellulare, un fenomeno chiamato attivazione delle cellule endoteliali.
Questo innesca un circolo vizioso; maggiore è l'attivazione delle cellule endoteliali, più i radicali liberi rilasciano i globuli bianchi. Questo a sua volta distrugge le cellule endoteliali, facendo perdere di più i vasi sanguigni e danneggiando il tessuto polmonare.
Un antiossidante indotto dall'esercizio fisico nel nostro corpo
Più di 10 anni fa ho iniziato a studiare il ruolo protettivo degli enzimi antiossidanti indotti dall'esercizio fisico contro la perdita di dimensioni muscolari. La mia ricerca ha dimostrato quell'esercizio di resistenza promuove la produzione di un antiossidante chiamato superossido dismutasi extracellulare (EcSOD) che scompone il superossido di radicale libero all'esterno delle cellule.
EcSOD è l'unico enzima antiossidante che viene secreto nel sangue che raggiunge altri organi vitali e si lega alle cellule endoteliali e ad altre cellule attraverso una struttura legante unica dell'enzima. Questo rende EcSOD diverso da qualsiasi pillola antiossidante supplementare o cibo ricco di antiossidanti che possiamo consumare. Un antiossidante orale, una volta assorbito nel sangue, non prende di mira un determinato organo per fornire protezione, mentre EcSOD si attacca a organi specifici.
Quando ho visto per la prima volta l'evidenza di un aumento dell'ECSOD nel muscolo scheletrico attraverso l'allenamento di esercizi aerobici, sono stato ispirato a fare un esperimento in cui ho testato se aumentare la quantità di questo enzima attraverso l'ingegneria genetica, anziché naturalmente attraverso l'esercizio, avrebbe fornito protezione da varie malattie in cui è noto che i radicali liberi svolgono ruoli importanti, come l'atrofia muscolare e l'insufficienza cardiaca.
EcSOD in protezione contro ARDS
Ho progettato un mouse che ha prodotto più EcSOD nei muscoli scheletrici rispetto a quelli tipici del topo per imitare gli effetti dell'allenamento aerobico. Abbiamo ottenuto chiaro evidenza che questi topi erano protetti dall'atrofia muscolare ed insufficienza cardiaca indotta dal diabete.
Ho quindi innescato artificialmente ARDS nei topi iniettando nei topi una sostanza chimica prodotta da batteri che sono noti per causare questa condizione. Con mia piacevole sorpresa, sono stati i topi geneticamente modificati con concentrazioni più elevate di EcSOD nel sangue molto più probabilità di sopravvivere alle gravi ARDS e insufficienza multipla di organi rispetto a una triste mortalità nei topi tipici. Ciò imita la situazione in terapia intensiva in cui oltre l'80% dei pazienti muore quando soffre del fallimento di più organi, tra cui l'ARDS.
Ho quindi confermato che in effetti era l'ECSOD nei topi geneticamente modificati a fornire la protezione. Quando ho eseguito un esperimento in cui un topo geneticamente modificato condivideva il sangue con un topo normale a seguito di una procedura chirurgica chiamata parabiosi, oppure ho prelevato il sangue da un topo con un ecSOD elevato e lo ho trasfuso in un topo normale affetto da ARDS, il topo normale si gravità di ARDS e marcatori di sangue clinici di insufficienza multipla di organi. Utilizzando varie tecnologie biochimiche e di imaging, abbiamo visto le prove di una riduzione dell'attivazione delle cellule endoteliali e della riduzione dei danni alle proteine, alla membrana cellulare e al DNA causati dai radicali liberi nel tessuto polmonare.
Impara dall'esercizio
Questi studi hanno fornito prove di principio che la consegna del gene o della proteina EcSOD per elevare la quantità di EcSOD nel sangue e negli organi vitali può essere un intervento efficace per la protezione dei polmoni e di altri organi vitali contro i danni causati da ARDS e insufficienza multipla di organi.
Le mie scoperte sui topi possono ispirare altri ricercatori a trovare modi innovativi per prevenire e curare la mortale complicazione di COVID-19.
Ad esempio, studi futuri potrebbero identificare il tipo di esercizio, l'intensità e la durata per aumentare in modo ottimale i livelli di EcSOD nei polmoni e altri organi vitali nell'uomo per costruire la difesa contro complicazioni mortali di COVID-19 o altre condizioni di malattia. Naturalmente, i risultati potrebbero ispirare la ricerca per favorire terapie farmacologiche, proteiche o geniche per il trattamento di pazienti con COVID-19 con ARDS.
La storia antiossidante EcSOD è solo una delle tante sui benefici per la salute dell'esercizio fisico. Credo che possiamo imparare dall'esercizio fisico per sviluppare terapie efficaci per il trattamento di ARDS causate da COVID-19 e altre condizioni di malattia.
Circa l'autore
Zhen Yan, professore di medicina cardiovascolare, University of Virginia
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
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