Un atlas molecular revela cómo el ejercicio transforma 22 tejidos del cuerpo

El ejercicio físico se asocia con una menor mortalidad y con beneficios frente a las enfermedades cardiovasculares y el cáncer. Sin embargo, sus efectos van más allá de los músculos y no se manifiestan de la misma manera en todos los órganos.

Para entender mejor esas diferencias, un equipo del Instituto Salk elaboró un atlas molecular, es decir, un mapa que reúne información sobre los cambios que produce el entrenamiento en el organismo. El trabajo, publicado en la revista Cell, describe cómo se modifican los tejidos, las células y distintos procesos biológicos.

El desafío no es menor. Los estudios realizados en personas suelen contar con muestras de sangre y de unos pocos músculos, por lo que todavía se conoce poco sobre la respuesta de otros órganos. También quedaba por determinar cómo influyen factores como el sexo y la hora en que se realiza la actividad.

Para responder esas preguntas, el equipo analizó durante ocho semanas a ratones machos y hembras que corrieron voluntariamente. Reunió muestras de 22 tejidos y aplicó distintas técnicas para registrar los cambios asociados con la actividad física.

Cada tejido reaccionó de una manera distinta al entrenamiento

En el Instituto compararon esos animales con otros que permanecían sedentarios. También recolectaron muestras durante las fases de actividad y descanso, lo que permitió evaluar la influencia del reloj biológico, el sistema interno que regula los momentos de actividad y descanso, en la respuesta del organismo.

El primer análisis se centró en el ARN, una molécula que permite saber qué genes están trabajando en cada tejido. Los resultados indicaron que el ejercicio modificó la actividad de casi la mitad de los genes en al menos uno de los 22 tejidos analizados. Aun así, ningún gen respondió de la misma manera en todo el organismo.

Esa diversidad ayuda a entender por qué no existe una explicación única de los beneficios de la actividad física. Los músculos encargados del movimiento concentraron la mayor cantidad de cambios genéticos, pero también hubo modificaciones en otros órganos y sistemas.

“El ejercicio no solo cambia nuestros músculos, sino muchos de nuestros órganos y células en distintos niveles, algunos a corto plazo y otros a largo plazo”, afirmó Geraldine Maier, científica del Instituto Salk, en el comunicado institucional. Según explicó, el diseño del experimento permitió observar diferencias entre tejidos y sexos, además de estudiar células individuales en los músculos.

También hubo diferencias según el horario. La mayor parte de los tejidos mostró más cambios durante la fase activa de los animales. El hipotálamo, el riñón y el pulmón fueron las excepciones. A su vez, las hembras presentaron modificaciones más amplias en la actividad de sus genes que los machos.

El análisis célula por célula reveló cambios que antes quedaban ocultos

Para estudiar los músculos de las patas con mayor detalle, el equipo analizó células individuales. Los estudios habituales observan un tejido completo y ofrecen un resultado promedio. Este método, en cambio, permite separar a las células según su función e identificar cuáles cambian con el ejercicio.

Los científicos también estudiaron la metilación del ADN, una señal química que puede regular la actividad de los genes sin alterar la información genética. Puede entenderse como una marca que indica qué instrucciones debe usar una célula. Estas señales pueden conservarse más tiempo que otros cambios registrados durante el entrenamiento.

Según se detalla en el estudio, el ejercicio modificó esas marcas en algunos tipos de células musculares, mientras que otros no mostraron cambios. El comunicado precisa que es el primer trabajo que analiza la metilación de células individuales del músculo después de la actividad física.

“Los estudios de célula única son tan importantes porque hay muchos cambios específicos de cada tipo celular que se pierden en la secuenciación masiva”, afirmó Manoj Hariharan, ex científico sénior del Instituto Salk, en el comunicado institucional. Hariharan sostuvo que los resultados podrían impulsar nuevos mapas que reúnan información de cada célula y de sus distintas funciones.

El trabajo también midió moléculas pequeñas presentes en ocho tejidos y en el plasma. Ese análisis permite conocer sustancias que las células producen o utilizan para obtener energía y cumplir sus funciones. Además, los investigadores observaron las proteínas de cuatro músculos de las patas, ya que son las moléculas que realizan buena parte de las tareas indicadas por los genes.

Al reunir todos esos datos, los autores obtuvieron una imagen más completa de la respuesta al ejercicio. El resultado muestra que el organismo no reacciona de forma uniforme, sino que cada tejido y cada tipo de célula se adapta según sus características, el sexo y el momento del día.

Una combinación de 51 genes podría servir para estudiar la salud muscular

Con los datos reunidos, los científicos identificaron una combinación de 51 genes que permite distinguir entre músculos entrenados y sedentarios en ratones y seres humanos. Esta combinación reúne señales genéticas que, en conjunto, ayudan a reconocer el efecto del entrenamiento sobre el músculo.

La herramienta podría contribuir a la búsqueda de biomarcadores, es decir, indicadores que permitan estudiar la pérdida de masa o función muscular. El trabajo no propone un uso médico inmediato, pero ofrece información para futuras investigaciones sobre recuperación, rendimiento y salud muscular.

“Nuestro atlas proporciona un recurso integral para comprender las adaptaciones moleculares sistémicas al ejercicio de resistencia”, afirmó Ramesh Ramasamy, ex biólogo computacional del Instituto Salk. El investigador señaló que los datos permitirán estudiar estrategias basadas en la actividad física, sola o junto con otras intervenciones.

El atlas es un punto de partida. Aún resta saber cuánto deben sostenerse las rutinas para que los cambios persistan y si las células conservan señales de esa experiencia. “Ahora que tenemos los datos, los laboratorios pueden identificar un gen o una vía metabólica que les resulte interesante y luego analizar ese mecanismo”, señaló Maier.