Mbi biçikletë: “Si i përgjigjen muskujt ushtrimeve fizike” Understand article

Përkthyer nga: Klodiana Jani. Të gjithë e dimë se ushtrimi fizik na bën më të shëndetshëm dhe më të fortë fizikisht; - Por cfarë ndryshimesh ndodhin në qelizat tona që këto të bëhen të mundura?

Imazhi është mjeshtëri e Let
Ideas Compete; burimi i
imazhit: Flickr

Herën tjetër që jeni duke u stërvitur në palestër, ose duke vrapuar rrugëve, mendoni këtë: ideja e “kujtesës së muskujve” – që ushtrimi i sotëm krijon efekte tek muskujt në vitet që vijnë – asnjëherë nuk ka qenë e vërtetuar shkencërisht. A ekziston me të vërtetë, dhe nëse po, si funksionon?

Figura 1: Një gjilpërë biopsie
është përdorur për të marrë
një fragment muskuli nga
këmba e një pjesëmarrësi në
studim. Ky ind mund të
zbulojë se çfarë ndryshimesh
ndodhin në fibrat muskulore
në përgjigje të llojeve të
ndryshme të ushtrimit

Imazhi është mjeshtëri e
Maléne Lindholm dhe Susanna
Wallman Appel

Këto janë disa nga pyetjet që ne shpresojmë t’i japim përgjigje në vazhdim të kërkimit tonë shkencor, i cili synon të përcaktojë se cilat janë ndryshimet që ndodhin në muskuj kur ne ushtrohemi, dhe se si muskujt tanë ‘dinë’ t’i përgjigjen ndryshe, për shembull, trajnimit të rezistencës kundrejt trajnimit të forcës.

Një ekip i madh vullnetarësh është duke na ndihmuar për të hetuar këto pyetje. Ata, jo vetëm duhet të ngasin biçikletën deri në ezaurim të energjive në palestrën tonë, por ne, para dhe pas një javë regjimi stërvitje intensive, që zgjat për disa javë, marrim me anastezi lokale një kampion të vogël prej muskujve të tyre të këmbës (figura 1). Qëllimi i kërkimit tonë është që të ndihmojë njerëzit të zgjedhin programet e tyre të trajnimit për përshtatshmëri maksimale, dhe për të zhvilluar, potencialisht, mjekime të reja për njerëzit, të cilët nuk mund të kryejnë ushtrime fizike sepse janë të paralizuar ose sepse vuajnë nga sëmundje të kyçeve.

Figura 2: Para studimeve
gjatë stërvitjes,
pjesëmarrësit kryejnë një
test në të cilin mblidhet i
gjithë ajri i nxjerrë prej tyre
dhe matet sasia e oksigjenit
e thithur nga trupi. Kjo
siguron informacion mbi
nivelin e shëndetit dhe
përshtatshmerinë e zemrës
dhe mbi punën e muskujve
të çdo pjesëmarrësi

Imazhi është mjeshtëri e
Maléne Lindholm dhe Susanna
Wallman Appel

Ne vlerësojmë përshtatshmërinë e vullnetarëve tanë para dhe pas pjesëmarrjes në studim duke matur furnizimin maksimal të mushkërive të tyre me oksigjen. Ata ngasin një biçikletë kundër rezistencës në rritje deri sa rraskapiten, ndërsa mbajnë një maskë që mat konsumin e oksigjenit (figura 2). Kjo na jep informacion në lidhje me kapacitetin e pompimit të zemrës dhe metabolizmin e muskujve që punojnë – të dy faktorë që lidhen me nivelin e përshtatshmërishë së personit.

Më pas ne studiojmë indet e muskujve nga biopsitë ose duke i prerë në feta e ngjyrosur dhe pastaj duke i parë në mikroskop (figura 3), ose duke i veçuar indet dhe matur nivelet e molekulave të veçanta.

Sigurisht, ne tashmë e dimë se ushtrimi i rregullt jep rezultate të mira të shëndetit. Individët që janë fizikisht aktivë kanë një rrezik më të ulët për të zhvilluar sëmundje kardiovaskulare, tipin e dytë të diabetit dhe disa lloje të kancerit. Edhe një sasi e moderuar e aktivitetit të përditshëm fizik, për shembull 30 minuta ecje e shpejtë, është e mjaftueshme për të pasur shumë përfitime. Dhe përfitimet janë më të mëdha nëse kryejmë më shumë ushtrime fizike.

Figura 3: Një mikroskop
është përdorur për të shikuar
ndryshimet që ndodhin
brenda fibrave muskulore në
përgjigje të stërvitjes. Lloje
të ndryshme të ngjyrave
mund të zbulojnë struktura
të ndryshme brenda qelizës.
Këtu, një ndryshim specifik
i histonit është ngjyrosur
me të kuqe, berthamat nëblu
dhe membrana qelizore në të
gjelbër. Për të parë nëse ka
ndodhur një ndryshim, ne do
ta krahasojmë atë me një
imazh të marrë para
trajnimit. Kliko mbi imazhin
per ta zmadhuar

Imazhi është mjeshtëri e
Maléne Lindholm dhe Susanna
Wallman Appel

Kjo nuk është vetëm një çështje se sa shumë ushtrojmë, por edhe se çfarë lloji dhe sa intensiv është ai: lloje të ndryshme të ushtrimit prodhojnë efekte të ndryshme në trup. Trajnimi i rëndë i rezistencës, si për shembull ngritja e peshave, shkakton rritjen e muskujve skeletik dhe si rrjedhojë siguron një rritje të forcës, ndërsa ushtrimet e rregullta të durimit, si për shembull vrapimet në distancë të gjatë, çiklizmi, ose gjimnastika, përmirësojnë përshtatshmërine dhe zvogëlojnë lodhjen.

Si arrijnë ushtrimet e rregullta të durimit të prodhojnë këto efekte? Me kalimin e kohës, zemra fiton aftësinë për të pompuar më shumë gjak dhe mbas dy muajve trajnimi, vaza të reja të vogla të gjakut (kapilarët) formohen rreth qelizave muskulare për të siguruar një furnizim më të mirë me oksigjen. Gjithashtu, numri i mitokondrive- ‘termocentralet’ e qelizave – rritet. Brenda mitokondrisë, enzimat përdorin oksigjenin për të shndërruar sheqerin dhe yndyrat në energji të përdorshme. Sa më tepër mitokondri të kenë muskujt, aq më shumë sheqer dhe yndyrë tretin ata dhe aq më shumë energji çlirohet.

Por, ajo që ne ndoshta ende nuk perceptojmë është pikërisht se si ushtrimi fizik shkakton ndryshime të tilla. Ne jemi duke ndjekur këtë pyetje në dy drejtime: së pari: në ç’mënyrë stërvitja prodhon më shumë mitokondri në qelizat e muskujve skeletik? Dhe së dyti, në ç’mënyrë stërvitja e ndryshon mënyrën se si ADN-ja e qelizës është përdorur?

Ndërtimi i Mitokondrisë

Mitokondritë janë ndërtuar nga molekulat e proteinave, kështu që faktorët që rrisin prodhimin e proteinave mitokondriale mund të rrisin dhe numrin e mitokondrieve në një qelizë. Një faktor që vepron si një rregullator i rëndësishëm i prodhimit të proteinave mitokondriale është një molekulë e quajtur PGC-1α (figura 4).

Figura 4: PGC-1α është një faktor i njohur që rregullon numrin e mitokondrive në fibrat e muskulit skeletik, duke ndikuar në këtë mënyrë tek durimi. Ndryshimet që ndodhin gjatë ushtrimit fizik stimulojnë prodhimin e kësaj proteine, e cila vepron në bashkëpunim me faktorët e specializuar të transkriptimit (PPAR dhe NRF-1) për të prodhuar komponente mitokondriale. Kliko mbi imazhin per ta zmadhuar
Imazhi është mjeshtëri e Susanne Mükusch
Përshtypja e artistit për një
seksion transversal të një
mitokondrie, që tregon
strukturën e brendshme të
palosur tek membrana.
Kliko mbi imazhin për

Imazhi është mjeshtëri e
Mariana Ruiz Villarreal;
burimi i imazhit:
Wikimedia Commons

Për një gjen qe të shprehet – do me thënë, për të prodhuar një proteinë – informacioni i ADN-së i mbajtur në bërthamën e qelizës duhet së pari të kopjohet, ose transkriptohet mbi një molekulë ARN-je që mbart informacionin gjenetik nga ADN-ja. Pastaj, ARN-ja informative (ARNi) zhvendoset jashtë bërthamës, në ato vende të qelizës ku molekulat proteinike janë sintetizuar.

Proçesi i transkriptimit është i kontrolluar nga molekulat e lidhura me ADN-në, të ashtu quajtura faktorët e transkriptimit. Këto i bashkangjiten ADN-së në vende shumë të veçanta, duke bllokuar apo ndihmuar në këtë mënyrë proçesin e transkriptimit. PGC-1α vepron në bashkëpunim me faktorët e transkriptimit për të nxitur shprehjen e shumë gjeneve që kodojnë për proteinat mitokondriale.

Kohët e fundit ne kemi zbuluar se një variant i PGC-1α nuk është tërësisht i pranishëm para ushtrimit fizik, por nivelet e larta të saj mund të gjenden, pas një ore çiklizmi.

Kjo sugjeron se gjenet e caktuara janë nxitur vetëm nga ushtrimi, dhe kjo mund të jetë një çelës për efektet e stërvitjes në shëndet. Ne tani jemi duke hetuar modulatorët e mundshëm të proteinës PGC-1α, të cilët mund t’i bashkëngjiten kësaj proteine per të rritur ose ulur aktivitetin e saj në rritjen e prodhimit të proteinave mitokondriale.

Faktorët Epigjenetik

e jemi gjithashtu duke eksploruar efektin e mundshëm të ushtrimit fizik në epigjenetikën. Ndryshimet epigjenetike ndikojnë ADN-në pa prekur informacionin e koduar gjenetik brenda saj. Në qelizat tona, ADN-ja është mbështjellur rreth proteinave në formë monedhë të ashtu quajtura histone. Ngjitja e molekula të vogla kimike në vargjet e ADN-së ose në histonet ndikon në aftësinë e faktorëve të transkriptimit, për të arritur gjenet e tyre. Për shembull, lidhja i një molekule metil (CH3) tek ADN-ja në përgjithësi i bën gjenet e gjendur në afërsi më pak të arritshëm për faktorët e transkriptimit dhe si rrjedhojë më pak aktiv, ndërsa lidhja e një grupi acetil (COCH3) tek histonet zakonisht relakson atë pjesë të ADN-së, duke e bërë atë më të arritshme për transkriptimin (figura 5).

Figura 5: Lidhja e një molekule metil (CH3) në ADN-në, në përgjithësi, i bën gjenet e gjendur në afersi më pak të arritshme dhe për rrjedhojë edhe më pak aktive (A), ndërsa lidhja e një grupi acetyl (COCH3) në histone, zakonisht relakson atë pjesë të ADN-së, duke e bërë atë më të arritshme për transkriptimin (B)
Figura e përshtatur me leje nga Fondi i Përbashkët NIH (për origjinalen, shiko: http://commonfund.nih.gov/Epigenomics/epigeneticmechanisms.aspx)

Duke përdorur materiale biopsie nga vullnetarët tanë, ne synojmë për të parë nëse efekte të tilla epigjenetike mbeten pas një periudhe të gjatë pa trajnim fizik, dhe nëse këto ndikojnë gjithashtu mënyrën se si një individ i përgjigjet një periudhe të mëvonshme trajnimi. Bazuar në rezultatet e këtyre eksperimenteve, ne do të jemi në gjendje për të hetuar nëse ‘kujtesa e muskujve’ ekziston me të vërtetë dhe, nëse po, si ndodh kjo.

Njohje

Autorët dëshirojnë të falënderojnë Profesorin Carl Johan Sundberg për dhënien e mundësisë për të punuar në laboratorin e tij dhe për të dhënat e vlefshme të siguruara për këtë artikull.


Resources

  • Për të mësuar më shumë rreth rolit të ushtrimit fizik në parandalimin dhe trajtimin e sëmundjeve të ndryshme, shiko:
  • Për më shumë informacione në lidhje me efektet fiziologjike të ushtrimit fizik, shiko:
    • Wilmore JH, Costill DL, Kenney WL (2007) Physiology of Sport and Exercise 4th edition. Champaign, IL, USA: Human Kinetics. ISBN: 9780736055833

    • BBC’s GCSE Bitesize faqa e internetit ka një burim të quajtur ‘effects of training and exercise’ (efektet e trajnimit dhe stërvitjes). Ajo ka për synim studentët e moshës 14 – 16 vjeçare.

    • How the body responds to exercise’ (Si i përgjigjet trupi ushtrimit fizik) video tek faqja e internetit e mësim-dhënësit Amerikan

    • Where do you get your energy’ (Ku e gjeni energjinë tuaj) tek faqja e internetit e mësim-dhënësit Amerikan

  • Artikujt e mëposhtëm kërkimore ofrojnë më shumë informacion në lidhje me detajet shkencore

Author(s)

Maléne Lindholm dhe Susanna Wallman Appel po kryejnë doktoraturën mbi efektet e ushtrimit në funksionimin e muskujve skeletik të njeriut dhe njëkohësisht në përfitimet shëndetësore përkatëse. Që të dyja zotërojnë një diplomë master në biomjekësi nga Instituti i Karolinskës në Stokholm, Suedi, ku ata gjithashtu japin mësim në degën fiziologji.


Review

Ushtrimi është një aktivitet i lidhur (ose që duhet të lidhet) me çdo njeri në planet, dhe si e tillë, i është kushtuar një vëmendje e veçantë për shumë dekada. Edhe pse përfitimet e mundshme nga ushtrimi fizik janë të mirënjohura, shkaku i këtyre përfitimeve është kryesisht i panjohur. Ky artikull pasqyron disa nga faktorët gjenetike që mund të ndikojnë në rezultatet pozitive të vërejtura në gjendjen fizike të një individi, i cili kryen ushtrime fizike.

Biologët dhe personat e tjerë me një njohje më modeste të gjenetikës, duke përfshirë studentët e biologjisë të shkollës së mesme, ndoshta do t’i gjejnë me interes informacionet e këtij artikull. Ata madje mund të jenë të motivuar per të menduar mbi mënyra alternative se si ushtrimet fizike mund të çojnë në përfitime shëndetësore.


Michalis Hadjimarcou, Qipro




License

CC-BY-NC-ND