INSTITUTO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE INGENIERÍA EDUCATIVA
DOCTORADO EN CIENCIAS DE LA INVESTIGACIÓN DE LA ACTIVIDAD FISICA Y DEL DEPORTE
Asignatura: Genética y Deporte
Actividad de aprendizaje “El Podcast como instrumento digital de difusión de contenidos científicos informacionales “
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“La ISSUU como instrumento digital de difusión de Contenido científicos informacionales como plataforma digital de Ebooks en streaming”
Catedrático: Dr. Javier Eduardo Rojas Figueroa
Doctorante: Enrique Martinez Ruiz
Articulo: El ejercicio exhaustivo elimina el ritmo circadiano de REV-ERB-α y desvía la vía de la quinurenina hacia un perfil neurotóxico en ratones
Introducción
El músculo esquelético no solo participa en la locomoción, sino que también cumple funciones endocrinas, inmunológicas y metabólicas esenciales. Actúa como un órgano sensor y efector que se comunica con otros sistemas, incluyendo el sistema nervioso central, a través de mioquinas, metabolitos y mecanismos hormonales.
Introducción
Esta interacción, conocida como “comunicación músculo-cerebro”, es clave para el mantenimiento de la homeostasis sistémica, especialmente en el contexto del ejercicio físico. El papel del músculo como emisor de señales neuroactivas se ha vinculado al bienestar psicológico, la resiliencia al estrés y la modulación del sistema inmune.
Introducción
En este contexto, REV-ERB-α (NR1D1) emerge como una proteína nuclear central del reloj molecular circadiano. Su expresión oscila rítmicamente a lo largo del día y regula procesos como el metabolismo energético, la inflamación, la autofagia y la función mitocondrial. Esta oscilación puede verse alterada por factores externos como el estrés, la inflamación o el ejercicio físico intenso.
Introducción
Por otro lado, la vía de las quinureninas (KYN) es la principal ruta metabólica del triptófano y conduce a la formación de metabolitos neuroactivos, como el ácido quinolínico (QUIN, neurotóxico) y el ácido quinurénico (KYNA, neuroprotector) (Cervenka et al., 2017).
Introducción
Estudios previos han demostrado que el ejercicio moderado puede modular esta vía en beneficio de la salud mental, reduciendo los niveles de QUIN y aumentando KYNA, reforzando así la neuroprotección. Sin embargo, aún se desconoce si el ejercicio excesivo podría tener el efecto contrario. Este artículo aborda cómo una única sesión de ejercicio exhaustivo puede abolir la oscilación de REV-ERB-α y alterar la vía quinurénica, favoreciendo un perfil neurotóxico en tejidos clave como el músculo esquelético, la retina, el hígado y el hipocampo.
Objetivo
El objetivo principal del estudio fue evaluar si el ejercicio exhaustivo altera la expresión circadiana de REV-ERB-α y si induce una activación desregulada de la vía quinurénica del triptófano en ratones. Los autores plantean que el estrés metabólico inducido por el ejercicio extremo interrumpe la homeostasis cronobiológica y neurometabólica, promoviendo un entorno proinflamatorio y neurotóxico
Objetivo
La hipótesis central sugiere que la abolición del ritmo circadiano de REV-ERB-α podría estar directamente relacionada con la activación de genes proinflamatorios y el aumento de metabolitos neurotóxicos.
Metodología
El estudio utilizó ratones C57BL/6 jóvenes y saludables, distribuidos en seis grupos, en distintos puntos del ciclo circadiano (ZT0, ZT4, ZT8, ZT12, ZT16 y ZT20).
Todos fueron sometidos a una única sesión de ejercicio en cinta rodante hasta el agotamiento físico (aproximadamente 90 minutos), siguiendo un protocolo controlado.
Posteriormente, se recolectaron muestras de músculo gastrocnemio, hipocampo, retina e hígado.
Metodología
Las técnicas aplicadas incluyeron:
Cuantificación de la expresión génica de REV-ERB-α y genes del reloj circadiano (BMAL1, PER2, CRY1) mediante PCR.
Metodología
Las técnicas aplicadas incluyeron:
Medición de los niveles de mRNA de enzimas de la vía quinurénica: IDO1, KMO, TDO2, KYNU.
Metodología
Las técnicas aplicadas incluyeron:
Evaluación de los niveles de QUIN y KYNA mediante cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas.
Metodología
Las técnicas aplicadas incluyeron:
Cálculo del cociente QUIN/KYNA como indicador del perfil neurotóxico.
Metodología
Las técnicas aplicadas incluyeron:
Análisis estadístico multivariado y modelos de interacción circadiana para integrar datos moleculares y metabólicos.
Metodología
Este diseño permitió evaluar con alta precisión el impacto del ejercicio agudo sobre la cronobiología molecular y el metabolismo neuromodulador tanto en tejidos periféricos como centrales.
1. Alteración del ritmo circadiano de REV-ERB-α
2. Reprogramación de la vía quinurénica
3. Aumento del perfil neurotóx
4. Evidencia de estrés sistémico
Resultados
1. Alteración del ritmo circadiano de REV-ERB-α
En condiciones normales, REV-ERB-α presenta un patrón de oscilación circadiana bien definido en todos los tejidos analizados. Sin embargo, tras el ejercicio exhaustivo, este ritmo fue completamente abolido, especialmente en el músculo y el hipocampo. Esta pérdida de oscilación también se observó en genes clave del reloj como BMAL1, lo que sugiere una desincronización global del sistema circadiano (Zhang et al., 2015). Esta alteración indica un posible colapso funcional del reloj biológico a nivel sistémico.
Resultados
2. Reprogramación de la vía quinurénica
Se observó un aumento significativo en la expresión de IDO1, KMO, TDO2 y KYNU, enzimas que dirigen la conversión del triptófano hacia QUIN. Estos cambios se correlacionaron con una acumulación de QUIN y una disminución de KYNA, elevando notablemente el índice neurotóxico QUIN/KYNA (Agudelo et al., 2014). Esta reprogramación sugiere que el estrés inducido por el ejercicio modifica profundamente el metabolismo del triptófano, favoreciendo un estado potencialmente neurodañino.
Resultados
3. Aumento del perfil neurotóxico
El hipocampo mostró los cambios más pronunciados en el cociente QUIN/KYNA, indicando una vulnerabilidad particular del cerebro ante el estrés inducido por el ejercicio exhaustivo. Esta alteración se asocia con excitotoxicidad, neuroinflamación y riesgo de trastornos del estado de ánimo, incluyendo depresión y ansiedad (Heisler et al., 2015). También podría interferir con procesos cognitivos y emocionales, dado el papel central del hipocampo en la memoria y la plasticidad sináptica.
4. Evidencia de estrés sistémico
La retina y el hígado también mostraron alteraciones en los genes circadianos y en la vía del triptófano, lo que demuestra que el efecto del ejercicio exhaustivo no es local, sino sistémico (Logan & Sarkar, 2012). Estos resultados apoyan la noción de una respuesta orgánica generalizada al ejercicio extremo, con implicaciones para múltiples órganos.
Discusión
Este estudio muestra que el ejercicio físico, cuando se lleva al extremo, puede tener efectos agudos negativos sobre la regulación circadiana y la bioquímica cerebral. La interrupción del ritmo de REV-ERB-α y la activación de la vía neurotóxica de las quinureninas indican una disrupción profunda de la homeostasis neurometabólica. Esto puede generar un entorno inflamatorio que, lejos de ser adaptativo, podría inducir vulnerabilidad neuronal, particularmente en estructuras sensibles como el hipocampo (Cervenka et al., 2017).
Discusion
En contraste con los efectos beneficiosos del ejercicio moderado, esta evidencia apoya la hipótesis de una "dosis-respuesta" no lineal del ejercicio sobre el sistema nervioso. Es decir, mientras un estímulo controlado mejora la salud, una sobrecarga aguda puede desencadenar mecanismos patológicos.
Discusion
Los resultados resaltan el papel del músculo esquelético como órgano sensor que, al ser sobreestimulado, puede alterar funciones centrales a través de señales periféricas, incluyendo metabolitos derivados del triptófano. Esto enfatiza la necesidad de individualizar la prescripción del ejercicio, particularmente en contextos clínicos, poblaciones vulnerables o entornos de alta exigencia deportiva.
Discusion
Además, estos hallazgos podrían explicar en parte los síntomas de fatiga crónica, insomnio o alteraciones emocionales que experimentan ciertos atletas sometidos a entrenamientos muy intensos. La validación futura del cociente QUIN/KYNA como biomarcador permitirá evaluar con mayor precisión el riesgo neurometabólico inducido por el ejercicio.
Conclusiones
El ejercicio exhaustivo genera:
Supresión del ritmo circadiano de REV-ERB-α y BMAL1 en tejidos clave.
Conclusiones
El ejercicio exhaustivo genera:
Activación de enzimas de la vía de la quinurenina hacia un perfil neurotóxico.
Conclusiones
El ejercicio exhaustivo genera:
Aumento del cociente QUIN/KYNA en el hipocampo y músculo esquelético.
Conclusiones
El ejercicio exhaustivo genera:
Riesgo potencial de neurotoxicidad, inflamación y alteración de la salud mental.
Conclusiones
Los autores proponen que este modelo puede ser útil para estudiar mecanismos de neurodegeneración, fatiga crónica o desórdenes afectivos inducidos por sobreentrenamiento. Asimismo, abre la puerta a intervenciones nutricionales, farmacológicas y cronobiológicas que prevengan estos efectos adversos.
Bibliografia
Agudelo, L. Z., Femenía, T., Orhan, F., Porsmyr-Palmertz, M., Goiny, M., Martinez-Redondo, V., ... & Ruas, J. L. (2014). Skeletal muscle PGC-1α1 modulates kynurenine metabolism and mediates resilience to stress-induced depression. Cell, 159(1), 33–45. https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.07.051
Cervenka, I., Agudelo, L. Z., & Ruas, J. L. (2017). Kynurenines: Tryptophan’s metabolites in exercise, inflammation, and mental health. Science, 357(6349), eaaf9794. https://doi.org/10.1126/science.aaf9794
Heisler, J. M., O’Connor, J. C., Dinan, T. G., & Cryan, J. F. (2015). Enhancing kynurenine-aminotransferase activity via PGC-1α activation: A novel approach to treating neuroinflammation. Journal of Neuroinflammation, 12, 73. https://doi.org/10.1186/s12974-015-0286-8
Logan, R. W., & Sarkar, D. K. (2012). Circadian nature of immune function. Molecular and Cellular Endocrinology, 349(1), 82–90. https://doi.org/10.1016/j.mce.2011.08.039
Zhang, R., Lahens, N. F., Ballance, H. I., Hughes, M. E., & Hogenesch, J. B. (2015). A circadian gene expression atlas in mammals: Implications for biology and medicine. PNAS, 111(45), 16219–16224. https://doi.org/10.1073/pnas.1408886111