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Comprovado para proteger contra uma ampla gama de doenças, o exercício pode ser a mais poderosa intervenção antienvelhecimento conhecida pela ciência. No entanto, embora a atividade física possa melhorar a saúde durante o envelhecimento, seus efeitos benéficos inevitavelmente diminuem. Os mecanismos celulares subjacentes à relação entre exercício, condicionamento físico e envelhecimento permanecem pouco compreendidos.
Em artigo publicado no Anais da Academia Nacional de Ciências, pesquisadores do Joslin Diabetes Center investigaram o papel de um mecanismo celular na melhoria da aptidão física por meio do treinamento físico e identificaram uma intervenção antienvelhecimento que atrasou os declínios que ocorrem com o envelhecimento no organismo modelo. Juntas, as descobertas dos cientistas abrem as portas para novas estratégias para promover a função muscular durante o envelhecimento.
“O exercício tem sido amplamente empregado para melhorar a qualidade de vida e proteger contra doenças degenerativas e, em humanos, um regime de exercícios de longo prazo reduz a mortalidade geral”, disse o co-autor T. Keith Blackwell, MD, PhD, pesquisador sênior e chefe de seção de Islet Cell e Regenerative Biology em Joslin. “Nossos dados identificam um mediador essencial da capacidade de resposta ao exercício e um ponto de entrada para intervenções para manter a função muscular durante o envelhecimento”.
Esse mediador essencial é o ciclo de fragmentação e reparo das mitocôndrias, as estruturas especializadas, ou organelas, dentro de cada célula responsável pela produção de energia. A função mitocondrial é crítica para a saúde, e a interrupção da dinâmica mitocondrial – o ciclo de reparação de mitocôndrias disfuncionais e restauração da conectividade entre as organelas produtoras de energia – tem sido associada ao desenvolvimento e progressão de doenças crônicas relacionadas à idade, como doenças cardíacas e diabetes tipo 2.
“Como percebemos que nossos músculos passam por um padrão de fadiga e restauração após uma sessão de exercícios, eles estão passando por esse ciclo dinâmico mitocondrial”, disse Blackwell, que também é chefe interino da seção de imunobiologia da Joslin. “Nesse processo, os músculos gerenciam as consequências da demanda metabólica do exercício e restauram sua capacidade funcional”.
Blackwell e colegas – incluindo o co-autor Julio Cesar Batista Ferreira, PhD, Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo – investigaram o papel da dinâmica mitocondrial durante o exercício no organismo modelo C. elegans, um organismo simples e bem estudado espécies de vermes microscópicos freqüentemente usadas em pesquisas metabólicas e de envelhecimento.
Registrando o tipo selvagem de vermes C. elegans enquanto eles nadavam ou rastejavam, os pesquisadores observaram um declínio típico relacionado à idade na aptidão física dos animais durante os 15 dias de vida adulta. Os cientistas também mostraram uma mudança significativa e progressiva em direção a mitocôndrias fragmentadas e/ou desorganizadas nos animais idosos. Por exemplo, eles observaram em vermes jovens no dia 1 da idade adulta, uma única sessão de fadiga induzida por exercício após uma hora. A sessão de 60 minutos também provocou um aumento da fragmentação mitocondrial nas células musculares dos animais, mas um período de 24 horas foi suficiente para restaurar tanto o desempenho quanto a função mitocondrial.
Em vermes mais velhos (dia 5 e dia 10), o desempenho dos animais não voltou à linha de base em 24 horas. Da mesma forma, as mitocôndrias dos animais mais velhos passaram por um ciclo de fragmentação e reparo, mas a reorganização da rede ocorrida foi reduzida em comparação com a dos animais mais jovens.
“Determinamos que uma única sessão de exercício induz um ciclo de fadiga e recuperação da aptidão física que é acompanhado por um ciclo de reconstrução da rede mitocondrial”, disse a primeira autora Juliane Cruz Campos, pós-doutoranda no Joslin Diabetes Center. “O envelhecimento amorteceu a extensão em que isso ocorreu e induziu um declínio paralelo na aptidão física. Isso sugeriu que a dinâmica mitocondrial pode ser importante para manter a aptidão física e possivelmente para a aptidão física ser aprimorada por uma sessão de exercício.”
Em um segundo conjunto de experimentos, os cientistas permitiram que vermes do tipo selvagem nadassem por uma hora por dia durante 10 dias consecutivos, começando no início da idade adulta. A equipe descobriu que – como nas pessoas – o programa de treinamento de longo prazo melhorou significativamente a aptidão dos animais de meia-idade no dia 10 e mitigou o comprometimento da dinâmica mitocondrial normalmente observada durante o envelhecimento.
Por fim, os pesquisadores testaram intervenções conhecidas que prolongam a vida útil por sua capacidade de melhorar a capacidade de exercício durante o envelhecimento. Worms com aumento de AMPK – uma molécula que é um regulador chave de energia durante o exercício, que também promove a remodelação da morfologia mitocondrial e do metabolismo – exibiram melhor aptidão física. Eles também demonstraram manutenção, mas não melhora, do desempenho do exercício durante o envelhecimento. Worms projetados para não ter AMPK exibiram aptidão física reduzida durante o envelhecimento, bem como comprometimento do ciclo de recuperação. Eles também não receberam os benefícios de retardar a idade do exercício ao longo da vida.
“Um objetivo importante do campo do envelhecimento é identificar intervenções que não apenas prolonguem a expectativa de vida, mas também melhorem a saúde e a qualidade de vida”, disse Blackwell, que também é professor de genética na Harvard Medical School. “No envelhecimento humano, um declínio na função muscular e na tolerância ao exercício é uma grande preocupação que leva a uma morbidade substancial. Nossos dados apontam para pontos de intervenção potencialmente frutíferos para prevenir esse declínio – provavelmente junto com outros aspectos do envelhecimento. Será de grande importância interesse em determinar como a plasticidade da rede mitocondrial influencia a aptidão física, juntamente com a longevidade e as doenças associadas ao envelhecimento em humanos”.
Autores adicionais incluíram Takafumi Ogawa do Joslin Diabetes Center; Luiz Henrique Marchesi Bozi (co-primeiro autor) e Edward Chouchani do Dana-Farber Cancer Institute; Barbara Krum, Luiz Roberto Grassmann Bechara, Nikolas Dresch Ferreira, Gabriel Santos Arini, Rudá Prestes Albuquerque da Universidade de São Paulo; Annika Traa da Universidade McGill; Alexander M. van der Bliek da Escola de Medicina David Geffen da Universidade da Califórnia, Los Angeles; Afshin Beheshti do Centro de Pesquisa Ames da NASA; e Jeremy M. Van Raamsdonk da Harvard Medical School.
Este trabalho foi financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) (bolsas 2013/07937-8, 2015/22814-5, 2017/16694-2 e 2019/25049-9); Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento — Brasil (CNPq) (conceitos 303281/2015-4 e 407306/2013-7); Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior — Brasil (CAPES) Código Financeiro 001 e Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia e Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Processos Redox em Biomedicina; Institutos Nacionais de Saúde (NIH) (concede R35 GM122610, R01 AG054215, DK123095, AG071966); o Joslin Diabetes Center (concede P30 DK036836 e R01 GM121756); Bolsas de pós-doutorado FAPESP 2017/16540-5 e 2019/18444-9, e 2016/09611-0 e 2019/07221-9; o Prêmio de Desenvolvimento de Carreira da American Heart Association (2022/926512); o Programa Claudia Adams Barr; o Fundo da Família Lavine; Pew Charitable Trust. William B. Mair (Harvard TH Chan School of Public Health) e Malene Hansen (Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute) forneceram algumas das cepas de vermes usadas neste estudo. Outras cepas foram fornecidas pelo CGC, que é financiado pelo NIH (P40 OD010440).
Chouchani é fundadora e acionista da Matchpoint Therapeutics. Os demais autores declaram não haver interesses conflitantes.
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