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El Ejercicio y el Misterio de los Músculos

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El Ejercicio y el Misterio de los Músculos

Investigando cómo y porqué el ejercicio hace crecer los músculos, los científicos esperan poder ayudar a los astronautas a evitar la atrofia muscular.

NASA

Diciembre 10, 2004: La mayoría de las máquinas no mejoran con el uso. Los viejos camiones de carga no se transforman gradualmente en Ferraris sólo por correr a alta velocidad, y una calculadora de bolsillo no se transformará en un supercomputador por más problemas de matemáticas que resuelva.

see captionEl cuerpo humano es diferente. Como bien saben los levantadores de pesas, cuanto más usa la gente sus músculos, más fuertes se vuelven. Y los músculos en desuso no se mantienen iguales; la falta de uso los lleva al desgaste, o a la atrofia.

Derecha: El trabajo duro no provoca el desgaste de los músculos; por el contrario, se vuelven más grandes y más fuertes. Nota: los astronautas de la NASA no necesitan estar tan desarrollados.

Es un resultado sorprendente, algo que los científicos no comprenden totalmente. De algún modo, las células musculares "sienten" cómo son usadas, y se remodelan a si mismas para afrontar mejor el trabajo. ¿Cómo sucede esto? ¿y cuál es exactamente el mecanismo que origina los cambios?

La NASA necesita conocer las respuestas. Los astronautas en el espacio entrenan duramente para mantenerse en forma. Pero aun así, sus músculos tienden a debilitarse.

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"Normalmente, los músculos de todas las personas hacen un duro trabajo que pasa desapercibido, aunque sólo sea levantando su cuerpo y manteniendo una postura contra la gravedad. En el espacio, ese trabajo muscular constante desaparece. Hay un peligro de atrofia", explica Kenneth Baldwin, profesor del Departamento de Fisiología y Biofísica de la Universidad de California, Irvine.

Con el apoyo de la NASA, Baldwin investiga los mecanismos internos de los músculos en busca del misterio fundamental: ¿Porqué es beneficioso el ejercicio continuo?

La NASA tiene especial interés en los ejercicios isométricos, es decir ejercicios sin movimiento en los que un astronauta empuja fuerte contra una superficie fija. Los ejercicios sin movimiento requieren un equipo más liviano, más económico para poner en órbita, y menos propenso a romperse durante una misión. Pero, ¿son eficientes?

Para averiguarlo, el grupo de Baldwin entrenó ratas de laboratorio activando los músculos de sus piernas con estimulación eléctrica. Probaron tres tipos de ejercicio: contracción muscular, distensión, e isometría, en la que el músculo ejerce una fuerza mientras conserva la misma longitud. (Pensemos en un simple levantamiento: la contracción ocurre en la subida, la distensión durante la bajada, y la isometría en medio de ambas).

see captionIzquierda: el Prof. Kenneth Baldwin trabajando en su laboratorio. [Más información]

Tras las sesiones, los científicos efectuaron pruebas para ver cómo respondían los músculos de las ratas. "Lo que encontramos", dice Baldwin, "fue que, tras 12 sesiones, los tres tipos de entrenamiento tendían a aportar casi la misma tasa de crecimiento muscular", incluso los ejercicios isométricos que no implicaban movimiento.

No era nada nuevo. Otros científicos ya habían llegado a la misma conclusión. Pero el grupo de Baldwin llevó su análisis un paso más lejos:

Además de medir la masa muscular total, (lo "desarrolladas" que estaban las ratas), también midieron la cantidad de proteínas contráctiles en el interior de las células musculares. Estas proteínas son las responsables de la contracción muscular, y las que dan a un músculo su fuerza.

Para su sorpresa, el equipo de Baldwin encontró que mientras que los ejercicios isométricos prevenían la debilitación de los músculos de las piernas, éstos no detenían un descenso en el total de proteínas contráctiles en esos músculos. El músculo continuaba degradándose a nivel molecular.

Derecha: cada célula muscular contiene muchos pequeños paquetes de proteínas contráctiles, llamadas miofibrillas. Estas proteínas son las responsables de la contracción muscular.

see captionNadie sabe por qué esto es así, pero una cosa parece clara: el ejercicio isométrico puede no ser el mejor camino para mantener los músculos de los astronautas. Baldwin planea continuar las investigaciones con el recién renovado patrocinio de la NASA.

Una posibilidad menos convencional es que los astronautas podrían evitar la atrofia muscular tomando una pastilla. Las píldoras anti-atrofia son solo una especulación aún, dice Baldwin, pero hay razones para pensar que podrían ser posibles. La razón para esto es que cuando la atrofia llega, el músculo no sólo se marchita de forma pasiva, ¡se está destruyendo activamente a si mismo!

Una compleja mezcla de enzimas en el interior de las células musculares desensambla las proteínas musculares molécula a molécula. "Para separar las proteínas, se necesita una gran cantidad de energía", apunta Baldwin. Si los científicos pudieran identificar una enzima catalizadora de este proceso e introducirla en este entramado, serían capaces de diseñar un medicamento que bloquee su acción, disminuyendo de esta manera la degradación muscular.

Esta degeneración activa de la proteína muscular funciona continuamente en los músculos de todos, al igual que el proceso de construcción de nuevas proteínas. El que un músculo crezca, disminuya, o permanezca igual depende del equilibrio entre estas tasas de destrucción y construcción, un poco como el nivel de agua en un cubo que se está llenando y desaguando al mismo tiempo.

see captionIzquierda: La astronauta Peggy Whitson se ejercita a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI). [Más información]

Baldwin está investigando el mecanismo que controla la mitad "constructiva" de este balance. En particular, su grupo está estudiando una hormona llamada Factor de Crecimiento-1 Tipo Insulina (Insulin-like Growth Factor 1, IGF-1). Los músculos producen IGF-1 en respuesta al ejercicio vigoroso, y esta hormona en funcionamiento activa las enzimas de las células musculares que causan su crecimiento. De hecho, Baldwin descubrió que los niveles de IGF-1 en los músculos de las ratas eran más altos justo después del ejercicio.

"Alguna gente piensa que es la fatiga mecánica la que activa el gen (por la IGF-1), pero aún no comprendemos bien el proceso. Lo que sí sabemos es que la IGF-1 dispara el crecimiento muscular", explica Baldwin.

¿Podría usarse un suplemento de IGF-1 para asegurar que la construcción de proteínas musculares se mantenga al nivel de la destrucción de proteínas en los astronautas? Badwin dice que están estudiando la idea y ya se discute la forma en la que se llevaría a cabo.

Si tienen éxito, será una buena noticia no sólo para los astronautas. Después de todo, todos contamos con una de esas increíbles máquinas autoadaptables llamadas cuerpo humano.

Créditos y Contactos

Autor: Patrick L. Barry
Funcionario Responsable de NASA: John M. Horack
Editor de Producción: Dr. Tony Phillips
Curador: Bryan Walls


Relaciones con los Medios: Steve Roy Traducción al Español: Francisco Pulido / Carlos Román
Editor en Español: Héctor Medina
El Directorio de Ciencias del Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA patrocina el Portal de Internet de Science@NASA que incluye a Ciencia@NASA. La misión de Ciencia@NASA es ayudar al público a entender cuán emocionantes son las investigaciones que se realizan en la NASA y colaborar con los científicos en su labor de difusión.