Oefening heeft veel voordelen, waaronder het versterken van de afweer tegen complicaties die optreden tijdens SARS-CoV-2-infecties. Julien McRoberts/Getty Images

Wetenschappers onthullen voortdurend nieuw ontdekte voordelen van lichaamsbeweging. In experimenten van de afgelopen 10 jaar, my onderzoek heeft ontdekt dat lichaamsbeweging kan helpen bij een ademhalingsprobleem dat bekend staat als ARDS.

ARDS is een type ademhalingsfalen dat wordt gekenmerkt door een snel begin van wijdverbreide ontsteking in de longen die voorkomt dat zuurstof de organen bereikt. Het is gemeld in veel COVID-19-patiënten.

Ik ben bewegingsfysioloog met opleiding in geneeskunde. Meer dan 30 jaar geleden gaf ik mijn carrière in de algemene chirurgie in China op en kwam naar de VS om een ​​basisonderzoekscarrière na te streven in de moleculaire oefeningsfysiologie, omdat ik geïntrigeerd was door de uitstekende gezondheidsvoordelen van regelmatige lichaamsbeweging.

Meest recent heb ik nagedacht over de potentiële impact van regelmatige lichaamsbeweging om deze dodelijke complicatie van COVID-19 te voorkomen. Ik heb geen specifieke experimenten gedaan rond COVID-19, maar mijn werk met muizen kan andere onderzoekers informeren over manieren om mensen die aan ARDS lijden te beschermen.

Wat is ARDS?

A doodsoorzaak voor 3% -17% van de met SARS-CoV-2 geïnfecteerde patiënten is ARDS. COVID-19-patiënten met deze sombere klinische complicatie hebben een sterftecijfer van meer dan 50%.

ARDS kan met name optreden wanneer virale infectie van de cellen in de longen het immuunsysteem activeert en witte bloedcellen aantrekt om door de bloedbaan naar het longweefsel te reizen om de virale infectie te bestrijden.

Als er echter te veel witte bloedcellen tegelijk in het longweefsel verschijnen, kan dit longweefselschade veroorzaken. Dit komt omdat ze te veel schadelijke moleculen produceren die vrije radicalen worden genoemd en die eiwitten, het celmembraan en DNA breken.

Als gevolg hiervan worden de bloedvaten in de long lek, waardoor de vloeistof in het longweefsel zich ophoopt en de luchtzakjes van de long zich vullen met vocht. Dit voorkomt dat dezelfde luchtzakjes, alveolen genaamd, zich vullen met lucht, waardoor wordt voorkomen dat zuurstof in de lucht in het bloed komt. Patiënten sterven door zuurstofgebrek.

De cellen die onze bloedvaten bekleden, zijn platte endotheelcellen. Een vroege stap in dit gecompliceerde ARDS-ziekteproces is dat de bekleding van het bloedvat aan witte bloedcellen blijft kleven door kleverige eiwitten op het celoppervlak te maken, een fenomeen dat endotheelcelactivering wordt genoemd.

Dit veroorzaakt een vicieuze cirkel; hoe meer endotheelcelactivering, hoe meer vrije radicalen de witte bloedcellen vrijmaken. Dit vernietigt op zijn beurt de endotheelcellen, waardoor het bloedvat meer lekt en het longweefsel wordt beschadigd.

Een door inspanning veroorzaakte antioxidant in ons lichaam

Ruim 10 jaar geleden ben ik begonnen met studeren de beschermende rol van door inspanning veroorzaakte antioxidante enzymen tegen verlies van spieromvang. Mijn onderzoek heeft aangetoond die uithoudingsoefening bevordert de productie van een antioxidant, extracellulair superoxide dismutase (EcSOD) genaamd, die het vrije radicale superoxide buiten de cellen afbreekt.

EcSOD is het enige antioxiderende enzym dat in het bloed wordt uitgescheiden dat andere vitale organen bereikt en zich bindt aan de endotheelcellen en andere cellen door een unieke bindingsstructuur van het enzym. Dit maakt EcSOD anders dan elke aanvullende antioxidantpil of voeding die rijk is aan antioxidanten die we kunnen consumeren. Een orale antioxidant, eenmaal in het bloed opgenomen, richt zich niet op een bepaald orgaan om bescherming te bieden, terwijl EcSOD aan specifieke organen blijft plakken.

Toen ik voor het eerst het bewijs zag van verhoogde EcSOD in skeletspieren door aerobische training, werd ik geïnspireerd om een ​​experiment te doen waarin ik testte of alleen het verhogen van de hoeveelheid van dit enzym door genetische manipulatie, in plaats van natuurlijk door inspanning, bescherming zou bieden tegen verschillende ziekten waarvan bekend is dat vrije radicalen een belangrijke rol spelen, zoals spieratrofie en hartfalen.

EcSOD als bescherming tegen ARDS

Ik heb een muis ontworpen die meer EcSOD produceerde in de skeletspier dan de typische muis om de effecten van aërobe training na te bootsen. We kregen duidelijk bewijs dat deze muizen werden beschermd tegen spieratrofie en door diabetes veroorzaakt hartfalen.

Vervolgens heb ik ARDS kunstmatig geactiveerd bij muizen door muizen te injecteren met een chemische stof die wordt geproduceerd door bacteriën waarvan bekend is dat ze deze aandoening veroorzaken. Tot mijn aangename verrassing waren genetisch gemanipuleerde muizen met hogere concentraties EcSOD in hun bloed veel meer kans om de ernstige ARDS te overleven en meervoudig orgaanfalen vergeleken met een sombere sterfte bij de typische muizen. Dit bootst de situatie na op de intensive care waar meer dan 80% van de patiënten overlijdt als ze lijden aan het falen van meerdere organen, waaronder ARDS.

Ik bevestigde toen dat inderdaad de EcSOD in de genetisch gemanipuleerde muizen de bescherming bood. Toen ik een experiment uitvoerde waarbij een genetisch gemanipuleerde muis bloed deelde met een normale muis na een chirurgische procedure genaamd parabiose, of ik nam bloed van een muis met een hoge EcSOD en transfundeerde het in een normale muis met ARDS, was de normale muis verminderd ernst van ARDS en klinische bloedmarkers van meervoudig orgaanfalen. Met behulp van verschillende biochemische en beeldvormende technologieën zagen we het bewijs van verminderde endotheelcelactivering en verminderde eiwit-, celmembraan- en DNA-schade veroorzaakt door vrije radicalen in het longweefsel.

Leer van lichaamsbeweging

Deze studies hebben een principieel bewijs geleverd dat aflevering van het EcSOD-gen of -eiwit om de hoeveelheid EcSOD in het bloed en de vitale organen te verhogen een effectieve interventie kan zijn ter bescherming van de longen en andere vitale organen tegen schade veroorzaakt door ARDS en meervoudig orgaanfalen.

Mijn bevindingen bij muizen kunnen andere onderzoekers inspireren om met innovatieve manieren te komen om de dodelijke complicatie van COVID-19 te voorkomen en te behandelen.

Toekomstige studies kunnen bijvoorbeeld het oefentype, de intensiteit en de duur identificeren om de EcSOD-niveaus in de longen en andere vitale organen bij mensen optimaal te verhogen om de verdediging op te bouwen tegen dodelijke complicaties van COVID-19 of andere ziektetoestanden. Natuurlijk kunnen de bevindingen onderzoek inspireren om farmacologische, eiwit- en of gentherapieën te bevorderen om COVID-19-patiënten met ARDS te behandelen.

Het verhaal over EcSOD-antioxidanten is slechts een van de vele over de gezondheidsvoordelen van lichaamsbeweging. Ik geloof dat we van lichaamsbeweging kunnen leren om effectieve therapieën te ontwikkelen voor de behandeling van ARDS veroorzaakt door COVID-19 en andere ziektetoestanden.

Over de auteur

Zhen Yan, hoogleraar cardiovasculaire geneeskunde, University of Virginia

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

books_health