The redox effects of exercise on fatigue
Authors: Χατζηνικολάου Παναγιώτης 
Published: October 2024

Το οξυγόνο έχει ζωτική σημασία για όλα σχεδόν τα φυσιολογικά συστήματα (π.χ. αναπνευστικό, καρδιαγγειακό και μυϊκό), τα οποία συνεργάζονται για να ανταποκριθούν στις μεταβολικές απαιτήσεις των ιστών. Κατά την άσκηση, η αναντιστοιχία μεταξύ μεταφοράς και χρήσης οξυγόνου οδηγεί σε κόπωση και μειώνει την απόδοση. Πρόσφατες έρευνες έχουν δείξει πως οξειδοαναγωγικοί μηχανισμοί επίσης ευθύνονται για την εμφάνιση της μυϊκής κόπωσης. Για παράδειγμα, οξειδοαναγωγικές διαδικασίες φαίνεται να εμπλέκονται στην διαδρομή του οξυγόνου από τον ατμοσφαιρικό αέρα στα μιτοχόνδρια και να επηρεάζουν την μεταφορά του οξυγόνου. Το ερυθροκύτταρο διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στην πορεία του οξυγόνου, διότι προσδένει (πνεύμονες), μεταφέρει (κυκλοφορία) και απελευθερώνει (ιστοί) οξυγόνο. Είναι γνωστό ότι ο γλυκολυτικός και ο οξειδοαναγωγικός μεταβολισμός του ερυθροκυττάρου ρυθμίζουν την ικανότητα της αιμοσφαιρίνης να δεσμεύει και να απελευθερώνει οξυγόνο. Ωστόσο, από τη βιβλιογραφία απουσιάζει μια ολοκληρωμένη περιγραφή των βιοχημικών μονοπατιών του ερυθροκυττάρου και των συνδέσεών τους με κυτταρικές (π.χ. δέσμευση οξυγόνου) και συστημικές λειτουργίες (π.χ. οξυγόνωση των μυών). Επιπλέον, στο χώρο της φυσιολογίας το ερυθροκύτταρο θεωρείται συχνά ως ένας απλός μεταφορέας οξυγόνου, παραβλέποντας τα δυναμικά χαρακτηριστικά του. Με βάση τα παραπάνω, σκοπός μας ήταν να διερευνήσουμε τον ρόλο του γλυκολυτικού και οξειδοαναγωγικού μεταβολισμού του ερυθροκυττάρου στην μυϊκή οξυγόνωση και στην κόπωση. Για να το καταφέρουμε αυτό, αρχικά σχεδιάσαμε έναν ολοκληρωμένο χάρτη του μεταβολισμού των ερυθροκυττάρων, δίνοντας έμφαση στην σύνδεση των βιοχημικών του μονοπατιών με τις φυσιολογικές του λειτουργίες. Στη συνέχεια, σχεδιάσαμε μια πρωτότυπη μεθοδολογία για να εξετάσουμε την επίδραση του χρόνιου οξειδωτικού στρες στον ερυθροκυτταρικό μεταβολισμό και την απόδοση κατά την άσκηση. Χρησιμοποιώντας ένα μονοποδικό έκκεντρο πρωτόκολλο για την πρόκληση χρόνιου οξειδωτικού στρες, αξιολογήσαμε την επίδρασή του χρόνιου οξειδωτικού στρες στον γλυκολυτικό και οξειδοαναγωγικό μεταβολισμό του ερυθροκυττάρου, την μυϊκή οξυγόνωση, και την απόδοση ολόκληρου του σώματος. Για να μελετήσουμε τον συστημικό ρόλο του ερυθροκυτταρικού μεταβολισμού, μετρήσαμε τη μυϊκή οξυγόνωση και την απόδοση χρησιμοποιώντας την απομακρυσμένη και μη τραυματισμένη μυϊκή ομάδα των χεριών. Επιπλέον, σχεδιάσαμε ένα μαθηματικό μοντέλο της καμπύλης αποκορεσμού του οξυγόνου για να ποσοτικοποιήσουμε την επίδραση του οξειδωτικού στρες στην ικανότητα μεταφοράς οξυγόνου. Τα ευρήματά μας έδειξαν ότι η έκκεντρη άσκηση προκάλεσε χρόνιο οξειδωτικό στρες στα ερυθροκύτταρα, επηρεάζοντας τη δραστικότητα ή/και τη συγκέντρωση βασικών γλυκολυτικών και οξειδοαναγωγικών μορίων του ερυθροκυττάρου. Η οξεία άσκηση αύξησε σημαντικά τον ρυθμό γλυκόλυσης των ερυθροκυττάρων, υπογραμμίζοντας τη δυναμική φύση του μεταβολισμού των ερυθροκυττάρων. Στη συνθήκη οξειδωτικού στρες, η μυϊκή οξυγόνωση των ποδιών και των χεριών δεν έφτασε στα ίδια επίπεδα σε σύγκριση με τη συνθήκη ελέγχου. Αξίζει να σημειωθεί ότι η μέγιστη πρόσληψη οξυγόνου στο χειροεργόμετρο ήταν μειωμένη στη συνθήκη οξειδωτικού στρες σε σύγκριση με τη συνθήκη ελέγχου, παρόλο που το οξειδωτικό στρες προκλήθηκε από την άσκηση του ποδιού. Οι μαθηματικοί υπολογισμοί έδειξαν ότι το οξειδωτικό στρες μετακίνησε προς τα δεξιά την καμπύλη αποκορεσμού του οξυγόνου, αυξάνοντας την απελευθέρωση οξυγόνου. Συμπερασματικά, η παρούσα διδακτορική διατριβή αναδεικνύει τον ρόλο του μεταβολισμού των ερυθροκυττάρων στην εργοφυσιολογία. Φαίνεται ότι το χρόνιο οξειδωτικό στρες μειώνει την απόδοση, πιθανότατα λόγω μειωμένης ικανότητας μεταφοράς και αποδέσμευσης οξυγόνου από τα ερυθροκύτταρα. Τα ευρήματα αυτά προτρέπουν σε επαναξιολόγηση του ρόλου του μεταβολισμού των ερυθροκυττάρων στην εργοφυσιολογία, και ενδέχεται να έχουν πρακτικές εφαρμογές στον χώρο της μεγιστοποίησης της απόδοσης και της αθλητικής διατροφής.