Olahraga memiliki banyak manfaat, termasuk meningkatkan pertahanan terhadap komplikasi yang terjadi selama infeksi SARS-CoV-2. Gambar Julien McRoberts / Getty

Para ilmuwan terus-menerus mengungkapkan manfaat olahraga yang baru ditemukan. Dalam percobaan selama 10 tahun terakhir, saya penelitian telah menemukan bahwa olahraga dapat membantu masalah pernapasan yang dikenal sebagai ARDS.

ARDS adalah jenis kegagalan pernapasan yang ditandai dengan timbulnya cepat peradangan luas di paru-paru yang mencegah oksigen mencapai organ. Telah dilaporkan dalam banyak pasien COVID-19.

Saya seorang ahli fisiologi olahraga dengan pelatihan kedokteran. Lebih dari 30 tahun yang lalu, saya melepaskan karir saya di bedah umum di Tiongkok dan datang ke AS untuk mengejar karir penelitian dasar dalam fisiologi olahraga molekuler, karena saya tertarik dengan manfaat kesehatan yang luar biasa dari olahraga teratur.

Baru-baru ini saya telah memikirkan tentang dampak potensial dari olahraga teratur dalam mencegah komplikasi COVID-19 yang mematikan ini. Saya belum melakukan percobaan khusus di sekitar COVID-19, tetapi pekerjaan saya dengan tikus dapat menginformasikan peneliti lain yang mengeksplorasi cara-cara untuk melindungi orang yang menderita ARDS.

Apa itu ARDS?

A penyebab kematian sebesar 3% -17% pasien yang terinfeksi SARS-CoV-2 adalah ARDS. Pasien COVID-19 dengan komplikasi klinis yang suram ini memiliki tingkat kematian lebih besar dari 50%.

Secara khusus, ARDS dapat terjadi ketika infeksi virus pada sel-sel di paru-paru mengaktifkan sistem kekebalan tubuh dan menarik sel darah putih untuk melakukan perjalanan melalui aliran darah ke jaringan paru-paru untuk melawan infeksi virus.

Namun, ketika terlalu banyak sel darah putih muncul di jaringan paru-paru sekaligus, itu dapat menyebabkan kerusakan jaringan paru-paru. Ini karena mereka menghasilkan terlalu banyak molekul perusak yang disebut radikal bebas yang memecah protein, membran sel, dan DNA.

Sebagai akibatnya, pembuluh darah di paru menjadi bocor, menyebabkan penumpukan cairan di jaringan paru-paru, dan kantung udara paru-paru terisi oleh cairan. Ini mencegah kantung udara yang sama, yang disebut alveoli, dari mengisi dengan udara, menghalangi oksigen di udara masuk ke dalam darah. Pasien meninggal karena kekurangan oksigen.

Sel-sel yang melapisi pembuluh darah kita adalah sel endotel berbentuk datar. Satu langkah awal dalam proses penyakit ARDS yang rumit ini adalah lapisan pembuluh darah menjadi lengket ke sel darah putih dengan membuat protein lengket pada permukaan sel, sebuah fenomena yang disebut aktivasi sel endotel.

Ini memicu lingkaran setan; semakin besar aktivasi sel endotel, semakin banyak radikal bebas yang dikeluarkan sel darah putih. Ini pada gilirannya menghancurkan sel-sel endotel, membuat pembuluh darah semakin bocor dan merusak jaringan paru-paru.

Antioksidan yang diinduksi olahraga dalam tubuh kita

Lebih dari 10 tahun yang lalu, saya mulai belajar peran protektif dari enzim antioksidan yang diinduksi oleh olahraga terhadap hilangnya ukuran otot. Penelitian saya telah menunjukkan bahwa latihan ketahanan mempromosikan produksi antioksidan yang disebut extracellular superoxide dismutase (EcSOD) yang memecah superoksida radikal bebas di luar sel.

EcSOD adalah satu-satunya enzim antioksidan yang disekresikan ke dalam darah yang mencapai organ vital lainnya dan berikatan dengan sel endotel dan sel lain melalui struktur pengikatan enzim yang unik. Ini membuat EcSOD tidak seperti pil antioksidan tambahan atau makanan kaya antioksidan yang mungkin kita konsumsi. Antioksidan oral, sekali diserap ke dalam darah, tidak menargetkan organ yang diberikan untuk memberikan perlindungan, sementara EcSOD menempel pada organ tertentu.

Ketika saya pertama kali melihat bukti peningkatan EcSOD pada otot rangka dengan latihan aerobik, saya terinspirasi untuk melakukan percobaan di mana saya menguji apakah hanya meningkatkan jumlah enzim ini melalui rekayasa genetika, bukannya secara alami melalui olahraga, akan memberikan perlindungan dari berbagai penyakit di mana radikal bebas diketahui memainkan peran penting, seperti atrofi otot dan gagal jantung.

EcSOD dalam perlindungan terhadap ARDS

Saya merekayasa mouse yang menghasilkan lebih banyak EcSOD pada otot rangka daripada tikus biasa meniru efek latihan aerobik. Kami memperoleh yang jelas bukti bahwa tikus-tikus ini dilindungi dari atrofi otot serta gagal jantung yang disebabkan oleh diabetes.

Saya kemudian secara artifisial memicu ARDS pada tikus dengan menyuntikkan tikus dengan bahan kimia yang diproduksi oleh bakteri yang diketahui menyebabkan kondisi ini. Yang mengejutkan saya, tikus rekayasa genetika dengan konsentrasi ECSOD yang lebih tinggi dalam darah mereka jauh lebih mungkin bertahan dari ARDS parah dan kegagalan organ multipel dibandingkan dengan kematian yang suram pada tikus-tikus biasa. Ini meniru situasi dalam perawatan intensif di mana lebih dari 80% pasien meninggal ketika mereka menderita kegagalan beberapa organ, termasuk ARDS.

Saya kemudian menegaskan bahwa memang itu EcSOD pada tikus rekayasa genetika yang memberikan perlindungan. Ketika saya melakukan percobaan di mana tikus hasil rekayasa genetika berbagi darah dengan tikus normal mengikuti prosedur bedah yang disebut parabiosis, atau saya mengambil darah dari tikus dengan EcSOD tinggi dan mentransfusikannya menjadi tikus normal yang menderita ARDS, tikus normal telah berkurang keparahan ARDS dan penanda darah klinis dari kegagalan banyak organ. Menggunakan berbagai teknologi biokimia dan pencitraan, kami melihat bukti berkurangnya aktivasi sel endotel dan berkurangnya protein, membran sel, dan kerusakan DNA yang disebabkan oleh radikal bebas di jaringan paru-paru.

Belajar dari olahraga

Studi-studi ini telah memberikan bukti bukti prinsip bahwa pengiriman gen atau protein EcSOD untuk meningkatkan jumlah EcSOD dalam darah dan organ vital dapat menjadi intervensi yang efektif untuk melindungi paru-paru dan organ vital lainnya terhadap kerusakan yang disebabkan oleh ARDS dan kegagalan banyak organ.

Temuan saya pada tikus dapat menginspirasi peneliti lain untuk menemukan cara inovatif untuk mencegah dan mengobati komplikasi mematikan COVID-19.

Sebagai contoh, penelitian di masa depan dapat mengidentifikasi jenis latihan, intensitas dan durasi untuk secara optimal meningkatkan kadar EcSOD di paru-paru dan organ vital lainnya pada manusia untuk membangun pertahanan terhadap komplikasi COVID-19 yang mematikan atau kondisi penyakit lainnya. Tentu saja, temuan ini dapat menginspirasi penelitian untuk mendorong terapi farmakologis, protein dan atau gen untuk mengobati pasien COVID-19 dengan ARDS.

Kisah antioksidan EcSOD hanyalah satu dari sekian banyak tentang manfaat kesehatan dari olahraga. Saya percaya kita dapat belajar dari olahraga untuk mengembangkan terapi yang efektif untuk mengobati ARDS yang disebabkan oleh COVID-19 dan kondisi penyakit lainnya.

Tentang Penulis

Zhen Yan, Profesor Kedokteran Kardiovaskular, University of Virginia

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

books_health