Energetický metabolizmus každej bunky hýbe kvalitou života

Mgr. Jozef Ukropec, DrSc.

Tento vyštudovaný farmaceut pracoval v lekárni len veľmi krátko. Zlákala ho veda v Ústave experimentálnej endokrinológie SAV (dnes súčasť Biomedicínskeho centra). Ako sa to často stáva, aj výskumné smerovanie tohto molekulárneho fyziológa ovplyvnilo pôsobenie na špičkovom zahraničnom pracovisku. Téma, ktorej sa roky venuje, priniesla Mgr. Jozefovi Ukropcovi, DrSc., a kolektívu z Biomedicínskeho centra SAV v zložení: doc. MUDr. Barbara Ukropcová, PhD., Mgr. Timea Kurdiová, PhD., Mgr. Miroslav Baláž, PhD., Mgr. Patrik Krumpolec, PhD., Mgr. Zuzana Kovaničová, PhD., MUDr. Martin Schön, PhD., Mgr. Michal Nemec, PhD., Mgr. Lucia Slobodová, PhD., Cenu SAV za výsledky vedeckovýskumnej práce, prezentované v súbore publikácií o mechanizmoch regulácie energetického metabolizmu pri chronických ochoreniach človeka a pri starnutí.

Tajomstvo spaľovania

Nie je náhoda, že to isté zahraničné vedecké pracovisko – Pennington Biomedical Research Center v Louisiane v Spojených štátoch amerických – spomína v rovnakej súvislosti aj jeho manželka a spolupracovníčka Barbara Ukropcová (viac Akadémia/Správy SAV 4/2017, Svaly sa s nami rozprávajú). Išli tam spolu. „Vlastne to bolo tak,“ hovorí doktor Ukropec, „keď som dostal ponuku na postdoktorandskú pozíciu, odpovedal som, že ju rád prijmem, ale len ak bude mať možnosť vedecky pracovať aj moja manželka.“ Podarilo sa a viac ako trojročná výskumná práca v zahraničí ovplyvnila ich ďalšie vedecké kroky.

Téma regulácie energetického metabolizmu na úrovni buniek, ktorej sa tento šéf oceneného tímu venuje dlhodobo, bola zreteľná už vo výsledkoch jeho práce z USA. „Išlo o procesy tvorby tepla v tele malých cicavcov,“ vysvetľuje. Pripomína, že americkí kolegovia si ho vybrali práve kvôli tomu, že už predtým v Bratislave bol členom tímu profesora Klimeša (prof. MUDr. Iwar Klimeš, DrSc., vedec a vysokoškolský pedagóg, bol aj riaditeľom Ústavu experimentálnej endokrinológie SAV, kde je v súčasnosti emeritný vedecký pracovník – poznámka redakcie), ktorý robil metabolický výskum na dobrej úrovni a využíval inovatívne metodiky.

„Už predtým som mal tu v akadémii možnosť venovať sa výskumu tukového tkaniva. Ak je zdravé,“ vysvetľuje, „vie energiu uskladňovať a v čase potreby ju zase mobilizovať. V našom tele máme rôzne typy tohto tkaniva s rôznymi funkciami. Platí, že ak telu dávame energie veľmi veľa, tukové bunky – naša zásobáreň energie – sa naplnia na maximum, a práve preto vzniká metabolické ochorenie. Mohli by sme zjednodušene povedať, že je to v prípade, keď si už telo nevie s energiou poradiť, nemá ju kde upratať.“ Vysvetľuje, že taký stav neovplyvňuje len bunky tukového tkaniva či kostrového svalu, ale všetky bunky v tele. Výsledkom je zvýšené riziko vzniku mnohých chronických chorôb, nevynímajúc napríklad Alzheimerovu či Parkinsonovu chorobu alebo niektoré nádorové ochorenia. Tím, ktorý vedie, študuje okrem iného aj vzťah medzi metabolizmom a neurodegeneratívnymi ochoreniami. „Je to veľký problém. Ak by sme to chceli zjednodušiť, môžeme povedať, že keď vie moje telo energiu, ktorú dostanem s jedlom, efektívne využívať, spotrebovať alebo uskladniť, tuky sa v orgánoch nehromadia a dôvodov na vznik chronických ochorení je podstatne menej.“

Organizmus ako jeden celok

Kým on sa v americkom laboratóriu zameriaval na mechanizmy tvorby tepla, doktorka Ukropcová sa venovala predovšetkým bunkám kostrového svalu a ich schopnosti komunikovať s inými orgánmi v tele. Ide o korešpondujúce výskumy, ktorých výsledky možno poprepájať tak, aby sa – podľa jeho slov – položil základ ich dnešného smerovania k integrovanej fyziológii chronických ochorení.

„Snažíme sa pozerať na ľudský organizmus ako na jeden celok, a tak ho aj skúmať. Nie je to vždy jednoduché, k niektorým poznatkom sa vieme dostať jednoduchšie a cesta k iným je náročnejšia. Máme veľkú radosť zo spolupráce s pracoviskom magnetickej rezonancie vo Viedni (docent Martin Krššák). S pomocou inovatívnych techník magnetickej rezonancie sa totiž dokážeme pozrieť dovnútra svalu pri cvičení alebo sledovať zmeny v štruktúre mozgu spojené s pravidelným cvičením,“ hovorí J. Ukropec. Zdôrazňuje však, že hoci sa ich výskum týka ďalších tém, ako napríklad neurodegeneratívnych chorôb, držia sa svojej expertízy, teda metabolizmu. „Vieme, že sú to úzko prepojené témy, a tak sa snažíme získať čo najviac informácií o reakcii viacerých orgánov tela za rôznych metabolicky náročných situácií, akou je napríklad pravidelné intenzívne cvičenie.“

Úplne prirodzene sa teda súčasťou ich projektov stal klinický a laboratórny biomedicínsky výskum skúmajúci účinky fyzického cvičenia. „Ide pritom najmä o starších ľudí alebo ľudí s obezitou, diabetom druhého typu, poruchami pamäti či Parkinsonovou chorobou a najnovšie aj o pacientov vyliečených z rakoviny semenníkov. Vychádzame z klinických intervenčných štúdií s cvičením, ktoré realizujeme v spolupráci s kolegami z Fakulty telesnej výchovy a športu UK, s klinickými lekármi, ako aj s kolegami vedcami zo zahraničia… Následne analyzujme vzorky biologického materiálu získané počas klinickej štúdie a robíme experimenty na bunkách ľudského svalu,“ charakterizovala túto časť ich práce pred časom pre Týždeň doktorka Ukropcová.

Mgr. Jozef Ukropec, DrSc, doc. MUDr. Barbara Ukropcová, PhD, Mgr. Katarína Rerková, Mgr. Nikoleta Alchus-Leiferová, Mgr. Lucia Slobodová, PhD (v podrepe – nižsie), Mgr. Karin Malenovská, Mgr. Viera Litváková, Mgr. Oksana Mytiai.

Pohyb a výživa

„Snažíme sa komplexne zmeniť životný štýl ľudí, ktorí by z toho mohli mať úžitok. Sú to programy pre tých, čo sú ochotní sa do nich dobrovoľne zapojiť, lebo si uvedomujú ich dôležitosť. Zameriavame sa na pohyb, ale vnímame, že je dôležitá aj výživa. Takže sa rieši aj tá. Veľmi dôležité je aj zapojenie psychológov, najmä ak ide o projekty venované pacientom s obezitou. Jeden taký riešime aj v súčasnosti,“ vysvetľuje doktor Ukropec.

Pre dobrovoľníkov účasť v štúdii znamená možnosť cvičiť pod vedením školených cvičiteľov, a to podľa presne a odborne vypracovanej metodiky. Ale tiež upraviť si stravu podľa odporúčaní nutričných špecialistov a – v neposlednom rade – využiť ďalšie výhody klinického výskumu, teda byť pod dozorom lekárov a vidieť výsledky svojho úsilia na lepšej fyzickej zdatnosti, svalovej sile a metabolizme. Vedcom zasa takéto programy umožňujú sledovať fyziologické a molekulárne zmeny, ktoré účastníkom program prináša.

„V zásade je každá intervenčná štúdia s cvičením nástroj, ktorý v organizme vyvolá zmeny, čo pacientom pomôžu a nás z vedeckého hľadiska zaujímajú. Súčasne sa snažíme, aby si spoločnosť uvedomila, aké je dôležité starať sa o svoje zdravie, jednak z hľadiska kvality života jednotlivca – zdravé starnutie –, a tiež pre zaistenie udržateľnosti zdravotnej starostlivosti na Slovensku,“ zdôrazňuje. „Lebo tak ako si – takmer – každý uvedomuje, aké je dôležité umývať si zuby, tak by mal každý vnímať význam pohybovej aktivity a primeranej výživy pre svoje zdravie, uvedomiť si, ako môže tento prístup zvyšovať kvalitu života,“ pripomína doktor Ukropec.

Metodika ako základ systému

Aj preto výskumníci z tejto skupiny využili niektoré poznatky zo svojich projektov súvisiacich s pohybovou aktivitou a metabolizmom na to, aby – spolu s odborníkmi z iných oblastí (s lekármi, expertmi na výživu, psychológmi a s odborníkmi z Fakulty telesnej výchovy a športu UK) vytvorili metodiku a akýsi modelový systém, ako by skupiny pacientov či seniorov (a nielen ich) mohli pravidelne cvičiť a upraviť si stravovanie. Cieľom je, aby sa s ňou začalo pracovať systémovo.

„O spoluprácu majú jednoznačne záujem regionálne úrady verejného zdravotníctva aj niektoré kúpele,“ hovorí o reakcii tento vedec. „Kde takéto metodiky môžu využiť ako základ na svoje pohybové programy napríklad v rámci kúpeľnej liečby.“ Ako hovorí doktor Ukropec, v západnej Európe funguje zhruba stotridsať Centier pre manažment obezity. Dodáva, že v spolupráci so Slovenskou obezitologickou asociáciou a Obezitologickou sekciou Slovenskej diabetologickej spoločnosti sa usilujú o to, aby sa výskumná klinika v Biomedicínskom centre SAV stala súčasťou jedného z nich. Pracujú na tom, aby aj s podporou projektu štrukturálnych fondov (Obezita) naplnili podmienky Európskej asociácie pre výskum obezity. Pritom zdôrazňuje, že ako vedci nemajú ambíciu stať sa plnokrvným zdravotníckym zariadením s veľkou kapacitou. Chcú len pomôcť vytvoriť systém, ktorý ukáže, ako by starostlivosť o pacientov v tejto oblasti mohla fungovať, a pokúsiť sa preniesť ho na iné kompetentné inštitúcie.

Doktor Ukropec pripomína, že obezita je choroba a ľudia, ktorí ňou trpia, potrebujú pomoc. „Najmä vtedy, keď nie sú fyzicky zdatní. Môžeme povedať, že nejaké tie kilá navyše až tak neprekážajú, ak si udržiavame dobrú kondíciu dostatočnou dávkou pravidelného pohybu. Väčšina pacientov však bez komplexného prístupu, aký by mali poskytovať napríklad Centrá pre manažment obezity, s obezitou veľkú časť svojho života márne bojuje.“

Obaja Ukropcovci sa podieľajú na tvorbe štandardných preventívnych a terapeutických postupov starostlivosti o pacientov s obezitou, Parkinsonovou chorobou a demenciou. „Ak sa postupy, ktoré vytvárame, stanú štandardom zdravotnej starostlivosti s podporou zdravotných poisťovní, vytvoria sa vhodné podmienky na cvičenie na predpis,“ dodáva.

Cvičenie s perspektívou

Príkladom toho, ako chápe výskumný tím svoju úlohu v tejto oblasti, je vznik Centra pohybovej aktivity Biomedicínskeho centra SAV, pod ktorý sa podpísala najmä B. Ukropcová. Centrum umožňuje robiť cvičebné programy pre skupiny pacientov, ktorí sú súčasťou vedeckých projektov (viac Akadémia/Správy SAV 3/2020, Dôležité cvičenie pre seniorov aj online). Nejde len o seniorov či obéznych pacientov. „Napríklad jeden zo súčasných projektov, na ktorom spolupracujeme s Národným onkologickým ústavom v Bratislave [doc. MUDr. M. Chovanec, PhD., prof. MUDr. M. Mego, DrSc.] a s Fakultou telesnej výchovy a športu UK [V. Oliva, PhD., doc. M. Sedliak, PhD.], sa zaoberá účinkami cvičenia v prevencii a liečbe neskorej toxicity chemoterapie u vyliečených onkologických pacientov,“ zdôrazňuje J. Ukropec.

Vedecké výsledky získané z takýchto projektov vedci spracovávajú, publikujú a používajú aj pri tvorbe metodík či učebníc pre študentov medicíny alebo telovýchovy. Pre časť seniorov pôvodne zaradených do štúdie sa cvičenie stalo súčasťou života až natoľko, že vytvorili občianske združenie Strieborné líšky a ich spoločné záujmy prekračujú prah telocvične.

„Ide aj o to, aby po skončení projektu, v rámci ktorého so skupinou ľudí pracujeme povedzme tri až šesť mesiacov, nemuseli skončiť. Aby cítili, že majú dlhodobú podporu. Veľa účastníkov štúdií naplno využíva možnosť cvičiť v dlhodobom tréningovom programe v našom centre. Niektorí už viac ako štyri roky,“ pripomína tento vedec. V rámci prvých štúdií, ktoré robili so seniormi pred siedmimi rokmi v spolupráci s Fakultou telesnej výchovy a športu UK, vznikol program Seniorfitnes.

Pokiaľ ide o systémové riešenie, jednou z možností je, aby zareagovala nejaká súkromná sieť telocviční či fitnescentier. Tie sú zvyčajne plné skoro ráno a podvečer. Ale medzitým majú často prázdno. „V tom čase sa dá urobiť program napríklad pre malé skupiny seniorov. Cvičenie v skupine môže byť pre nich motivujúce a tiež cenovo prijateľnejšie. Je dôležité, aby cvičitelia poznali kardiovaskulárnu zdatnosť, zdravotné obmedzenia a farmakoterapiu svojich cvičencov a prispôsobili im tréning,“ vysvetľuje J. Ukropec. Ako dodáva, ak súkromné centrá nadviažu s vedcami spoluprácu, je dôležité, aby cvičencov v spolupráci s vedeckým tímom dlhodobo sledovali. „Takáto spolupráca môže zlepšiť adherenciu [miera spolupráce pacienta pri liečbe – poznámka redakcie] cvičencov k tréningu a spracované výsledky potom slúžia ako vedecký podklad efektívnosti tohto prístupu pre zlepšenie zdravia“.

V tíme, ktorý sa v Ústave experimentálnej endokrinológie BMC SAV tejto téme venuje, sú ľudia, ktorí študovali či študujú biochémiu, molekulárnu biológiu, biofyziku, medicínu, farmáciu, klinickú výživu, ale tiež fyziológiu cvičenia. „Na takýto typ výskumu potrebujeme takto pestrý multidisciplinárny tím, aby sa na problematiku každý pozrel zo svojej strany a prispel tak k spoločnému cieľu. Tým je objasnenie mechanizmov, ktoré sprostredkujú adaptačnú odpoveď organizmu na cvičenie a zlepšujú tak funkčnú kapacitu a odolnosť ľudského tela pred nástrahami moderného sveta.“ K tejto téme dodáva, že Biomedicínske centrum SAV vytvára na prácu tímov, ako je ten ich, priaznivé podmienky, navyše sa celé centrum snaží neustále zlepšovať, čo považuje za veľkú výhodu.

 

Mgr. Jozef Ukropec, DrSc., absolvoval Farmaceutickú fakultu Univerzity Komenského v Bratislave. V Ústave experimentálnej endokrinológie (dnes súčasť Biomedicínskeho centra Slovenskej akadémie vied) pôsobí od roku 1997, v súčasnosti ako vedúci oddelenia výskumu porúch metabolizmu. V rokoch 2002 až 2005 pôsobil na Pennington Biomedical Research Center, Louisiana State University. Najdôležitejšie vedecké výsledky: objasnenie od UCP-1 nezávislých mechanizmov tvorby tepla v hnedom/béžovom tukovom tkanive; poukázanie na vzťah medzi prítomnosťou v tuku rozpustných škodlivých látok z prostredia a metabolickým zdravím človeka; poukázanie na účinky pravidelného cvičenia na prejavy kognitívneho deficitu u seniorov a bradykinézie u pacientov s Parkinsonovou chorobou; podiel na identifikácii s cvičením asociovaného signálu pochádzajúceho z periférie, ktorý by sa mohol podieľať na zlepšení funkčnej kapacity ľudského mozgu; podiel na charakterizácii dynamických zmien špecifického bunkového zloženia hnedého tukového tkaniva u človeka, ktoré podmieňuje jeho kapacitu tvoriť teplo.

 

Zdroj článku: časopis Akadémia 5/2021

Autor: Martin Podstupka
Foto: Martin Bystriansky

 

Zaznelo pri odovzdávaní ceny

Výskumný tím sa venuje štúdiu mechanizmov regulácie energetického metabolizmu v spojení s chronickými ochoreniami a starnutím človeka. V práci využíva najnovšie prístupy výskumu integrovanej patofyziológie pri maladaptácii organizmu na patologické stavy (obezita, rozvoj metabolických ochorení a iných chronických ochorení), ako aj pri výskume možností, ktoré poskytujú fyziologické prostriedky na zmiernenie negatívnych prejavov týchto ochorení (cvičenie, špecifické bioaktívne zložky potravy, otužovanie). Výskum sa venuje možnostiam, ako modulovať metabolické zdravie človeka, a to na celotelovej úrovni, na úrovni tkanív a orgánov (kostrové svalstvo, tukové tkanivo, mozog) či špecifických populácií buniek, ako aj reguláciou extracelulárnych molekulárnych signálov, ktoré majú potenciál integrovať metabolické procesy v ľudskom tele.

Cieľom výskumnej práce je odhaliť mechanizmy, ktoré podporujú udržanie funkčnej kapacity – „zdravia“ – buniek, orgánov, organizmu, a budú vhodné na to, aby sa v synergii s benefičnými účinkami pohybovej aktivity využili na spomalenie procesov asociovaných so starnutím, na udržanie či zlepšenie zdravia a kvality života človeka a zníženie rizík chronických ochorení.

Kľúčové oblasti výskumu:

  • Integratívna fyziológia cvičenia pri starnutí a pri chronických ochoreniach spojených s poruchou energetického metabolizmu (neurodegeneratívne, metabolické, onkologické ochorenia, chronické zápalové ochorenia – idiopatická zápalová myopatia).
  • Fyziologická úloha špecializovaných buniek tukového tkaniva pri regulácii energetického metabolizmu.
  • Metabolizmus a sekrečná aktivita kostrového svalu a buniek kostrového svalu a ich úloha v patogenéze chronických ochorení a pri adaptačnej odpovedi na fyzickú záťaž.

Kľúčové osobnosti tímu okrem vedeckovýskumnej a pedagogickej práce založili Centrum výskumu pohybovej aktivity BMC SAV, podieľali sa na vzniku výskumnej kliniky a iniciovali alebo participujú na množstve klinických výskumných projektov, ako aj dlhodobých pohybových programov, ktoré sa na týchto špecializovaných oddeleniach Biomedicínskeho centra SAV realizujú.

Významným krokom k translácii výsledkov výskumu do klinickej praxe je vytvorenie návrhov štandardných preventívnych postupov Ministerstva zdravotníctva SR pre nefarmakologickú prevenciu a liečbu neurodegeneratívnych ochorení (demencia a Parkinsonova choroba), ako aj pre diagnostiku, prevenciu a liečbu obezity v dospelosti.

(lt)