EXERCÍCIO, AMINOÁCIDOS E IDADE AVANÇADA NO CONTROLE DA SÍNTESE PROTEICA MUSCULAR EM HUMANOS

EXERCÍCIO RESISTIDO E REGULAÇÃO DA SÍNTESE PROTEICA

É bem conhecido que o exercício resistido (treinamento de força, musculação, etc) estimula um aumento da taxa de síntese proteica (MPS) na musculatura esquelética. Este aumento na MPS ocorre nas primeiras horas após o exercício, e pode permanecer elevada de 48h de acordo com o nível de treinamento. Concomitantemente com o aumento da síntese proteica, o exercício resistido realizado em estado de jejum também produz um aumento na quebra de proteínas/proteólise (MBP). Contudo, mudanças na MPS parecem ser mais responsivas ao estímulo do exercício. Consequentemente, o "turnover" proteiaco é aumentado, e o equilíbrio proteico (diferença entre síntese proteica e a proteólise) vem a ser menos negativo após um período agudo de exercício, e o acúmulo destas mudanças no metabolismo de proteinas é acreditado prover a fundamentação para a aumentada massa e força muscular após um período de trenamento com exercício resistido.

Os mecanismos moleculares que levam ao aumento agudo na síntese proteica após o exercício resistido parece estar ligado com a aumentada tradução do RNAm. Estudos em modelos animais e celulares tem identificado que a proteina serina/treonina quinase mTOR (mammalian target of rapamycin), como a proteina alvo reguladora da síntese proteica (Fig. 1).

Figura 1 - Representação esquemática simplificada das vias de sinalização envolvidas com a síntese proteica em resposta aos fatores neurais, hormonais, nutricionais e mecânicos.

Em indivíduos treinados, foi verificado que um único período de exercício resistido agudo eleva a síntese proteica, mas não na mesma magnitude como a observada em indivíduos destreinados. Ao levar em consideração os mecanismos envolvidos com a sinalização anabólica induzida pelo exercício resistido, o que se sabe é que associado com a aumentada ativação da proteina quinase alvo da mTOR, a S6K1, existe uma aumentada síntese proteica. No entanto, ainda permanece obscuro é, como a contração muscular estimula a sinalização do mTORC1? Estudos recentes tem focado no papel da fosfolipase D1, com a consequente produção de ácido fosfatídico, o qual pode diretamente ativar mTOR independentemente da sinalização da PI3K/Akt. Associado a estes efeitos induzidos pelo exercício resistido, os aminoácidos também podem sinergicamente aumentar a síntese proteica. Estes efeitos podem estar relacionados com a ativação dos transportadores de aminoácidos (LAT1, SNAT2), sensores de nutrientes (hVps34; human vacuolar protein sorting-34) e talvez, com as proteinas Rag. Em humanos, tem sido demonstrado recentemente que a expressão dos transportadores de aminoácidos é aumentada depois de um período agudo de exercício resistido de alta intensidade.

EXERCÍCIO COM RESTRIÇÃO DO FLUXO SANGUÍNEO E REGULAÇÃO DA SÍNTESE PROTEICA

Diferentes estudos têm demonstrado que o exercício resistido com elevada intensidade (tipicamente > 70% de 1RM), é um potente estímulo da síntese proteica e hipertrofia muscular. Contudo, recentes estudos têm mostrado que a realização de exercício resistido com baixa intensidade (20-50% 1RM) em combinação com a restrição do fluxo sanguíneo (BFR - blood flow restriction) nos músculos ativos, produz similar aumentos no tamanho e força muscular, comparados com o exercício resistido de alta intensidade. Este aumento na síntese proteica também está relacionada com a ativação da sinalização da via do mTORC1. Tem sido verificado também que o BFR reduz a expressão dos genes proteolíticos FoxO3a, atrogin1 e MuRF1 após uma sessão única de exercício com BFR.

EXERCÍCIO AERÓBICO E REGULAÇÃO DA SÍNTESE PROTEICA

O exercício aeróbico agudo, assim como o exercício resistido, estimula a síntese proteica tanto no estado alimentado como no estado de jejum. A realização crônica de um treinamento com exercício aeróbico, parece aumentar a síntese proteica em repouso. O que precisa ser melhor esclarecido é, qual subfração proteica celular o exercício aeróbico aumenta no estado alimentado? Tem sido demonstrado que a realização de uma sessão única de exercício aeróbico no estado alimentado aumenta a síntese de proteínas mitocondriais. Contudo, a síntese de proteínas miofibrilares também é aumentada em resposta ao exercício aeróbico (extensão unilateral de perna) realizado no estado alimentado. O que é interessante, é que o treinamento aeróbico produz uma considerável hipertrofia e força muscular em mulheres idosas. Partes destes efeitos pode ser decorrente de uma aumentada sensibilidade à insulina induzida pelo treinamento crônico.

IDADE AVANÇADA E EXERCÍCIO RESISTIDO

A perda de força e massa muscular associada com a idade é conhecida como sarcopenia. Estudos atuais têm demonstrado que idosos não apresentam a mesma magnitude de resposta a síntese proteica ou da sinalização anabólica quando comparados aos indivíduos jovens em respostas a estímulos anabólicos. Homens idosos, demonstram uma amenizada resposta anabólica sob diferentes faixas de intensidades de treinamento quando comparados aos indivíduos jovens, efeito que tem sido nomeado como resistência anabólica induzida pela idade. A idade está associada com uma prejudicada sinalização do mTORC1 e síntese proteica durante o curso de 24h após a realização de uma sessão de exercício resistido, diferente do que é observado em jovens, onde a síntese proteica encontra-se elevada por até 48h. Similar aos estudos agudos, o treinamento crônico com exercício resistido (3 dias/semana) resulta em amenizada hipertrofia muscular em homens e mulheres idosas quando comparados aos jovens. 

Contudo, recentemente tem sido demonstrado que a síntese proteica está aumentada em 56% após a realização de uma sessão de exercício resistido com BFR, indicando que esta nova modalidade de treinamento, pode ser utilizada para contrapor aos efeitos deletérios da idade sobre a síntese proteica quando comparado ao treinamento tradicional. Porém, diferentemente dos resultados deste estudo, é possível postular que não necessariamente o exercício resistido com BFR seja mais anabólico que o treinamento resistido convencional, mas sim, as respostas induzidas por este treinamento podem ser mais efetivas. Neste sentido, se o treinamento convencional for realizado com estímulos indutores das mesmas alterações metabólicas, hormonais e neurais quando comparados ao treinamento com BFR, possivelmente ambas as modalidades de treinamento resultarão em similares efeitos anabólicos, pois, ambas as modalidades de treinamentos envolve os fatores mecânicos.

IDADE AVANÇADA E AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS

Tem sido demonstrado que a síntese proteica encontra-se aumentada em idosos após a ingestão de um suplemento enriquecido com leucina (6.7 g de aminoácidos essenciais + 41% de leucina), porém, esta resposta não é verificada em indivíduos que ingerem 6.7 g de aminoácidos essenciais +  26% de leucina. Contudo, indivíduos jovens, apresentam aumentada síntese proteica em ambas as situações. 

COMBINAR EXERCÍCIO RESISTIDO COM A INGESTÃO DE AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS NA IDADE AVANÇADA E SÍNTESE PROTEICA

Sabe-se que o exercício resistido ou a ingestão de aminoácidos essenciais estimulam independentemente o aumento na síntese proteica, no entanto, o equilíbrio nitrogenado permanece negativo quando o exercício resistido é realizado em estado de jejum. Além do mais, tem sido demonstrado que a ingestão de aminoácidos essenciais depois do exercício resistido resulta em maior aumento na síntese proteica  quando comparado com a ingestão no repouso ou quando o exercício é realizado no estado de jejum. 

A máxima resposta sobre a síntese proteica observada com a ingestão de aminoácidos essenciais após o exercício resistido é atribuído aos aumentos na disponibilidade intracelular de leucina, e subsequentemente ativação da sinalização dependente de mTORC1.

CONCLUSÕES

Em resumo, tanto o exercício resistido como o aeróbico aumentam a síntese proteica em humanos, Em adição, quando o exercício resistido é realizado com baixa intensidade e com BFR, a resposta anabólica é similar a observada quando o exercício é realizado com a intensidade elevada. Depois da ingestão de aminoácidos essenciais, a síntese proteica e a sinalização anabólica é aumentada, porém, esta resposta é aumentada para um grau maior quando os aminoácidos essenciais são ingeridos depois da realização do exercício resistido. De maneira geral, a resposta anabólica é dependente da sinalização do mTORC1 em resposta ao exercício resistido ou aminoácidos essenciais, porém, esta resposta é amenizada em idosos. 

Ainda não está claro o porque que idosos tem esta reposta atenuada, mas alguns dados indicam que idosos podem ter esta resposta atenuada quando a ingestão de aminoácidos essenciais é baixa quando comparado aos indivíduos jovens, porém, quando esta ingestão é associada com o exercício resistido, esta diferença em resposta a idade é perdida. Assim, é possível concluir que em humanos, a associação do exercício resistido com a ingestão de aminoácidos essenciais, ou, o exercício resistido associado com a BFR estimula de forma elevada a sinalização do mTORC1 e a síntese proteica. Assim, é possível propor que estas estímulos estressores fisiológicos podem ser utilizados como excelentes ferramentas para contrapor aos efeitos deletérios da sarcopenia. 

Juliano Machado

Doutorando em Fisiologia pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto – USP (2011); Mestre em Fisiologia da Performance (UFPR - 2010); Especialista em Fisiologia do Exercício (UFPR - 2009);Especialista em Fisiologia do Exercício (Gama Filho - 2008); Licenciatura Plena em Educação Física (UNIVILLE - 2006).

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Journal Reference:

1. Walker DK, Dickinson JM, Timmerman KL, Drummond MJ, Reidy PT, Fry CS, Gundermann DM, Rasmussen BB. Exercise, amino acids, and aging in the control of human muscle protein synthesis. Med Sci Sports Exerc. 2011 Dec;43(12):2249-58
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Pesos maiores podem gerar músculos maiores? Evidências obtidas à partir de estudos que analisam as respostas agudas sobre a síntese proteica após uma sessão de exercício resistido

Estudos que analisam as respostas agudas após uma sessão de exercício resistido sobre o estado de fosforilação (que em alguns casos são marcadores da ativação de uma proteína) ou síntese proteica, associado com a ingestão proteica, são frequentemente utilizados para predizer as respostas cronicas induzidas pelo exercício. Contudo, realmente existem evidências definitivas que realmente mostram que existe uma associação entre as respostas agudas com os efeitos crônicos, ao menos, considerando as respostas sobre a hipertrofia muscular esquelética?

Sabe-se que, para uma fibra muscular esquelética se hipertrofiar, é necessário acréscimos contínuos de proteínas nas fibras já existentes. Além do mais, sabe-se que o exercício resistido é um estímulo eficaz para aumentar a massa muscular, efeito obtido especialmente pela resposta sobre a síntese proteica (MPS - muscle protein synthesis) (Phillips et al., 1997). Quando acompanhado pela ingestão proteica, a estimulação sobre a MPS é maior do que qualquer outro estímulo biológico isoladamente (Phillips et al., 1997; Tipton et al., 1999; Moore et al., 2009). O resultado final é, um equilíbrio nitrogenado positivo que resultará em hipertrofia muscular após o treinamento crônico com exercícios resistidos (após várias sessões de treinos). 

Para nosso conhecimento, não há nenhum outro mecanismos fisiológico conhecido em que uma fibra muscular esquelética possa se hipertrofiar, após o exercício resistido, sem o acréscimo contínuo de proteínas as fibras musculares pré-existentes. Assim, medidas na síntese proteica apresenta importantes indicações sobre a hipetrofia muscular. Além disso, evidências indiretas sugerem que as medidas agudas de MPS após estímulos anabólicos (Fujita et al, 2007; West et al., 2009; Holm et al., 2010) ou catabólicos (Glover et al., 2008), pode se traduzir em ganho (Takarada et al., 2000; Hartman et al., 2007; West et al., 2009; Holm et al., 2010) ou perda muscular (Yasuda et al., 2005). Portanto, existem evidências científicas que suportam que as respostas agudas sobre a síntese proteica estão associadas com os efeitos a longo prazo sobre a massa muscular esquelética.

O laboratório de um pesquisador da universidade de Ontário, Canadá, tem realizado inúmeros estudos experimentais nos quais tem manipulado várias variáveis do exercício resistido (p.ex.: intensidade, volume, tempo sobre tensão muscular), tem levantado a tese de que a ativação máxima da fibra muscular representa o estímulo primário para maximizar a MPS durante os períodos de recuperação após o exercício resistido (Burd et al., 2012). Os achados deste grupo de pesquisa, têm apontado para um conceito não comumente conhecido. Especificamente, contrações musculares de alta intensidade (treinos com pesos elevados/pesados) não são os únicos condutores da MPS após o exercício resistido. Neste sentido, o objetivo da postagem atual é apresentar algumas evidências que dão suporte a essa nova teoria apresentada por este grupo de pesquisa.

A CONTRAÇÃO MUSCULAR COMO ESTÍMULO QUE CONDUZ A MPS

Existe uma miríade de variáveis do exercício resistido além da intensidade, nos quais podem ser manipuladas para produzir hipertrofia muscular induzida pelo exercício resistido, como, volume, ação muscular, tempo sobre tensão muscular, cadência do levantamento dos pesos, modo de contração muscular, e, intervalo de recuperação entre ps exercícios e entre as séries de exercícios realizados (American College os Sports Medicine 2009). Na verdade, cada uma dessas variáveis têm efeitos independentes sobre o turnover proteico, e assim, sobre a hipertrofia muscular, pois, cada variável induz respostas metabólicas e hormonais distintas nos quais serão transformadas em sinais bioquímicos intracelulares que levarão a estimulação da MPS.

Intensidades de exercícios resistidos de 70-80% de 1 repetição máxima (1RM), o qual na maioria dos casos equivale a 8-12 RM, são protocolos classicamente prescritos para maximizar as respostas sobre a hipertrofia muscular induzida pelo exercício resistido (American College os Sports Medicine 2009). Contudo, o que é tão intrinsicamente único sobre os exercícios realizados com alta intensidade de resistência em termos de promoção da MPS induzida pelo exercício resistido? Provavelmente, isto está relacionado com a existência de uma relação positiva entre o maior desenvolvimento de força com a aumentada atividade eletromiográfica da musculatura esquelética (Alker et al,, 2000). Por conseguinte, resultará em maior recrutamento de fibras musculares em intensidades elevadas, o qual resultará em aumentada síntese proteica, e em última instância, hipertrofia muscular. Kumar et al. (2009), forneceram suporta para a relação dose-resposta entre intensidade externa de trabalho e MPS. Eles demonstraram que a MPS atinge um platô entre intensidades de 60-90% de 1RM. Assim, haveria pouca razão para esperar uma grande diferença sobre a MPS, a menos que a fibra muscular tenha um mecanismo altamente sensível para detectar uma diferença entre 60-90% de 1 RM, um conceito que parece, pelo menos de acordo com os dados disponíveis altamente improvável. 

É geralmente aceito que as unidades motoras (unidade motora é um neurônio motor e todas as fibras inervadas por ele) são recrutadas de acordo com o princípio do tamanho durante a contração muscular voluntária (Henneman et al., 1965). Neste contexto, parece razoável supor que intensidades mais baixas, realizadas até a fadiga voluntária, possa atingir um grau semelhante de ativação das fibras musculares semelhante a ativação obtida durante a realização de exercícios de alta intensidade realizados até a falha concêntrica. Se isto é verdade, tal modo de ativação, treinamento de baixa intensidade até a falha máxima, presumivelmente resultaria em similar resposta sobre a MPS durante a recuperação (Figura 1).

O laboratório de Burd et al., recentemente testou a tese de que, treinamentos resistidos tanto de alta como de baixa intensidades, realizados até a falha máxima, resulta em máxima ativação das fibras musculares e similar estímulo para MPS. Foi demonstrado que homens jovens treinados, ao realizarem um protocolo de treinamento de baixa intensidade (30% 1RM) e elevado volume (24 ± 3 repetições) até a fadiga voluntária, era igualmente efetivo em estimular a síntese de proteínas musculares durante 0-4h de período de recuperação, quando comparados ao protocolo de alta intensidade (90% 1RM) e baixo volume (5 ± 1 repetições) de exercício resistido. Interessantemente, exercício realizado com 30% 1RM induziu uma resposta mais duradoura sobre a MPS, que se estendeu por 21-24h durante a recuperação do exercício resistido (Burd et al., 2010b). Esta observação, demonstra que a elevação da síntese de proteína miofibrilar depois de um exercício de baixa intensidade, corrobora com os dados que demonstram que o volume do exercício é o fator integral para sustentar a síntese proteica durante a recuperação (Burd et al., 2010a). Sendo assim, os autores comprovam a tese e levantam um novo conceito de que o treinamento com baixa intensidade resulta em similar aumento de massa muscular quando comparado ao treinamento de alta intensidade!

E VOCÊ LEITOR, CONCORDA COM ESTES RESULTADOS?

Se estas respostas se aplicam para diferentes grupos populacionais com diferentes níveis de treinamento, é algo ainda a se testar. Muitos dos efeitos foram testados em indivíduos jovens treinados, o que não se aplicaria em todas as populações. Contudo, vale lembrar que diversos estudos realizados com baixa intensidade de treinamento e elevado volume com oclusão vascular em adultos jovens, treinados ou não, assim como em  idosos, produzem similar respostas sobre a síntese proteica quando comparados aos regimes de treinamento de alta intensidade e baixo volume sem oclusão vascular. Isto novamente dá suporte a teoria levantada pelo grupo de Burd et al., de que, a ativação máxima da fibra muscular representa o estímulo primário para maximizar a MPS durante os períodos de recuperação após o exercício resistido (Burd et al., 2012).

Juliano Machado

Doutorando em Fisiologia pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto – USP (2011); Mestre em Fisiologia da Performance (UFPR - 2010); Especialista em Fisiologia do Exercício (UFPR - 2009);Especialista em Fisiologia do Exercício (Gama Filho - 2008); Licenciatura Plena em Educação Física (UNIVILLE - 2006).

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Journal Reference:

1. Nicholas A. Burd, Cameron J. Mitchell, Tyler A. Churchward-Venne, Stuart M. Phillips. Bigger weights may not beget bigger muscles: evidence from acute muscle protein synthetic responses after resistance exercise. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism, 2012 DOI: 10.1139/h2012-022

Guia de Recomendações para Hidratação ao se Exercitar de Acordo com The National Athletic Trainers

·     2-3 horas pré-exercício: aproximadamente 485 ml a 570 ml de água ou bebida esportiva;

·    10-20 minutos pré-exercício: 200 a 285 ml de água ou bebida esportiva;

·  Durante o exercício: A reposição de fluidos deveria se aproximar da perda de líquido através do suor e urina e manter a hidratação para que a redução da massa corporal seja menor do que 2%. Isso geralmente requer de 200 a 285 ml de água ou bebida esportiva a cada 10 a 20 minutos. Inclua carboidratos na bebida se o exercício for intenso ou durar mais de 45-50 minutos. Água por si só será suficiente se o exercício for moderado ou durar menor do que 45 a 50 minutos;

·   Pós-exercício: Os atletas devem se pesar com o mínimo de roupa o possível antes e após o exercício para saber o quanto foi perdido de massa corporal através do suor (água e sal). Com base nisso, a ingestão de fluido deveria ser aproximadamente 150% a perda de peso e de preferência dentro de duas horas e não mais do que 4-6 horas após o evento. Incluir sódio na bebida permite que uma melhor manutenção do volume de fluidos corporais. Carboidratos na bebida vão melhorar a taxa de absorção intestinal de fluidos e irá repor os estoques de glicogênio nos músculos e no fígado.

·   O volume de fluido no estômago é criticamente importante para a hidratação adequada. Manter de 345 a 570 ml de fluido no estômago irá otimizar o esvaziamento gástrico e evitará a desidratação. As concentrações de 4 a 8% de hidratos de carbono devem ser utilizados, se forem incluídos no líquido (por exemplo, com bebidas energéticas). Concentrações mais elevadas do que 8% diminuirá a taxa de absorção de líquido, enquanto que as concentrações de 6 a 8% é ótima para a hidratação e desempenho. 


Juliano Machado
Doutorando em Fisiologia pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto – USP (2011); Mestre em
Fisiologia da Performance (UFPR - 2010); Especialista em Fisiologia do Exercício (UFPR - 2009);
Especialista em Fisiologia do Exercício (Gama Filho - 2008); Licenciatura Plena em Educação Física
(UNIVILLE - 2006).

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Fonte: Therapeutic Associates Medford Physical Therapy E-newsletter – August 2010

http://www.therapeuticassociates.com/hydration-and-nutrition/the-national-athletic-trainers-association-recommends-the-following-hydration-guidelines-for-exercise/

IRISINA: Um Furacão Muscular no Destino do Tecido Adiposo

Hipócrates observou que, "caminhar é a melhor medicina do homem", e assim descobriu os benefícios do exercício físico para a saúde. Após dois milênio de anos, os benefícios da atividade física sobre a saúde e longevidade tem sido muito bem documentada. Atualmente os cientistas estão começando a entender os benefícios para a saúde a nível molecular, e começando a considerar a musculatura esquelética como um órgão  endócrino, capaz de se comunicar com outros tecidos através das miocinas, nas quais são liberadas na circulação durante a realização de atividade física. Num recente estudo, Boström et al. (Nature 2012, 481:463-468), identificou uma nova miocina, Irisina, na qual é liberada na circulação durante a realização de exercício físico e estimula a transformação de células adiposas brancas em células adiposas com um fenótipo similar as células adiposas marrom, fenômeno conhecido como "browning". 

Acima de uma década atrás, um co-ativador transcricional (uma molécula envolvida na regulação da expressão gênica) conhecido como co-ativador 1α do receptor ativado por proliferadores de peroxissoma gama (PGC-1α), foi identificado por ter um papel crítico na manutenção da homeostasia do metabolismo da glicose, lipídeos e energética. Foi verificado que o PGC-1α também está envolvido com processos patológicos associados com desordens relacionada com a obesidade, tal como diabetes, doença cardiovascular e neurodegeneração. Por outro lado, camundongos transgênicos portando a forma constitutivamente ativa da PGC-1α na musculatura esquelética, são resistentes a obesidade e ao diabetes relacionados com a idade, além de apresentarem uma aumentada expectativa de vida. Um achado que sugere que o PGC-1α associado aos seus efeitos na musculatura esquelética pode regular o metabolismo em outros tecidos, em especial, o tecido adiposo branco.

O objetivo do estudo de Boström et al., foi identificar o sinal que realiza um crosstalk entre a musculatura esquelética que expressa o PGC-1α e o tecido adiposo. Ao comparar os genes que são expressos na musculatura esquelética de camundongos controles (wild-type) com os transgênicos, eles observaram uma maior expressão de muitos genes codificados por certos produtos proteicos, incluindo a conhecida proteína contendo o domínio 5 da fibronectina do tipo 3 (FNDC5 - fibronectin type III domain containing 5). Os pesquisadores  observaram que a FNDC5 é proteoliticamente clivavada em um produto, o qual foi chamada de Irisina "Irisin", nome decorrente da deusa Grega Iris, e que sua expressão é aumentada na musculatura esquelética com o exercício tanto em camundongos como em humanos. Em humanos, foi observado que as concentrações de irisina no plasma aumentam após 10 semanas de treinamento regular com execício físico. 

Além disso, os pesquisadores injetaram em camundongos obesos, adenovírus expressando FNDC5, o qual resultava em níveis que eram de 3 a 4 vezes maiores do que os níveis observados no animais injetados com as partículas de adenovírus contendo o gene controle. O tecido adiposo de camundongos com maiores níveis de irisina no plasma, apresentavam maiores níveis de expressão da proteína desacopladora 1 (UCP1 - uncoupling protein 1), o qual é uma característica do tecido adiposo marrom. A proteína UCP1 é um canal da membrana mitocondrial interna responsável por desacoplar o gradiente de íons hidrônios (H+) do espaço intermembranas mitocondrial para a matriz mitocondrial, desviando a passagem dos íons H+ pela ATP-sintetase (e síntese de ATP) para a produção de calor. Esta mudança foi acompanhada por um aumento no dispêndio energético corporal total, modesta perda de massa corporal, e, melhoras modestas na intolerância à glicose (Figura 1).

Figura 1: Cross-talk entre musculatura esquelética e tecido adiposo. O exercício físico estimula um aumento na expressão do PGC-1α. Boström et al., recentemente reportaram que o PGC-1α, um co-ativador transcricional, estimula a expressão de uma proteína de membrana, FNDC5, o qual é proteolíticamente clivada para a forma de irisina, uma miocina. A irisina estimula a transformação de células adiposas brancas em brite cells - células adiposas com um fenótipo similar as células adiposas marrom, como indicado por um marcado aumento na expressão da UCP1 no tecido adiposo branco. Os pesquisadores também mostraram que elevadas concentrações de irisina no plasma obtido através da reposição gênica, é acompanhada por uma redução na massa corporal e melhoras na homeostasia metabólica em camundongos obesos.

A visão de que humanos possuem tecido adiposo marrom agora é bem aceita. Além do mais, recentes evidências mostram que o metabolismo do tecido adiposo marrom é aumentado quando humanos adultos são expostos ao frio. Portanto, os achados de Boström et al. é que o exercício, através da irisina, tem a capacidade de ativar um fenótipo similar ao do tecido adiposo marrom, que provavelmente teria um significado clínico importante para o metabolismo em humanos. O que mais suporta esta conclusão é que a irisina de camundongos e humanos são proteínas idênticas, embora, seja necessário verificar se a irisina em humanos tem o mesmo efeito no tecido adiposo branco como ela faz em camundongos.

Boström et al., provêm uma explicação mecanicística do efeito benéfico do exercício sobre a proteção contra doenças metabólicas. Contudo, o estudo destes autores apresentam uma importância ainda maior sobre as bases conceituais para o entendimento de como a musculatura esquelética se comunica com outros tecidos. Hoje sabe-se que o exercício estimula a liberação de inúmeras miocinas, dos quais oferecem proteção contra inúmeras doenças como as cardiovasculares, diabetes do tipo 2, câncer, demência e osteoporose. Futuramente, será excitante entender a nível molecular como estes efeitos protetores são obtidos.

Diante dos efeitos anti-obesidade e anti-diabético da formação de tecido adiposo marrom em camundongos, é possível que pacientes que sejam incapazes de se exercitar devido a condições musculoesqueléticas ou cardiovasculares severas, pudessem se beneficiar diretamente pela descoberta da irisina. No entanto, devido ao fato de o exercício orquestrar uma inter-relação de inúmeras proteínas secretadas e não secretas, e assim, beneficiar de maneira direta ou indireta órgãos como o cérebro ou o sistema cardiovascular, é improvável que uma "pírola do exercício", irá trocar os efeitos totais de uma boa prática regular de exercícios. Diante disto, como notou Hipócrates, o autor deste excelente editorial publicado no New England Journal of Medicine (2012; 366:1544-1545/ April 19) sugere que se a pessoa se manter fisicamente ativa, ela ativará todas as miocinas de sua musculatura esquelética, e, seguindo a mesma linha de raciocínio, eu também concordo que ainda não foi encontrado algo que substitua os efeitos benéficos da prática regular do exercício físico sobre a saúde e longevidade, ao menos em humanos.

Juliano Machado

Doutorando em Fisiologia pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto – USP (2011); Mestre em Fisiologia da Performance (UFPR - 2010); Especialista em Fisiologia do Exercício (UFPR - 2009);Especialista em Fisiologia do Exercício (Gama Filho - 2008); Licenciatura Plena em Educação Física (UNIVILLE - 2006).

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Referência

Pedersen BK. A muscular twist on the fate of fat. New England Journal of Medicine 2012; 366:1544-1545/ April 19.

Método utilizado em outras modalidades esportivas pode contribuir para ajustar o treinamento e melhorar a aptidão física de atletas de esportes de combate. Estudo feito na USP foi destaque na Science

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Pesquisadores determinam papel dos sistemas energéticos no judô

Agência FAPESP – O conhecimento sobre a contribuição dos diferentes sistemas energéticos do corpo humano no fornecimento da energia requerida por um atleta para a prática de um esporte pode contribuir para aprimorar seu treinamento e aumentar sua aptidão física.

Relativamente mais fácil de ser realizada com praticantes de esportes como ciclismo e corrida – cujos movimentos repetitivos e padronizados que fazem durante um treinamento ou competição podem ser reproduzidos em laboratório em equipamentos como bicicletas e esteiras ergométricas –, esse tipo de avaliação é mais complexa de ser feita com atletas de esportes cujos movimentos são imprevisíveis e dependem da ação de seus parceiros ou oponentes, como as artes marciais e os esportes coletivos.

Ao utilizar um equipamento portátil, que permite ao atleta se movimentar sem ter fios ligando-o a um computador, pesquisadores da Escola de Educação Física e Esporte (EEFE) da Universidade de São Paulo (USP) conseguiram determinar a contribuição dos diferentes sistemas energéticos durante o treinamento de judô.

Os resultados da pesquisa, realizada com apoio da FAPESP, foram publicados no Journal of Visualized Documents, de acesso aberto, que se autointitula o “primeiro videojornal científico”. E ganharam destaque no site da revista Science.

Os pesquisadores avaliaram por meio de um analisador de gases portátil e por telemetria, além de coletas de sangue para dosagem de lactato, a contribuição dos sistemas energéticos durante a execução de técnicas de braço, quadril e pernas utilizadas no judô para projeção do adversário na luta em pé, por cerca de 20 atletas de faixas marrom e preta que praticam o esporte há mais de dez anos e que participam de competições estaduais e nacionais.

As análises revelaram que a contribuição do sistema de fosfagênios (substratos estocados na musculatura e prontamente disponíveis para serem degradados e transferir energia para contração muscular) é crucial para os atletas. E que a participação do sistema aeróbio (que depende do consumo de oxigênio para converter alimento em energia) é maior do que o esperado.

“Quando se tem um melhor conhecimento do que ocorre com o atleta ao realizar determinadas ações em sua modalidade, é possível direcionar de maneira mais adequada o treinamento, realizando alguns ajustes fisiológicos e elaborando uma dieta específica para que ele atinja os objetivos almejados”, disse Emerson Franchini, professor da EEFE da USP e coordenador do projeto, à Agência FAPESP.

O pesquisador realizou doutorado com Bolsa da FAPESP e além de ser professor da USP também treina atletas da seleção brasileira de judô. Entre eles estão Leandro Guilheiro, medalhista olímpico e primeiro colocado no ranking internacional na categoria até 81 quilos; Tiago Camilo, sétimo no ranking até 90 quilos; e Rafael Silva, quarto colocado mundialmente na categoria acima de 100 quilos.

Franchini explica que o organismo humano possui três sistemas energéticos, sendo um oxidativo (que depende de oxigênio) e dois sistemas anaeróbios (que independem de oxigênio) – divididos em sistema glicolítico e sistema de fosfagênios –, que convertem alimento em energia.

“Os estímulos físicos realizados nos treinamentos esportivos têm o objetivo, basicamente, de melhorar o funcionamento de um ou mais desses sistemas, possibilitando aumentar o ritmo de transferência de energia – para que o atleta consiga realizar ações mais intensas – ou aumentar o estoque de energia – para que ele consiga manter a intensidade de um exercício por um período mais prolongado, dependendo da modalidade esportiva praticada”, explicou.

No caso do judô, segundo o pesquisador, é necessária a combinação das duas estratégias, uma vez que a aplicação das técnicas na luta depende de uma intensidade física bastante elevada por um período muito curto de tempo.

“Se o atleta consegue transferir energia mais rapidamente em uma luta de judô, ele é capaz de realizar uma ação mais potente e, provavelmente, tem mais chance de obter sucesso na execução de um golpe”, disse Franchini.

“Por outro lado, em uma competição em que o atleta pode chegar a seis ou sete lutas em um único dia, com cinco minutos de duração cada, sem considerar a possibilidade de prorrogação, é importante que ele também tenha uma capacidade elevada de manter a repetição do exercício”, disse.

Outros esportes

De acordo com Franchini, é difícil fazer comparações entre o gasto calórico de um atleta do judô com o de outras modalidades esportivas, porque isto depende da intensidade do exercício e ainda há poucos dados sobre o gasto calórico em ações competitivas.

Entretanto, em comparação com outras modalidades de artes marciais, como o taekwondo, o pesquisador estima que o gasto energético de um atleta de judô seja maior em função da duração das lutas e da intensidade das ações.

“Em uma luta de judô, a todo momento há disputas de pegada, ações de puxar e empurrar o oponente e as paralisações são mais curtas. Já em outras modalidades, muitas vezes o atleta mantém uma distância intermediária entre ele e o oponente e as ações são de intensidade mais reduzida”, comparou.

Um dos indicadores utilizados pelos pesquisadores para avaliar a intensidade das ações nas lutas de artes marciais é a relação esforço-pausa. Enquanto uma luta de taekwondo é caracterizada por esforços de, em média, 8 a 10 segundos, com 60 segundos de ações menos intensas, no judô os atletas realizam esforços de cerca de 20 segundos, seguidos de 10 segundos de intervalo. “Isso também acaba resultando em algumas diferenças em termos de demanda energética”, disse Franchini.

contribuição dos sistemas energéticos em outras modalidades esportivas.

Com base na avaliação, os cientistas pretendem realizar alguns ajustes fisiológicos no treinamento de atletas de judô e comparar essas adaptações com outros métodos de treinamento já adotados pelos esportistas em suas rotinas normais de exercícios.

“Com base na compreensão mais clara do que ocorre com o organismo do atleta no momento em que ele treina, será possível desenvolver protocolos de treinamento mais eficientes do que os que existem hoje para melhorar a aptidão física”, disse Franchini.

O artigo Determining the contribution of the energy systems during execise, de Franchini e outros, pode ser lido e visualizado no Journal of Visualized Experiments emwww.jove.com/video/3413/determining-the-contribution-of-the-energy-systems-during-exercise?access=ybyomkk0. 

EROs espécies reativas de oxigênio.

ROS: reactive oxygen species (espécies reativas de oxigênio)

O aumento da produção de ROS esta ligado a inúmeras patologias como câncer, diabetes e doenças neurológicas através do dano oxidativo ocasionado pelos mesmos.

É  um paradoxo já que o exercício físico também causa um dano oxidativo e também causa um aumento da produção de ROS e mesmo assim diminui a incidência de câncer, diabetes, doenças cardiovasculares e síndrome metabólica.

O que devemos ter em mente é que ROS é um componente importante na adaptação celular e é uma resposta homeostática necessária para nossa saúde, onde a grande diferença está na produção patológica de ROS e a produção necessária para se alcançar um STADY STATE (estado estável) para um longevidade de vida saudável.

ROS produzido pelo exercício físico moderado é essencial para regulação da produção de força muscular, reparação de tecidos lesados estimulando e a expressão gênica como transportadores de glicose (GLUTs) e sensibilidade dos receptores insulínicos (IRs) entre outras inúmeras regulações das vias de sinalização celulares.

Estresse oxidativo é definido como desiquilíbrio entre oxidantes e antioxidantes, onde a proporção deles é qual designa o papel patológico ou fisiológico natural do corpo humano.

O primeiro trabalho revelando que o exercício aumenta o dano oxidativo e a produção de marcadores plasmáticos e intracelulares (músculo esquelético) foi em 1978 onde o estudo revelou que 60minutos de exercício de endurance a 60% do vo2 max aumentou o conteúdo de pentano expirado (biomarcador de peroxidação lipídica), e constatou também que a suplementação com vitamina E um antioxidante diminuiu o conteúdo do biomarcador.

Muitos tecidos podem produzir ROS,  no entanto pelo alto requerimento energético do musculo esquelético de energia este é o alvo de muitos estudos da área, mas durante o exercício muitos tecidos podem contribuir de forma importante na quantidade total de ROS entre eles está o pulmão, músculo cardíaco.

Após o exercício o dano celular ou microlesões inerentes da atividade pode gerar a migração de macrófagos e fagócitos que são grandes responsáveis pela produção de ROS após o exercício, moléculas responsáveis pelo sistema de defesa do organismo, então olhemos com calma sobre ROS pois se nosso sistema de defesa os produzem para fagocitar partículas estranhas em defesa de nossa integridade fisiológica, será que ROS é tão nocivo quanto se prega?

Estudos tem demonstrado que a local primário de produção de ROS no músculo esquelético é na mitocôndria organela responsável pela respiração celular, 2 a 5% do oxigênio consumido por ela, Brand e colegas relatam que 0,15% do oxigênio consumido pela mitocôndria sofre redox e forma superóxido de oxigênio uma das espécies reativas de oxigênio mais descritas na literatura, os mesmos relatam também que a mitocôndria em estado basal pode produzir mais ROS do que em atividade física.

Isso nos leva a uma pergunta: a mitocôndria é mesmo o lugar primário de formação de ROS? Estudos recentes como o de Brand relatam que não.

NADPH oxidase é uma enzima ligada a inúmeras membranas plasmáticas e tem sido investigada como um dos grandes produtores de “radicais livres” agindo como carreador transferindo elétrons para o oxigênio molecular assim assim sofrendo a oxidação e produz um ânion de superóxido um radical livre.

Uma das membranas plasmáticas que possui NADPH oxidase é a do retículo sarcoplasmático, o superóxido formado pela ação desta enzima age no receptor de rianodina um canal de cálcio que libera cálcio para promover a contração muscular.

FIGURA 1 CANAL DE RIANODINA

A atividade da NADPH oxidade é aumentada com a despolarização, visto que com a contração muscular uma despolarização prévia deve ser disparada, e o receptor de diidropiridina (DHPR)  que também é um canal de cálcio lento controlado por voltagem bem no topo da figura sendo assim acionado por despolarização. Esta proteína esta na membrana do túbulo T que percorre as fibras musculares.

Apesar de DHPR ser um canal de cálcio o músculo esquelético não depende dele para liberar cálcio assim não sendo necessário para a liberação de cálcio para prover a contração muscular ja que o retículo sarcoplasmático o faz, de fato o músculo esquelético é capaz de se contrair sem o cálcio extracelular.

BERNE E LEVY 2009: Entretanto o influxo de cálcio para dentro da célula, através do DHPR, não é necessário para iniciar a liberação de cálcio do RS (retículo sarcoplasmático), o músculo esquelético e capaz de se contrair na ausência de cálcio extrecelular ou com um mutante da proteína DHPR que não conduz cálcio.

O potencial de ação percorre os túbulos T acionando o receptor de DHPR assim provendo uma intereção proteína proteína DHPR-RYR causando uma mudança conformacional e liberando cálcio no mioplama.

Este cálcio é necessário para a contração muscular (VIDE FIG 2), o cálcio se liga a troponina C a qual promovendo a mudança conformacional da tropomiosina do filamento de actina expondo assim os sítios de ligação da actina para miosina assim promovendo parte das etapas para a contração muscular.

FIGURA 2 FORMAÇÃO DAS PONTES CRUZADAS CONTRAÇÃO MUSCULAR

                         Assim sendo se a formação de radicais livre pela NADPH oxidase age de alguma forma na liberação de cálcio para o mioplasma isso irá impedir uma etapa da contração muscular.

Uma outra enzima conhecida por promover a formação de ROS é a fosfolipase A2 uma enzima importante no processo inflamatório, pertence a uma família importante de enzimas que clivam os fosfolipideos presentes na membrana plasmática formando ácidos graxos e lisofosfolipídeos de maneira cálcio dependente.

Ë uma enzima importante na preservação e manutenção dos fosfolípidoes de membrana e a síntese de prostaglandina e leucotrienos ambos importantes no processo inflamatório.

Estudos demonstram que a via de produção de ROS via fosfolipase A2 é grande no período de descanso, sendo o principal determinante da produção de ROS no descanso.

PRODUÇÃO DE FORÇA E FORMAÇÃO DE ROS

Baixos índices de ROS musculares são necessários para prover uma produção normal de força, no entanto a depleção ainda maior de ROS em músculos não fadigados diminui a produção de força.

De fato pequenos aumento de ROS no músculos aumentam a produção de força muscular, mas altas produções de ROS pode diminuir a produção de força.

Parece haver um ponto de equilíbrio onde a concentração ótima de ROS é necessária para uma contração muscular elevada.

Parece que o grande fato é o balanço REDOX que é a taxa ou proporção entre oxidante-antioxidante.

Vários estudos tem demonstrado que a utilização de  agentes antioxidantes retarda a fadiga em contração submáxima mas não ocorrendo em contrações máximas.

Considerações

Inúmeros estudos tem demonstrado a grande importância de ROS nas adaptações do músculo esquelético, e que a inibição da formação de ROS via agentes oxidantes podem prevenir as adaptações favoráveis ao músculo esquelético.

Vários autores tem constatado que a produção de ROS pelo exercício físico promove a expressão de inúmeros genes, incluindo genes responsáveis pela biogênese mitocondrial organela fundamental para oxidação de ácidos graxos e portanto de suma importância no controle da obesidade.

A sensibilidade insulínica parece também sofre um efeito benéfico com a formação de ROS pelo exercício, e tiro por conclusão que a formação patológica e ou suprafisiológicas por excesso de treinamento físico, alimentação podem assim influenciar de forma negativa.

No entanto formação fisiológica do exercício moderado e de um estilo de vida ativo nos leva a acreditar que ROS é uma resposta fisiológica adaptativa e de fundamental importância para integridade física.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BERNE & LEVY: Fisiologia/editores: Bruce M. Koeppen, Bruce A. Stanton;Rio de janeiro: Elsevier 2009.

Review Article

Exercise-induced oxidative stress in humans: Cause and consequences

Scott K. Powers ⁎, W. Bradley Nelson, Matthew B. Hudson Department of Applied Physiology and Kinesiology, University of Florida, Gainesville, FL 32611, USA

Estimulando a Oxidação de Ácidos Graxos com a Carnitina: Um venho aliado que surge do escuro

Entender os mecanismos que regulam a utilização de substratos energéticos é fundamental, pois, apresenta implicações práticas para a performance atlética assim como para a prevenção de condições metabólicas patofisiológicas. O equilíbrio entre a oxidação de lipídios e carboidratos é regulado por um sistema complexo de controle por feedback e feedforward, assim como pela interação entre as vias. A carnitina tem um papel crucial na oxidação de lipídios por mediar a translocação de ácidos graxos de cadeia longa (LCFA) para o interior da matriz mitocondrial. Durante os últimos 30 anos, a suplementação dietética com carnitina tem sido muito utilizada para melhorar a oxidação de lipídios e aumentar a performance durante o exercício aeróbico. Contudo, muitos estudos têm mostrado nenhum efeito da suplementação com carnitina na oxidação de lipídios.

Em recente estudo publicado no períodico The Journal of Physiology, Wall e colocaboradores foram capazes de demonstrar pela primeira vez que o conteúdo de carnitina no músculo esquelético pode ser aumentado em homens saudáveis através da suplementação (2 g carnitina + 80 g de CHO duas vezes ao dia por 24 semanas) com carnitina (Wall et al. 2011). O mesmo grupo de pesquisa também mostrou previamente que a infusão intravenosa durante 6 h com uma combinação de carnitina e insulina elevou o conteúdo de carnitina na musculatura esquelética em aproximadamente 13% (Stephens et al. 2006). O mecanismo provável envolvido com esta resposta seria a estimulação induzida pela insulina do transporte transmembrana de carnitina acoplado ao Na+. Este mecanismo provavelmente estaria envolvido com a estimulação do transporte transmembrana de carnitina  induzida pela insulina através da suplementação com carboidrato (CHO). Foi verificado que 3 meses de suplementação com carnitina em combinação com CHO não apresentava nenhum efeito benéfico, contudo, depois de 6 meses, o conteúdo de carnitina estava aumentado em 21%. A necessidade da suplementação por um período tão prolongado, pode explicar porque estudos prévios realizados por períodos de tempo menores falharam em mostrar os mesmos efeitos.

Neste estudo, os autores mostraram que não somente o conteúdo de carnitina no músculo estava aumentado, mas também demonstraram que isto altera o metabolismo de substratos energéticos durante o exercício. Primeiramente, durante o exercício de baixa intensidade (50% VO2max), a suplementação com carnitina resultou em reduzida utilização de glicogênio muscular e reduziu a atividade do complexo piruvato desidrogenase (PDC). O PDC é um importante ponto de controle da oxidação de CHO e apresenta um modo complexo de controle, incluindo os mecanismos inibitórios por feedback induzidos pelos subprodutos como acetil-CoA e NADH (Fig. 1). Os investigadores sugeriram que a reduzida atividade do PDC seria decorrente do aumento mediado pela carnitina de acetil-CoA derivado da beta-oxidação dos lipídios. Outro importante achado foi que a carnitina induziu uma economia na utilização de glicogênio muscular, e isto seria consistente com uma aumentada oxidação de lipídios durante o exercício. No entanto, uma importante limitação do estudo foi a não mensuração da oxidação de lipídios, o qual deveria ser uma das primeiras mensurações que deveria ser realizada neste estudo.

Figura 1. Resumo esquemático da interação entre o metabolismo de ácidos graxos e CHO.

Outro achado interessante no estudo atual foi que durante o exercício de alta intensidade (80% VO2máx), o lactato muscular estava reduzido depois da suplementação com carnitina e simultaneamente a atividade da PDC estava aumentada, ou seja, o oposto do que foi observado durante o exercício baixa intensidade. A aumentada atividade da PDC foi explicada pelo papel que a carnitina apresenta em tamponar os grupos acetil  para reduzir os níveis do inibidor alostérico do PDC, o acetil-CoA. Além do maix, a menor produção de lactato sugere que o fluxo glicolítico foi direcionada para uma maior oxidação de CHO. A suplementação com carnitina também apresentou um efeito ergogênico, aumentando a performance m 11% em um teste com duração fixada em 30 min. Este efeito ergogênico foi explicado pelo duplo papel da carnitina, efeito poupador de glicogênio muscular durante exercício de baixa intensidade e reduzido acúmulo de lactato durante intensidade elevadas.

Este estudo bem controlado por Wall et al. 2011 apresenta importantes implicações. Isto porque o conteúdo de carnitina no músculo pode ser aumentado através da suplementação com carnitina em humanos que não apresentam deficiência de carnitina, e este efeito tem importante influência no metabolismo energético e performance durante o exercício. Neste sentido, estes resultados podem ter importantes implicações para a performance atlética, contudo, isto necessitaria de um tratamento de longa duração, o que provavelmente iria restringir o uso de carnitina como auxílio ergogênico. Estes resultados também podem apresentar alguma importância clínica, como no auxílio para o tratamento de indivíduos com diabetes do tipo II ou outras doenças metabólicas nos quais estão relacionadas com um deteriorado metabolismo de lipídios. Contudo, esta última hipótese precisa ser testada e serve de idéias para futuros estudos.

Juliano Machado

Doutorando em Fisiologia pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto – USP (2011); Mestre em Fisiologia da Performance (UFPR - 2010); Especialista em Fisiologia do Exercício (UFPR - 2009);Especialista em Fisiologia do Exercício (Gama Filho - 2008); Licenciatura Plena em Educação Física (UNIVILLE - 2006).

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Referência

Sahlin K J Physiol 2011;589:1509-1510.