Núcleo Arqueado do Hipotálamo: Um "Portal" da Ação da Insulina na Atividade Simpática. Mecanismos Fisiológicos que Ligam a Hiperinsulinemia Induzida pela Obesidade com a Hipertensão Arterial

Durante o ano de 1980, foi demonstrado que aumentadas concentrações de insulina circulante resultavam em aumentada atividade simpática tanto em humanos como em ratos. Posteriormente foi verificado que elevadas concentrações plasmáticas de insulina, ocorriam em situações como na resistência à insulina, condição comumente associada com a obesidade e síndrome metabólica. Estes achados levantaram a hipótese de que a hiperinsulinemia associada com a obesidade causava um aumento na atividade do sistema nervoso simpático, o qual, poderia ao menos em parte, explicar a hipertensão arterial relacionada com a obesidade. Em suporte a esta hipótese, estudos epidemiológicos realizados durante o início do ano de 1990 mostraram que indivíduos obesos tinham maiores níveis de insulina no sangue e pressão arterial.

Considerando estes efeitos, onde e como a insulina age no cérebro para aumentar a atividade simpática? Um recente estudo publicado no periódico The Journal of Physiology, por Cassaglia et al. 2010, provê uma convincente evidência de que em elevadas concentrações circulantes de insulina, esta age sobre neurônios no núcleo arqueado (ARC) no hipotálamo ventromedial, resultando em aumentada atividade simpática e sensitiva dos barorreceptores (Fig. 1). Estes autores verificaram que a infusão intravenosa de insulina em ratos anestesiados, causava um grande aumento (acima de 100%) na atividade do nervo simpático lombar, e que estes efeitos eram revertidos após microinjeções de um agonista do receptor GABA, o muscimol, tanto no ARC como no núcleo paraventricular do hipotálamo (PVN). Sabe-se que estes núcleos contêm uma elevada densidade de receptores de insulina, porém, estes autores verificaram que a insulina aumentava a atividade simpática quando injetada localmente sobre o ARC, e esta resposta não era vista quando injetada no PVN.

Se a insulina age em receptores no ARC, como ela é transportada da corrente sanguínea para atuar em receptores alvos no ARC? A insulina não atravessa a barreira hematoencefálica, mas ela pode ter acesso aos neurônios no ARC via endocitose mediada por receptor. Além disso, o ARC também contém capilares fenestrados, como aqueles vistos nos órgãos circunventriculares, tanto que a insulina pode ativar diretamente seus receptores no ARC sem necessitar do mecanismo de transporte específico.

Como mencionado anteriormente, a insulina sobre o PVN não aumenta a atividade simpática, porém, ao atuar sobre o ARC, esta aumenta a atividade simpática. Além do mais, neurônios presentes no ARC se projetam para o PVN, ativando os neurônios presentes neste núcleo, e a partir deste mecanismo, aumenta a atividade simpática. Isto ocorre porque os neurônios do PVN podem enviar projeções para o bulbo ventrolateral rostral (RVLM) no tronco encefálico, e neurônios no RVLM se projetarem para a cadeia simpática intermediolateral na medula espinal, aumentando o fluxo simpático, que em última instância, resultará em aumentos da freqüência cardíaca (FC) e pressão arterial (PA). Neurônios do PVN podem se projetar também para o núcleo do trato solitário (NTS), e deste para o RVLM, resultando em aumentos na FC e PA (Fig. 1).

Neurônios do ARC, além de se projetarem para o PVN, podem se projetar para o hipotálamo dorsomedial (DMH), assim como se projetarem para a substância cinzenta periaquedutal (PAG), locais que contêm neurônios que se projetam para o RVLM. A PAG pode também se projetar para o NTS e deste para o RVLM, e consequentemente aumentar a atividade simpática (Fig. 1).

Figura 1. Vias centrais postuladas envolvidas com o efeito da insulina sobre o fluxo simpático.

Estas vias explicam ao menos em partes, as respostas simpatoexcitatórias evocadas no ARC, isto porque, o ARC também responde a outros hormônios como a leptina e a grelina, as quais podem também contribuir para a hipertensão relacionada com a obesidade, para maiores detalhes veja a postagem publicada previamente "http://cienciadotreinamento.blogspot.com/2011/09/circuitos-neurais-centrais-envolvidos.html".

Todos os mecanismos descritos acima mostram as cascatas de reações envolvidas na obesidade, que podem levar ã resistência à insulina, seguido de uma hiperinsulinemia e hipertensão arterial, principalmente em situações crônicas. Diante disto, uma importante questão levantada é, como estas reações em cadeia podem ser tratadas fisiologicamente? De um ponto de vista fisiológico, o exercício físico, é o principal estressor fisiológico que pode atenuar ou reverter estas respostas induzidas pela obesidade. Sabe-se que um dos mecanismos envolvidos com a resistência à insulina induzida pela obesidade é a elevada concentração de ácidos graxos livres circulantes ou intramuscular, assim como subprodutos do metabolismo dos ácidos graxos de cadeia longa na musculatura esquelética, o qual pode causar resistência à insulina neste tecido por inibir a ação da insulina no músculo. Contudo, indivíduos treinados cronicamente em exercícios aeróbicos apresentam elevada densidade mitocondrial e capacidade para oxidar os ácidos graxos intramiocelular, evitando o acúmulo de subprodutos que causariam resistência à insulina. Diante disto, ao praticar exercícios aeróbicos cronicamente, o indivíduo além de experimentar inúmeros efeitos benéficos para a saúde, experimenta também uma melhora nos mecanismos envolvidos com a hipertensão causada pela obesidade.

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


Dampney RAL. Arcuate nucleus - a gateway for insulin's action on sympathetic activity. J Physiol, 2011.

Circuitos Neurais Centrais Envolvidos no Comportamento Alimentar

Um melhor entendimento dos mecanismos que regulam a homeostasia energética, é essencial para o entendimento das novas terapias contra a obesidade. O estado das reservas energéticas é sinalizada ao cérebro pelos sinais da adiposidade e saciedade. Estes sinais modificam tanto as vias anabólicas como as catabólicas, e consequentemente, alteram o comportamento de ingestão alimentar de acordo com o requerimento energético sinalizado. A homeostasia energética é mantida através da adaptação do tamanho da refeição e do atual estado energético (Fig. 1). 

Fig. 1 - Integração dos sinais de saciedade do trato gastrointestinal e dos sinais de adiposidade do pancreas e tecido adiposo pelo SNC. Estes sinais são integrados e produzem mudanças na ingestão energética e dispêndio energético para manter a homeostasia energética. CCK: colecistocinina, GLP-1: peptídeo-1 semelhante ao glucagon, PYY: peptídeo YY.

Este controle é obtido pela comunicação entre o sistema digestivo e o sistema nervoso central (SNC). As informações dos estoques energéticos são retransmitidos do tecido adiposo e fígado para o cérebro via níveis circulantes dos sinais de adiposidade. As informações da qualidade e conteúdo de uma refeição são retransmitidos do trato gastrointestinal para o cérebro via sinais de saciedade. Os sinais são integrados no SNC, primeiramente no hipotálamo, para determinar o tamanho da refeição (Fig. 2).

Fig. 2 - As vias envolvidas com o comportamento alimentar do NPY e melanocortina hipotalamico são primeiramente modulados pela leptina e insulina no núcleo arqueado (ARC). A leptina e insulina estimulam os neurônios POMC via receptores de leptina e insulina. Neurônios POMC promovem tanto a liberação de neuropeptídeos anorexigênicos CRH e CART no PVN, e inibem a liberação de neuropeptídeos orexigênicos orexina e MCH no LHA via liberação de NPY, e inibem a atividade neuronal POMC via liberação de AgRP e GABA. Leptina e insulina inibem neuronios NPY/AgRP via receptores de leptina e insulina, e assim, diminuem as entradas inibitórias GABAérgica para os neuronios POMC, que em última instância, aumentam a liberação de CRH e CART via PVN. Endocanobinóides hipotalâmicos estimulam a atividade neuronal NPY e inibem a atividade neuronal POMC. Endocanobinóides hipotalâmicos também são modulados pela leptina. A serotonina ativa neurônios POMC via receptores 5HT2C localizados nos neurônios POMC e inibem a liberação de AgRP dos neuronios NPY via receptores 5-HT-1B nos neurônios AgRP e nas projeções axonais inibitórias para neurônios POMC. O efeito geral da leptina e insulina é inibir a ingestão alimentar. 5-HT: sorotonina, EC: endocanobinóides, NPY: neuropeptídeos Y, AgRP: peptídeos relacionado ao gene agouti, GABA: ácido gama amino butírico, alfa-MSH: hormônio alfa-estimulante de melanócitos, CART: transcrito regulado pela anfetamina e cocaína, LHA: área hipotalâmica lateral, PVN: núcleo paraventricular, ORX: orexinas, OXM: oxintomodulina, MCH: hormônio concentrador de melanina, CRH: hormônio liberador de corticotrofina, insr: receptor de insulina, lepr: receptor de leptina, r: receptor.

A leptina é secretada primeiramente pelo tecido adiposo, e, os níveis circulante estão positivamente correlacionados com a adiposidade, e por isso é dito que a leptina sinaliza os estoques energéticos. Os receptores hipotalâmicas para leptina estão localizados no núcleo arquedado (ARC) nos neurônios neuropeptídeo Y (NPY) e pró-opiomelanocortina (POMC). Neurônios POMC e NPY se projetam do ARC para outras regiões hipotalâmicas como o núcleo paraventricular (PVN) e área hipotalâmica lateral (LHA). A liberação do hormônio alfa-melanócito estimulante e do transcrito regulado pela anfetamina e cocaína (CART) nestas áreas suprimem o comportamento de ingestão alimentar. Já a liberação de NPY nestas regiões estimula o comportamento de ingestão alimentar. Neurônios NPY também liberam a proteína relacionado ao gene agoute (AgRP) e o ácido gama-aminobutírico (GABA), e com isto, apresenta atividade tônica inibitória sobre os neurônios POMC via receptores de NPY (Y1) e indiretamente estimulam o comportamento alimentar. Assim,  neurônios POMC e NPY modulam o comportamento alimentar via liberação de neuropeptídeos anorexigênicos (e.g., hormônio liberador de corticotrofina - CRH) e neuropeptídeos orexigênicos (e.g., orexina e hormônio concentrador de melanocortina) respectivamente.

A ativação dos receptores de leptina no ARC estimula os neurônios POMC e inibe os NPY. Assim, quando os circulante níveis de leptina estão elevados, como por exemplo, após uma refeição, a leptina ativa neurônios POMC, e assim suprime o comportamento alimentar e inibe os neurônios NPY. Seguindo as reduções nos níveis circulante de leptina e no estado energético, os neurônios NPY são desinibidos, e assim, estimulam o comportamento alimentar e ao mesmo tempo inibem os neurônios POMC. A insulina age em paralelo com a leptina no ARC, e assim, exerceria os mesmos efeitos em situação similar após uma refeição. Contudo, é importante salientar que pacientes obesos, são resistentes a leptina e apresentam níveis circulantes elevados de leptina, porém estes níveis se reduzem com a perda de peso. Estes efeitos sobre a resistência à leptina aumentam a complexidade dos mecanismos envolvidos com o comportamento alimentar.

Os sinais de saciedade (e.g., colecistocinina - CCK; peptídeo YY3-36 - PYY3-36; e o peptídeo semelhante ao glucagon - GLP-1) são liberados pelo trato gastrointestinal durante a refeição em reposta volumétricas e calóricas de uma refeição. Os sinais de saciedade se ligam aos seus receptores específicos no nervo vago o qual envia as informações referentes ao cérebro. Estes sinais, e aqueles da rede hipotalâmica são integrados centralmente para determinar o tamanho da refeição. O peptídeo amilina, o qual é co-secretado com a insulina pelo pâncreas em resposta a uma refeição, também promove a saciedade. As redes do comportamento alimentar do NPY e melanocortina hipotalâmica também são modulados por diversos neurotransmissores, destacando-se aí, o sistema endocanobinóide e a serotonina (5-HT).

Os níveis hipotalâmicos de endocanobinóides flutuam com o estado nutricional, e a administração de agonistas e antagonistas dos receptores de canobinóides (CB1) causam hiperfagia e hipofagia respectivamente. Estes efeitos são mediados via modulação das vias do comportamento alimentar hipotalâmico. A leptina reduz os níveis de endocanobinóides, enquanto os antagonistas dos CB1 previnem o aumento do comportamento alimentar observado com a inibição das vias da melanocortina e NPY. Estes últimos efeitos podem ser mediados pelos receptores melanocortina 4. Os níveis no sangue de endocanobinóides estão elevados na obesidade, o qual implica um papel para a ativação dos CB1 no ganho de peso e no desenvolvimento dos fatores de riscos cardiometabólicos. Além do mais, medidas da atividade dos endocanobinóides com o acúmulo da massa de gordura visceral e abdominal estão correlacionados com a desregulação do sistema endocanobinóides periférico na obesidade humana. Assim, tanto os receptores CB1 central assim como os receptores CB1 periféricos são potenciais alvos terapêuticos contra a obesidade, e isto foi verificado até recentemente com a utilização de medicamentos antagonistas dos CB1,  que posteriormente foi retirado do mercado devido aos efeitos colaterais. 

A aumentada liberação de 5-HT causa hipofagia, enquanto a sua inibição causa hiperfagia. Estes efeitos são mediados pelos receptores 5-HT2C e 5-HT1B localizados nos neurônios POMC e NPY hipotalâmicos respectivamente. A estimulação dos receptores 5-HT2C promovem a liberação de alfa-MSH, o qual diminui o comportamento alimentar. A estimulação dos receptores 5-HT1B inibe a liberação de AgRP, desinibindo a via melanocortina levando ao decréscimo do comportamento alimentar. Este sistema é o alvo chave dos agentes anti-obesidade que estão sendo desenvolvidos, e de alguns já desenvolvidos. Por exemplo, existem medicamentos anti-obesidade que inibem a recapitação de noradrenalina e 5-HT, e este último neurotrasmissor pode exercer seus efeitos anorexigênicos via receptores 5-HT descritos anteriormente. 

Somente recentemente, tem-se identificado e melhor compreendido as complexas redes central e periféricas que regulam o comportamento alimentar, o que provêm muitos alvos potenciais para terapia anti-obesidade.  Contudo, apesar dos incríveis ganhos em nosso conhecimento sobre a homeostasia energética, muito ainda permanece desconhecido, principalmente ao se destacar os mecanismos que estimulam a alimentação excessiva. Mas acima de tudo, é possível verificar com base na revisão atual, que as redes neurais envolvidas com o comportamento alimentar é altamente plástica, e sujeita a inúmeras alterações. Isto abre a oportunidade de pensarmos sobre a importância da aderência e manutenção de hábitos saudáveis, como uma boa alimentação e prática de exercício físico, mesmo diante de a um ambiente obesogênico, pois, até o presente momento, estes dois comportamentos têm se mostrados excelentes medidas terapêuticas que não apresentam efeitos colaterais quando realizados na medida certa.

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


Aronne LJ, Thornton-Jones ZD. New target for obesity pharmacotherapy. J Clin Pharmacol, 2007.

Sono melhor e menos hipertensão

Agência FAPESP – Ao estudar as causas da hipertensão resistente, que não cede com o uso de medicamentos, um grupo de pesquisadores constatou que a condição mais frequentemente associada ao problema é a apneia do sono – distúrbio caracterizado pelos roncos frequentes e engasgos enquanto o paciente dorme. Na pesquisa, os cientistas constataram que, curiosamente, a imensa maioria dos pacientes com apneia do sono não conheciam o diagnóstico.

O estudo foi realizado por cientistas do Instituto do Coração (InCor) do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (USP), em parceria com pesquisadores do Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia, e já foi aceito para publicação na revista Hypertension.

Em outro estudo ainda inédito, o grupo do InCor também demonstrou que o uso do equipamento conhecido como CPAP – sigla em inglês para “pressão positiva contínua nas vias aéreas” –, tratamento padrão para a apneia do sono, pode ser eficiente como terapia auxiliar, no caso dos pacientes com hipertensão resistente.

Um estudo anterior, publicado em março na Hypertension, havia demonstrado que o CPAP é eficiente também como prevenção, no caso de pacientes pré-hipertensos ou com hipertensão mascarada.

Os dois trabalhos sobre hipertensão resistente foram realizados no âmbito de um projeto que teve apoio da FAPESP na modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular e foi coordenado por Geraldo Lorenzi Filho, professor do InCor. Os estudos também tiveram a coordenação de Luciano Drager, Médico Assistente da Unidade de Hipertensão do InCor.

“Os pacientes com hipertensão resistente, por definição, são aqueles que não conseguem controlar a pressão arterial mesmo tomando três fármacos anti-hipertensivos em dose máxima tolerável, sendo um deles diurético.Trata-se de um problema muito grave, por isso decidimos realizar um estudo sobre as causas desse tipo importante de hipertensão”, disse Drager à Agência FAPESP.

Em parceria com cientistas do Instituto Dante Pazzanese, os pesquisadores do InCor monitoraram mais de uma centena de pacientes de hipertensão resistente, a fim de investigar a causa do problema. A conclusão foi que a apneia era a condição mais frequentemente associada a ele.

“Identificamos uma frequência de 64% de casos de apneia do sono nessa população de hipertensos resistentes. A apneia foi, de longe, a principal causa do problema”, disse Lorenzi.

Em um segundo trabalho com os hipertensos resistentes, os pesquisadores do InCor separaram de forma randomizada, durante seis meses, um grupo tratado com o CPAP e medicamentos e outro apenas com os medicamentos. O trabalho fez parte de um doutorado e será submetido em breve àHypertension.

“O tratamento com o CPAP conseguiu provocar uma queda significativa na pressão arterial dos pacientes. Trata-se de uma alternativa de tratamento adjuvante, que não dispensa o uso de fármacos. Mas o resultado foi animador”, disse.

O tratamento de escolha é o uso de máscara (CPAP - Pressão Positiva Contínua nas Vias Aéreas - Foto) conectada a um compressor de ar que faz uma pressão positiva na via aérea, forçando a passagem do ar através das vias aéreas. O tratamento com CPAP é efetivo na abolição da apneia, dessaturações, melhora da sonolência e cansaço, melhora os níveis de pressão arterial e da disfunção cardíaca. A aderência dos pacientes ao tratamento com a CPAP ainda é o maior problema. De 30 a 50% dos pacientes não adere ao uso da máscara.

Pré-hipertensão e Hipertensão mascarada

De acordo com Drager, além dos trabalhos relacionados aos pacientes refratários ao tratamento, o grupo realizou um estudo com foco no caso inverso: os pacientes com pré-hipertensão ou hipertensão mascarada.

“Já sabíamos que a apneia do sono é um fator de risco para o desenvolvimento de hipertensão e que o tratamento com CPAP promove uma redução da pressão arterial. Começamos então a levantar a seguinte questão: se usarmos o CPAP em pacientes que estão sob risco de desenvolver a hipertensão, será que conseguiríamos impedir o surgimento do problema?”, disse.

Para descobrir a resposta, os cientistas estudaram pacientes com dois tipos de problema: a pré-hipertensão e a hipertensão mascarada. “Essas duas condições são fatores que aumentam o risco de o paciente desenvolver no futuro uma hipertensão sustentada”, afirmou.

A pré-hipertensão, segundo Drager, é caracterizada por indivíduos cuja pressão arterial é normal, mas com valores próximos aos limites da hipertensão. Já nos casos de hipertensão mascarada, os pacientes apresentam pressão arterial normal no consultório, mas alterada quando o monitoramento é feito por 24 horas.

“Estudamos 36 pacientes com apneia do sono bastante importante. Fizemos um sorteio e metade deles foi tratada com o CPAP e metade permaneceu sem tratamento por três meses. Observamos que no final do período o grupo que recebeu o tratamento com CPAP teve uma redução considerável da frequência de pré-hipertensão e hipertensão mascarada”, contou.

No início do estudo, 94% dos pacientes com apneia apresentaram pré-hipertensão. Depois do tratamento com o CPAP apenas 55% continuavam com o problema. Quanto à hipertensão mascarada, 39% apresentaram o problema no início do estudo. Após o tratamento com CPAP, a frequência foi reduzida para 5%.

O grupo que não recebeu o CPAP não apresentou mudanças significativas. “Entre os tratados com CPAP, a redução da pré-hipertensão e da hipertensão mascarada foi muito significativa, considerando que foram apenas três meses de tratamento”, disse Drager.

O paciente com apneia dorme mal, ronca, tem prejuízos na memória e sonolência diurna, por isso precisa do tratamento. Mas a principal mensagem do estudo, de acordo com o cientista, é que, além da melhora de qualidade de vida ocasionada pela redução dos sintomas da apneia, o tratamento com CPAP pode, em tese, prevenir a ocorrência de hipertensão.

“Investir no tratamento da apneia com o uso do CPAP pode ser uma alternativa para reduzir a hipertensão da população, com um impacto econômico positivo muito relevante nos recursos públicos”, destacou.

O artigo The Effects of Continuous Positive Airway Pressure on Prehypertension and Masked Hypertension in Men With Severe Obstructive Sleep Apnea (doi:10.1161/HYPERTENSIONAHA.110.165969), de Luciano Drager, Geraldo Lorenzi Filho e outros, pode ser lido por assinantes da Hypertension em http://hyper.ahajournals.org.

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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http://agencia.fapesp.br/14486

Transformar gordura ruim em boa

Em estudo com modelo animal, cientistas verificam que atividade física estimula transformação de células adiposas brancas em marrons, levando à diminuição da obesidade (divulgação)

Um grupo de cientistas identificou um mecanismo biológico que transforma gordura branca em marrom. A novidade publicada na edição de setembro da revista Cell Metabolism poderá auxiliar no desenvolvimento de novas estratégias para tratar a obesidade.

O homem tem dois tipos de tecido adiposo: o marrom, ligado à regulação da temperatura e abundante em recém-nascidos; e o branco, cuja função é acumular energia no corpo e está mais presente em adultos. A gordura branca está associada à obesidade e falta de exercícios. É a gordura indesejada e que muitos querem se livrar do excesso.

O novo estudo, feito em modelo animal por cientistas do Centro Médico da Universidade do Estado de Ohio, nos Estados Unidos, demonstrou que a transformação da gordura ruim em boa é possível devido à ativação de uma enervação e de um caminho bioquímico que começa no hipotálamo (área cerebral envolvida no balanço energético) e que termina nas células adiposas brancas.

A transformação das gorduras foi observada quando os animais foram colocados em um ambiente mais rico, com maior variedade de características e desafios físicos e sociais.

Camundongos foram colocados em recipientes contendo rodas de girar, túneis, cabanas, brinquedos e diversos outros elementos, somados a alimento e água em quantidades abundantes. Um grupo controle também foi exposto a água e alimento sem limites, mas em ambiente sem dispositivos para que pudessem se exercitar.

Segundo os cientistas, a maior transformação de gordura branca e marrom foi associada a um ambiente fisicamente estimulante, mais do que à quantidade de alimentos ingerida.

“Os resultados do estudo sugerem o potencial de induzir a transformação de gordura branca em gordura marrom por meio da modificação do nosso estilo de vida ou pela ativação farmacológica desse caminho bioquímico”, disse Matthew During, professor de neurociência e um dos autores do estudo.

O artigo White to Brown Fat Phenotypic Switch Induced by Genetic and Environmental Activation of a Hypothalamic-Adipocyte Axis (doi:10.1016/j.cmet.2011.06.02), de Matthew J. During e outros, pode ser lido por assinantes da Cell Metabolism em www.cell.com/cell-metabolism. 

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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http://agencia.fapesp.br/14453

Rápida Aminoacidemia Aumenta a Síntese de Proteína Miofibrilar e a Sinalização Anabólica Intramuscular Após o Exercício Resistido

•A ingestão de proteína produz um aumento nas concentrações de aminoácidos no sangue (aminoacidemia), e estimula a síntese de proteína muscular, efeito que é aumentado quando o exercício resistido é realizado. A estimulação da síntese proteica conduzida pelos aminoácidos essenciais (EAA), parece ser ativado pelo aminoácido leucina, e ocorre de maneira dose-dependente no repouso e pós-exercício. A digestão das proteínas e a resultante aminoacidemia é uma variável independente que também afeta a amplitude dos aumentos agudos na síntese de proteína muscular. Por exemplo, a ingestão de uma proteína de rápida absorção como a proteína do soro do leite (whey protein), quando comparada com a caseína, uma proteína de lenta absorção, resulta em um rápido e transitório aumento nas concentrações de aminoácidos no sangue quando ingerido na forma de proteína de rápida absorção quando comparada com a de lenta absorção. Estes padrões estereotípicos da aminoacidemia tem um profundo efeito sobre o "turnover" proteico do corpo todo, mas pouco se sabe sobre o que acontece na musculatura esquelética, particularmente após o exercício.

Existem estudos que reportaram que a taxa de síntese proteica estimulada pelo exercício é maior depois da ingestão do whey do que depois da ingestão da caseína durante o período de recuperação, o qual pode ser estimulado por um maior aumento nas concentrações de leucina e de outros aminoácidos essenciais no sangue. Tem sido testado previamente que o rápido aumento nas concentrações de EAA ou que a leucinemia, são importantes para as elevações nas taxas de síntese proteica muscular em resposta a uma refeição no repouso e após o exercício resistido. Outros estudos também suportam esta ideia, através da hidrólise enzimática da proteína caseína para render peptídeos rapidamente digeridos, e assim resultar em aminoacidemia, demonstraram uma tendencia para elevadas taxas de síntese proteica no repouso. Ao utilizar esta metodologia, os autores eliminaram os fatores confundidores, como, as diferentes composições de aminoácidos existentes nas proteínas, nos quais afetariam a síntese proteica.

Nestes estudos, foi mensurada a taxa de síntese proteica misturada, e parece não existir nenhum estudo que tenha analisado a síntese de proteína miofibrilar (MPS), que é sensível tanto aos nutrientes como ao exercício. Diante disto, um recente estudo objetivou determinar como o padrão de aminoacidemia afeta a taxa pós-prandial de MPS após a realização de uma sessão de exercício resistido. Para remover a influencia de diferentes composições de aminoácidos, os autores utilizaram como fonte proteica, o whey protein (proteína do soro do leite), consumida em um bolus único (BOLUS), ou como repetidos pequenos pulsos (PULSE) para criar, tanto uma rápida e transitória aminoacidemia assim como uma lenta e sustentada aminoacidemia, respectivamente. Foi também analisado a via de sinalização das proteínas quinases Akt-mTOR, a qual é uma via de síntese proteica bem descrita, para prover os mecanismos potenciais envolvidos nas taxas de MPS durante o período de recuperação pós-exercício.

Em testes separados, oito homens saudáveis e ativos em nível recreacional (média ± EPA: idade: 21,5 1 anos; estatura: 1,81 0,02 m; peso: 80,1 3,5 kg; IMC: 24,3 0,8 kg/m²), consumiram whey protein tanto em único bolus (BOLUS; 25 g dose) ou como repetidas e pequenas bebidas em forma de "pulso" (PULSE; 10 bebidas de 2,5 g a cada 20 minutos), para mimetizar uma proteína digerida mais lentamente. Vale salientar que todas as bebidas foram preparadas sem nenhum aditivo. As bebidas com o soro do leite (whey protein) continham no total 12,8 g de EAA, 3,5 g de leucina e nenhum carboidrato e gordura. O protocolo de exercício consistiu em realizar 8 séries de 8-10 repetições máximas do exercício de extensão de pernas sentado bilateral, com doi minutos de descanso entre as séries. A MPS e o estado de fosforilação (ativação) das proteínas de sinalização envolvidas com a síntese proteica foram mensuradas no repouso e após a realização de uma sessão de exercício resistido. Este estudo mostrou que o BOLUS aumentou as concentrações de EAA no sangue acima dos valores do PULSE (162% comparado com 53%, p<0,001) 60 minutos após o exercício, enquanto o PULSE resultou em um menor mas sustentado aumento na aminoacidemia que permaneceu elevado acima da quantidades do BOLUS em um período tardio (180-220 minutos após o exercício, p<0,05; FIGURA 1).

A MPS esteve elevada em um maior grau tanto em período precoce (1-3 h: 95% de aumento comparado com 42% de aumento) como em período tardio (3-5 h: 193% comparado com 121%) através da ingestão de um bolus único e parcial respectivamente (FIGURA 2). A via de sinalização da Akt-mTOR (via de sinalização de síntese proteica) também apresentou uma maior mudança de fosforilação/ativação após o BOLUS quando comparado ao PULSE.

Diante disto, este estudo conclui que a rápida aminoacidemia no período pós-exercício aumenta a MPS e a sinalização anabólica para um maior grau do que uma uma quantidade idêntica de proteína em pequenos pulsos que mimetize uma proteína mais lentamente digerida. Assim, um pronunciado aumento na aminoacidemia aumenta a síntese proteica.

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

West DWD et al. Rapid aminoacidemia enhances myofibrillar protein synthesis and anabolic intramuscular signaling responses after resistance exercise. Am J Clin Nutr 2011.

HIPÓXIA E CONTRIBUIÇAO PARA MELHORA DO DESEPENHO FÍSICO UMA VISÃO GERAL DA REDE DE ACONTECIMENTOS.

 

  Hipóxia tecidual refere-se à condição  na qual o fornecimento de O2 não é adequado e/ou insuficiente para manter o metabolismo aeróbio, com conseqüente estimulação do metabolismo anaeróbio para manter o fornecimento adequado de ATP.

   Segundo Berne & Levy 2008, existem quatro tipos de hipoxia tecidual:

O mais comum hipóxia hipóxica: ocasionada por diversas doenças pulmonares obstrutivas, fibrose pulmonar, doenças neuromusculares que levam a uma diminuição da pressão parcial de oxigênio com subseqüente diminuição da entrega de O2 para os tecidos, é ocasionada por diminuição da troca gasosa alveolar.

Hipóxia (estagnação) circulatória: resultado da diminuição do fluxo sanguíneo para determinado órgão, que é causado por doenças vasculares ou desvio arteriovenoso.

Hipóxia anêmica: resultado da incapacidade do sangue de transportar O2 conseqüência da baixa quantidade de hemoglobina (anemia) ou incapacidade da mesma de transportar o O2 devido a envenenamento por CO (monóxido de carbono) que se liga ao grupo heme da hemoglobina com afinidade pela HB 200 vezes maior que o oxigênio pelo HB.

Hipóxia Histotóxica: com freqüência causada por envenenamento como cianeto, que diferente da hipóxia anêmica, o envenenamento por cianeto impede a célula de usar o oxigênio, pois o cianeto bloqueia o sistema de transporte de elétrons mitocondrial assim impedindo a utilização do oxigênio no final da via.

  No exercício físico vigoroso diferente dos demais tipos de hipóxia citados acima, temos a hipóxia como fruto da obstrução dos vasos decorrente da constrição causada pela contração muscular.

  Quando o exercício físico se torna muito exaustivo e/ou vigoroso o fluxo sanguíneo local diminui com subseqüente diminuição do fornecimento de oxigênio.

   O sistema circulatório em conjunto com o sistema respiratório trabalha em conjunto para manter a homeostasia do oxigênio orgânico.

   Faremos uma breve revisão de como isso ocorre: temos diferentes pressões parciais de gases no corpo e no meio externo (ambiente), como sabemos que deve existir diferenças pressóricas para que haja movimento das moléculas de um meio com maior pressão para o de menor pressão.

   Com diferenças de pressão entre as vias aéreas em seus extremos o fluxo de ar ocorre com subseqüente troca gasosa, logo na inspiração o diafragma contrai, a pressão pleural fica mais negativa em relação à atmosférica e o gás flui para o interior dos pulmões levando oxigênio que esta em maior pressão no meio externo (ambiente) do que interno (pulmões, alvéolos).

  Inicia-se a troca gasosa, já que o sangue dos vasos que per funde os alvéolos pulmonares estão nesta hora com uma maior pressão de CO2 advinda dos tecidos e menor de oxigênio e ocorre a troca gasosa.

 

FIGURA 1. TRANSPORTE DE O2 E CO2 NO SANGUE ARTERIAL E VENOSO.

   Os tecidos metabolicamente ativos fazem uso do oxigênio desde que o fornecimento de O2 via plasma seja adequado, a partir do momento que ocorre uma obstrução parcial devido ao exercício físico vigoroso temos uma condição que como já elucidado antes se chama de hipóxia onde o fornecimento de oxigênio não é adequado para suprir a demanda metabólica do tecido, aí o tecido deve ter outra forma de fornecer energia que não seja necessário oxigênio, entrando o metabolismo anaeróbio.

   A hipóxia ocasionada no treinamento de endurance é um fator importante na melhora da plasticidade muscular, biogênese mitocondrial é um fator chave nas vias de sinalização responsáveis pela melhora de desempenho físico onde um possível aumento na capacidade e velocidade de oxidar ácidos graxos entre outros fatores possam ser influenciados por sinalizações celulares que são ocasionadas devido à hipóxia muscular.

   Durante o exercício físico vigoroso onde ocorre uma diminuição do fornecimento de oxigênio muscular induzindo a hipóxia tecidual, temos um desvio da via oxidativa e um aumento da via glicolítica, no entanto após o exercício de endurance de alta intensidade fatores de transcrição de proteínas que auxiliam no transporte de ácidos graxos que auxiliam na oxidação dos mesmos estão aumentados após  o exercício (Fluck, 2206;Hoppler,2003).

   A hipóxia induzida pelo exercício físico vigoroso também causa um aumento do volume mitocondrial, densidade do comprimento capilar e capacidade oxidativa mitocondrial, todos estes fatores causam uma melhora na capacidade oxidativa muscular.

   Uma metodologia amplamente utilizada é o treinamento em altitude por nadadores, jogadores de futebol entre outros desportistas que visa o treinamento vigoroso em localizações onde a altitude é um fator que prejudica a captação de oxigênio atmosférico objetivando uma maior participação do metabolismo anaeróbico bem como um transporte mais eficaz de oxigênio e entrega do mesmo visto o déficit causado pela altitude.

   Como isso ocorre durante o treinamento físico é uma rede de ligações endócrinas, neurais e celulares que devemos revisar.

Segundos mensageiros: hormônios e neurotransmissores transmitem sinais para a celula alvo, receptores detectam o sinal e traduzem a ligação do complexo hormônio-recepetor ou neurotransmissor-receptor em uma resposta celular adequada.

   O sistema adenilato ciclase é um importante e bem descrito sistema de segundos mensageiros para vias metabólicas.

    A adenilato ciclase (AC) é uma enzima ligada a membrana celular que reconhece o sinal quimico via recepetores beta e alfa 2 que modulam o aumento ou diminuição da atividade desta eznima, a mesma converte o ATP (adenodina trifosfato) em AMPc (3´,5´ monofosfato de adenosina ciclico) que da início a uma cascata de eventos celulares.

   O AMPc irá ativar um importante elo que será o AMPK (proteína quinase dependente de amp)

figura 2 A) A ativação da proteína quinase A via de eucariotos superiorescAMP. O C-libertados subunidades são fosforilar proteínas substrato em váriosserina specfic ou sites de treonina, respectivamente. Nisto ATP é convertido em ADP. (B) Um dos substratos da PKA é o PDE fosfodiesterase. Depois defosforilação por PKA, a enzima ativada catalisa a hidrolisa de cAMP para AMP.Daí a atividade da PKA é reduzida ou suprimida (controle de feedback).

  AMPK conhecida também como PKA (proteína quinase A) faz parte de uma família de enzimas dependentes de AMP.

   A PKA depois de fosforilada pode atuar sobre canais iônicos da célula ou fosforilar proteínas específicas e que se ligam a regiões promotoras do DNA determinando um aumento da expressão de genes alvos.

   AMPK ou PKA é um dos principais reguladores da biogênese mitocondrial,a mitocôndria como todos já sabem é uma organela responsável pela respiração celular.

   A mitocôndria é um coletor de oxigênio desse modo fazendo com que os tecidos utilizem do O2 disponível, sua membrana libera CO2 subproduto do metabolismo celular e fator determinante na respiração celular em exercícios de esforços máximos.

  O exercício físico provoca alterações na homeostasia regulando desse modo a expressão gênica, estimulando a tradução e codificação de proteínas que leva um aumento da densidade mitocondrial bem como capilar assim fazendo um maior uso do oxigênio ofertado.

   A hipóxia local decorrente do treinamento de endurance é um fator importante para a melhora da plasticidade muscular, biogênese mitocondrial e demais adaptações teciduais.

Os estudos mostram que a hipóxia induzida causa um desvio do metabolismo lipídico (atividade lipolítica) para um aumento da atividade glicolítica (metabolismo da glicose), no entanto no período pós exercício o nível de fatores de transcrição de proteínas de transporte de ácidos graxos está aumentada (Fluck,2006; Hoppler,2003).

  HIF-1 alpha Hypoxia-inducible factors (HIFs) são fatores de transcrição induzidos pela hipóxia tecidual, a diminuição do fornecimento de oxigênio ou pressão tecidual de oxigênio induz a uma cascata de ativação para promover a sobrevivência celular promovendo a supra regulação de genes responsáveis pela angiogenese através da regulação de genes como VEGF fator de crescimento vascular endotelial, enzimas glicolíticas (treinamento em altitude pode ajudar).

    Os RNA mensageiros do HIF-1 alpha mostra-se aumentado após o treinamento intenso em condições de hipóxia (Hoopler,2003)

   Atletas praticantes de treinamento de endurance apresentam um aumento na densidade mitocondrial, em fatores de respiração mitocondrial e na capacidade máxima oxidativa em virtude dos níveis de fatores de transcrição envolvidos na metabolização de ácidos graxos e na regulação do metabolismo oxidativo,por exemplo: COX1 (cytochrome c oxidase subunit I), componente importante na cadeia respiratória (Fluck,2004;Fluck,2006;Horowitz,2000).

   Fatores de sinalização como AMPK,P38 MAPK (mitogen-actived protein kinase) e PGC-1 alpha estimulam a expressão de proteínas mitocondriais e estão aumentados após uma sessão de treinamento de alta intensidade, e existe uma correlação proporcional a intensidade de treinamento, quanto mais alta a intensidade maior a expressão destas proteínas.

   PGC-1 alfa é coativador transcricional que regula genes envolvidos no metabolismo energético, logo esta proteína é o principal regulador da biogênese mitocondrial (Harridge, 2006).

   PGC-1 alfa regula a expressão de proteínas mitocondriais e estão altamente expressos em tecidos dependentes do metabolismo aeróbio como fígado, músculo esquelético e tecido adiposo marrom.

  Sabemos que fator limitante da capacidade oxidativa é o volume mitocondrial e demais componentes do maquinário oxidativo como enzimas, proteínas de transporte de ac.graxos etc.

   O oxigênio é utilizado pela “mitocôndria” ao final da cadeia transportadora de elétrons onde o liga-se com o hidrogênio.

figura 3 bomba de prótons, cadeia transportadora de elétrons

     Logo o oxigênio ou a falta de O2 pode ser um sinalizador para a biogênese mitocondrial e assim um fator chave para a capacidade oxidativa do músculo esquelético.

      Uma breve revisão de como ocorre a ligação do oxigênio, temos nos livros de bioquímica referente a fosforilação oxidativa a hipótese quimiostática ou hipótese de Mitchell (ver figura 3) diz que uma diferença de gradientes cria uma força propulsora para os prótons.

     A bomba de prótons: o transporte de elétrons esta acoplado a fosforilação do ADP pelo transporte de prótons (H+) através da membrana mitocondrial interna, estes prótons são bombeados da matriz para o espaço intermembranas.

  Através de uma gradiente elétrico da membrana mitocondrial interna (cargas mais positivas no exterior de membrana do que no interior) e um gradiente de pH este gradiente gera a força para impulsionar a síntese de ATP.

   Um fatores limitantes da fosforilação oxidativa é a oferta de oxigênio que geralmente é constante e se mantem  em condições favoráveis para que a mitocôndria trabalhe normalmente.

  Os métodos utilizados para dificultar a entrega de oxigênio são amplamente descritas nas literaturas atuais e antigas de treinamento esportivo, como treinamento em altitude, treinamento com snorkel entre outros.

EFEITOS DO DÉFCIT DE O2 E GENESE CORRELATAS

 

figura 4 influência do exercício, diminuição da PO2 (pressão parcial de oxigênio) na rede de sinalizações celulares

   Podemos observar na figura acima a participação do oxigênio na cascata da proteína PGC-1 alfa, vemos na figura também a ativação da VEGF (fator de crescimento endoletial vascular), que é uma proteína que participa na angiogenese, importante no aumento da vascularização tecidual.

   Os passos regulatórios da biogênese mitocondrial são: primeiramente a aumentada expressão e ativação de PGC1-alpha o qual tem como sinal o exercício de endurance.

   PGC-1 alpha leva a uma aumentada expressão de NRF 1 e 2(Nuclear respiratory factor 1 and 2) entre outros genes envolvidos no maquinário mitocondrial.

  NRF-1 e 2 se ligam a promotores e ativam a transcrição de genes que codificam proteínas da cadeia respiratória mitocondrial e estão envolvidos na expressão de fatores mitocôndrias de transcrição e tradução.

   NRF-1 ativa a expressão de genes nucleares que codificam o TFAM (mitochondrial transcription factor A) o qual se move para mitocôndria onde regula a transcrição do DNA mitocondrial (Hawley,2009).

O treinamento de endurance induz a um aumento na concentração de AMP:

figura 5:Biogênese mitocondrial é um componente da atividade contrátil induzida pela plasticidade muscular. Atividade contrátil do músculo esquelético (1) está associado com elevações da Ca2 + intracelular e ativação subseqüente de Ca2 + sensíveis moléculas sinalizadoras, como cálcio / proteína quinase dependente de calmodulina (CaMK). Além disso, a ressíntese de ATP resulta em um aumento da AMP o que leva à ativação da AMP-proteína quinase ativada (AMPK). Estas duas quinases interagem com proteínas específicas e influencia positivamente a transcrição de genes através de suas interações com o co-ativador de transcrição proliferador de peroxissomo ativado receptor-γ coativador-1α (PGC-1α). PGC-1α autoregula sua expressão gênica, juntamente com a expressão do fator-1 respiratórias nuclear (NRF-1) e NRF-2. NRF-1 e NRF-2 são fatores de transcrição de numerosos genes nucleares que codificam proteínas mitocondriais. NRF-1 também induz a expressão do fator de transcrição mitocondrial A (Tfam). Tfam regula a expressão do DNA mitocondrial.(mtDNA) e outros genes, incluindo proteínas, como citocromo c oxidase subunidade I (COX I). NEMPS e mtDNA codificados proteínas são montadas para formar complexos multi-subunidade da enzima necessária para o consumo de oxigênio e síntese de ATP. Esta coordenação entre genomas nuclear e mitocondrial é necessário para a biogênese organela.

  O AMP ativa o AMPK por meio de mecanismos alostéricos, o AMPK funciona como um regulador do metabolismo energético diante disto quando maior a intensidade do exercício maior será a demanda energética e maior será a expressão desta via.

   O glicogênio muscular mostra-se um potente inibidor da sinalização do AMPK,estudos mostram um inversa relação entre o conteúdo de glicogênio muscular e a atividade de AMPK (Jorgensen,2006, 2007a).

   A hipóxia induz a angiogênese que é controlada pela PGC-1 alfa por meio da expressão gênica da VEGF (vascular endothelial growth factor), um aumento no número ou densidade capilar conseqüentemente irá aumentar a oferta e entrega de O2, o que levaria a um provável aumento do desempenho gerado pela hipóxia derivada do exercício de alta intensidade e/ou pelo método de treinamento induzindo o mesmo.

   PGC1_alpha e NRF-1 aumentam a expressão do fator de transcrição mitocondrial Tfam o qual irá se ligar ao DNA mitocondrial e replicar genes envolvidos na biogênese mitocondrial.

OBS: maiores explicações sobre o assunto procurar referencia três.

   A ativação derivada do exercício do fator chave na biogênese mitocondrial PGC-1 alpha são três kinases AMPK, Camk e MAPK (p38). 

   O AMPK em particular é uma kinase extremamente importante, onde é um aferidor do status energético celular.

  O stress energético é um grande sinalizador para esta kinase,o exercício de endurance é tipicamente conhecido por causar este tipo de stress.

  A hipóxia em alguns estudos parece ser um sinalizador na ativação das vias responsáveis por estimular a biogênese mitocondrial.

  A hipóxia como descrito em alguns estudos parece regular várias adaptações fisiológicas como biogênese mitocondrial, angiogenese, aumento da capacidade glicolitica via aumento da expressão de enzimas responsáveis por esta via, hipertrofia muscular esquelética entre inúmeras outras adaptações ocorridas pela sinalização da hipóxia.

  Em vista disto, vários métodos de treinamento tem sido utilizado visando o aumento de capacidades física tendo como precursor imediato a hipóxia como treinamento em altitude, método kaatsu entre materiais que dificultam a capacidade cardiorrespiratória para se usar durante o treinamento convencional

figura 5

 

  Em suma vemos que a hipóxia é um fator importante na adaptação voltada ao desempenho físico, e também a estética visto que se melhora capacidade oxidativa temos uma melhor capacidade na oxidação de ac.graxos, estudos demonstram que a hipóxia pode induzir o aumento em proteínas de transporte de ac.graxos FABP entre outras; o que devemos ter em mente é o quanto isso pode reverter de rendimento para nosso atleta ou aluno.

   Será que o desempenho irá melhorar em dados percentuais muito se induzir o atleta a uma hipóxia maior do que a causada pelo exercício?Qual o tipo de segurança deveu ter em usar métodos de treinamento que induzam além da hipóxia fisiológica causada pelo exercício uma restrição do oxigênio atmosférico e até onde isso reverterá em um melhor desempenho.

Acidentes com atletas que não dispõe da experiência com treinamento em hipóxia, ou técnicos que não dispõe da metodologia apropriada podem prejudicar o atleta.  

   O que devemos ter em mente é que a hipóxia induz inúmeras adaptações favoráveis, e que de maneira geral a hipóxia induzida pelo exercício físico para não atletas é normal, segura e um grande marcador para melhora de rendimento físico; e que treinadores e técnicos devem tomar cuidados com atletas onde se faz a necessidade de períodos de hipóxia induzidas de maneira além do usual fazendo o uso de métodos já citados. 

REFERÊNCIA BIBLIOGRAFICAS

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