Efeitos do treinamento físico resistido sobre a atrofia muscular em modelo de hipertensão arterial pulmonar

Abstract

O objetivo do presente estudo foi investigar os efeitos de um programa de treinamento resistido (RT) aplicado durante o desenvolvimento da HAP induzida por MCT sobre a atrofia da musculatura esquelética em ratos. O primeiro capítulo apresenta uma revisão narrativa sobre os potenciais mecanismos celulares e moleculares que podem contribuir para o surgimento da atrofia muscular em pacientes com HAP, assim como os efeitos do exercício físico sobre a musculatura esquelética nessa condição. Esta revisão discute os principais mecanismos envolvidos na atrofia muscular na HAP, destacando a ativação de vias de proteólise muscular, como o sistema ubiquitina-proteassoma, autofagia e calpaínas, bem como a mudança no tipo de fibra muscular favorecendo a atrofia muscular nessa patologia. Além disso, aborda-se a possível inibição das vias de hipertrofia muscular – antagônicas à degradação proteica. Por fim, os efeitos do exercício físico sobre essa condição são discutidos com base em estudos anteriores que investigaram adaptações musculares esqueléticas, e o exercício se mostra uma intervenção não farmacológica promissora para o manejo da HAP. O segundo capítulo apresenta a investigação dos efeitos do RT realizado durante o desenvolvimento da HAP induzida por MCT sobre a atrofia muscular em ratos. Para isso, quarenta e dois ratos Wistar (~200 g de peso corporal (BW)) foram distribuídos aleatoriamente em três grupos experimentais (n = 14 por grupo): Controle Sedentário (SC), Hipertenso Sedentário (SH) e Hipertenso Treinado (TH). A HAP foi induzida nos grupos SH e TH por meio de uma única injeção intraperitoneal de MCT (60 mg/kg), enquanto o grupo SC recebeu o mesmo volume de solução salina. Os ratos do grupo TH foram submetidos ao RT (subida em escada vertical; 15 subidas com intervalo de 1 minuto; 60% da carga máxima suportada), uma sessão/dia, 5 dias/semana, por aproximadamente 3 semanas. No 23º dia pós-administração de MCT, foi realizada ecocardiografia para caracterização da HAP e avaliação da função ventricular direita. No 24º dia, todos os animais foram eutanasiados e, em seguida, os bíceps braquiais foram removidos, processados e destinados às análises subsequentes. O bíceps esquerdo foi destinado às análises histológicas, enquanto o bíceps direito foi utilizado para análises de estresse oxidativo, expressão gênica e expressão proteica. Foi observado que o RT aumentou a tolerância ao esforço físico nos animais com HAP induzida (ou seja, carga máxima suportada 21 dias após a aplicação de MCT: TH = 1,73 ± 0,13 g/BW; SC = 1,19 ± 0,06 g/BW; SH = 0,97 ± 0,08 g/BW; p < 0,05). Em relação ao músculo esquelético, o RT preveniu o seu remodelamento adverso estrutural ao preservar a porcentagem de número de miócitos (SC = 92,84 ± 1,18 %; SH = 88,52 ± 1,92 %; TH = 91,33 ± 1,11 %, p < 0,05), a área da secção transversal (CSA; SC = 6,446,0 ± 533,8 µm²; SH = 4,016,0 ± 500,4 µm²; TH = 5,430,0 ± 282,2 µm², p < 0,05) e a deposição total de colágeno (SC = 2,67 ± 0,45 %; SH = 6,33 ± 0,78 %; TH = 3,64 ± 0,72 %, p < 0,05). Uma forte correlação negativa foi observada entre CSA e colágeno total (r = -0,89; IC 95% = [(-0,9534)-(-0,7369)]; R² = 0,7860; p < 0,05). Além disso, o RT atenuou a expressão gênica de MuRF1 (SC = 1,12 ± 0,18 fold change; SH = 1,83 ± 0,20 fold change; TH = 1,41 ± 0,62 fold change, p < 0,05), atrogin-1 (SC = 1,33 ± 0,29 fold change; SH = 4,66 ± 1,02 fold change; TH = 2,60 ± 0,43 fold change, p < 0,05) e miostatina (SC = 0,43 ± 0,13 fold change; SH = 1,17 ± 0,35 fold change; TH = 0,78 ± 0,09 fold change, p < 0,05), mas não foi capaz de minimizar a expressão de calpaína (SC = 0,99 ± 0,37 fold change; SH = 2,65 ± 0,90 fold change; TH = 2,16 ± 0,90 fold change, p > 0,05). O RT também mitigou o desequilíbrio redox ao preservar a atividade da CAT (SC = 213,20 ± 11,00 U.mg.ptn?¹; SH = 163,20 ± 24,50 U.mg.ptn?¹; TH = 230,00 ± 39,50 U.mg.ptn?¹, p < 0,05) e as concentrações de NO (SC = 4,31 ± 0,88 µmol/L; SH = 1,43 ± 0,39 µmol/L; TH = 2,70 ± 0,40 µmol/L, p < 0,05), bem como as concentrações de PC (SC = 2,14 ± 0,38 nmol/mL; SH = 3,02 ± 0,36 nmol/mL; TH = 2,18 ± 0,27 nmol/mL, p < 0,05). No entanto, o RT não preveniu a redução da atividade da SOD (SC = 62,52 ± 9,14 U.mg.ptn?¹; SH = 37,96 ± 4,91 U.mg.ptn?¹; TH = 46,36 ± 10,80 U.mg.ptn?¹, p > 0,05). Não foram encontrados efeitos da HAP ou do RT sobre a atividade da GST e as concentrações de MDA (p > 0,05). Quanto à via de hipertrofia muscular, nem a HAP nem o RT afetaram essa via (ou seja, Akt-1 e eIF4E) neste modelo experimental (p > 0,05). Em conclusão, o RT realizado durante o desenvolvimento da HAP induzida por MCT protege contra a atrofia muscular ao atenuar o remodelamento estrutural adverso por meio da modulação da proteólise e do desequilíbrio redox. Esses achados destacam o potencial terapêutico do RT como uma estratégia não farmacológica para preservar a funcionalidade muscular e a tolerância ao esforço físico em condições de HAP. Palavras-chave: treinamento físico; proteólise; monocrotalina; intolerância ao exercício; músculo esquelético.The objective of the present study was to investigate the effects of a resistance exercise training (RT) program applied during the development of MCT-induced PAH on skeletal muscle atrophy in rats. The first chapter presents a narrative review on the potential cellular and molecular mechanisms that may contribute to the onset of muscle atrophy in PAH patients, as well as the effects of physical exercise on skeletal muscle in this condition. This review discusses the main mechanisms involved in muscle atrophy in PAH, highlighting the activation of muscle proteolysis pathways, such as the ubiquitin-proteasome system, autophagy and calpains, as well as the shift in muscle fiber type favoring muscle atrophy in this pathology. Additionally, the possible inhibition of muscle hypertrophy pathways – antagonistic to protein degradation – is addressed. Finally, the effects of physical exercise on this condition are discussed using previous studies investigating skeletal muscle adaptations, and it appears to be a promising non-pharmacological intervention for the management of PAH. The second chapter shows the investigation of the effects of RT on muscle atrophy during the development of PAH induced by MCT in rats. For this purpose, forty-two Wistar rats (~200 g body weight (BW)) were randomly assigned to three experimental groups (n = 14 per group): Sedentary Control (SC), Sedentary Hypertensive (SH), and Trained Hypertensive (TH). PAH was induced in the SH and TH groups through a single intraperitoneal injection of MCT (60 mg/kg), while the SC group received the same volume of saline solution. The rats in TH group underwent RT (vertical ladder climbing; 15 climbs with a 1-minute interval; 60% of the maximum supported load), one session/day, 5 days/week, for approximately 3 weeks. On the 23rd day post-MCT administration, echocardiography was performed to characterize PAH and to evaluate the right ventricular function. On the 24th day, all animals were euthanized, and subsequently, the brachial biceps were removed, processed, and allocated for further analyses. The left biceps were designated for histological analyses, while the right biceps were used for oxidative stress, gene expression, and protein expression analyses. It was found that RT increased physical effort tolerance in PAH-induced animals (i.e., maximum supported load 21 days post- MCT application: TH = 1.73 ± 0.13 g/BW; SC = 1.19 ± 0.06 g/BW; SH = 0.97 ± 0.08 g/BW; p <0.05). Concerning skeletal muscle, RT prevented its structural adverse remodeling by preserving the percentage of myocyte number (SC = 92.84 ± 1.18 %; SH = 88.52 ± 1.92 %; TH = 91.33 ± 1.11 %, p < 0.05), the cross-sectional area (CSA; SC = 6,446.0 ± 533.8 µm2; SH = 4,016.0 ± 500.4 µm2; TH = 5,430.0 ± 282.2 µm2, p < 0.05), and the total collagen deposition (SC = 2.67 ± 0.45 %; SH = 6.33 ± 0.78 %; TH = 3.64 ± 0.72 %, p < 0.05). A strong negative correlation was observed between CSA and total collagen (r = -0.89; 95% CI = [(-0.9534)-(-0.7369)]; R2 = 0.7860; p < 0.05). In addition, RT attenuated the gene expression of MuRF1 (SC = 1.12 ± 0.18 fold change; SH = 1.83 ± 0.20 fold change; TH = 1.41 ± 0.62 fold change, p < 0.05), atrogin-1 (SC = 1.33 ± 0.29 fold change; SH = 4.66 ± 1.02 fold change; TH = 2.60 ± 0.43 fold change, p < 0.05), and myostatin (SC = 0.43 ± 0.13 fold change; SH = 1.17 ± 0.35 fold change; TH = 0.78 ± 0.09 fold change, p < 0.05), but was not able to minimize calpain expression (SC = 0.99 ± 0.37 fold change; SH = 2.65 ± 0.90 fold change; TH = 2.16 ± 0.90 fold change, p > 0.05). Moreover, RT mitigated redox imbalance by preserving the CAT activity (SC = 213.20 ± 11.00 U.mg.ptn-1; SH = 163.20 ± 24.50 U.mg.ptn-1; TH = 230.00 ± 39.50 U.mg.ptn-1, p < 0.05) and the NO concentrations (SC = 4.31 ± 0.88 µmol/L; SH = 1.43 ± 0.39 µmol/L; TH = 2.70 ± 0.40 µmol/L, p < 0.05), as well as the PC concentrations (SC = 2.14 ± 0.38 nmol/mL; SH = 3.02 ± 0.36 nmol/mL; TH = 2.18 ± 0.27 nmol/mL, p < 0.05). However, RT did not prevent the reduction in the SOD activity (SC = 62.52 ± 9.14 U.mg.ptn-1; SH = 37.96 ± 4.91 U.mg.ptn-1; TH = 46.36 ± 10.80 U.mg.ptn-1, p > 0.05). No effects of either PAH or RT were found on the GST activity and MDA concentrations (p > 0.05). Regarding the muscle hypertrophy pathway, neither PAH nor RT affected the muscle hypertrophy pathway (i.e., Akt-1 and eIF4E) in this experimental model (p > 0.05). In conclusion, the RT applied during the development of MCT-induced PAH protects against skeletal muscle atrophy, by mitigating adverse structural remodeling and muscle atrophy through proteolysis modulation and attenuation of redox imbalance. These findings highlight the therapeutic potential of RT as a non-pharmacological strategy to preserve muscle functionality and physical effort tolerance in PAH conditions. Keywords: physical exercise ; proteolysis; monocrotaline; exercise intolerance; skeletal muscle.