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Revista Brasileira de Medicina do Esporte

Print version ISSN 1517-8692

Rev Bras Med Esporte vol.20 no.1 São Paulo Jan./Feb. 2014

http://dx.doi.org/10.1590/S1517-86922014000100006 

Artigos Originais

Efeitos do exercício agudo sobre biomarcadores séricos de ratos diabéticos

The effects of acute exercise on serum biomarkers in diabetics rats

Efectos del ejercicio agudo sobre biomarcadores de suero em ratones diabéticos

Fabio Milioni 1  

Barbara de Moura Mello Antunes 1  

Claudia Teixeira-Arroyo 1  

João Paulo Loures 1  

Pedro Paulo Menezes Scariot 2  

Paulo Cezar Rocha dos Santos 1  

Maria Souza Silva 1  

Eliete Luciano 1   3  

1Ciências da Motricidade da Universidade Estadual Paulista "Julio de Mesquita Filho" (Unesp), Campus Rio Claro, SP, Brasil

2Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Limeira, SP, Brasil

3Laboratório de Fisiologia Experimental da Universidade Estadual Paulista "Julio de Mesquita Filho" (Unesp), Campus Rio Claro, SP, Brasil

RESUMO

INTRODUÇÃO:

As respostas ao exercício agudo dos biomarcadores, como a fosfatase alcalina (FA) e a creatina quinase (CK) séricas têm sido pouco investigadas em ratos diabéticos.

OBJETIVOS:

Verificar os efeitos do exercício físico aeróbio agudo sobre as concentrações de CK e FA, bem como, avaliar o estado hídrico em ratos diabéticos experimentais.

MATERIAIS E MÉTODOS

Foram utilizados ratos Wistar machos, adultos jovens, distribuídos em dois grupos: diabéticos (DA) e controles (CA). O diabetes foi induzido por meio da administração de aloxana monoidratado Sigma(r) (32 mg/kg de peso corporal). Duas semanas após confirmação do diabetes, ambos os grupos foram submetidos a uma sessão aguda de natação por 30 min, com carga aeróbia (4,5 % do peso corporal). Foram avaliados: glicose, hematócrito, CK, FA, albumina e a cinética de lactato durante o exercício por meio de coletas 25 µL de sangue da cauda dos animais, nos minutos 0, 10, 20 e 30 de exercício.

RESULTADOS:

ANOVA de dois fatores para medidas repetidas e o teste post hoc de Tukey apontaram diminuição significativa dos valores de glicemia após o exercício para o grupo DA, aumento significativo de CK pós-exercício para o grupo DA, aumento significativo de hematócrito para ambos os grupos após exercício e manutenção da FA após exercício para o grupo DA.

CONCLUSÃO:

O exercício agudo aeróbio foi eficiente no controle dos níveis glicêmicos de ratos diabéticos. Entretanto, deve ser aplicado com cautela, pois induziu altos valores de CK, sugerindo possíveis lesões teciduais.

Palavras-Chave: exercício aeróbico; diabetes mellitus ; aloxana; ratos Wistar

ABSTRACT

INTRODUCTION:

The responses to acute exercise on biomarkers, such as alkaline phosphatase (ALP) and creatine kinase (CK) serum levels have been little investigated in diabetic rats.

OBJECTIVES:

To investigate the effects of acute aerobic exercise on the concentrations of CK and ALP as well as evaluating the hydration status in diabetic rats.

MATERIALS AND METHODS:

Were used male Wistar rats, young adults, divided into two groups: diabetic (DA) and controls (CA). The diabetes was induced in the rats by administration of alloxan monohydrate Sigma(r) (32 mg/kg body weight). Two weeks after confirmation of diabetes, both groups were subjected to an acute swim session for 30 min, with aerobic load (4.5% body weight). Glucose, hematocrit, CK, ALP, albumin and lactate kinetics during exercise were evaluated by collecting 25µL of blood from the tail of the animals in minutes 0, 10, 20 and 30 of exercise.

RESULTS:

Two-way ANOVA for repeated measures and post hoc Tukey test showed significant decrease of glycemia after exercise for the DA group, significant increase in CK after exercise for the DA group, significant increase in hematocrit for both groups after exercise and maintenance of ALP after exercise for the DA group.

CONCLUSION:

The acute aerobic exercise was effective in controlling glucose levels in diabetic rats. However, it should be applied with caution, because it induced high CK values, suggesting possible tissue damage.

Key words: aerobic exercise; diabetes mellitus; alloxan; Wistar rats

RESUMEN

INTRODUCCIÓN:

Las respuestas al ejercicio agudo de los biomarcadores, como la fosfatasa alcalina (FA) y la creatina quinasa (CK) séricas han sido poco investigadas en ratones diabéticos.

OBJETIVOS:

Verificar los efectos del ejercicio físico aeróbico agudo sobre las concentraciones de CK y FA, bien como evaluar el estado hídrico en ratones diabéticos experimentales.

MATERIALES Y MÉTODOS:

Fueron utilizados ratones Wistar machos, adultos jóvenes, distribuidos en dos grupos: diabéticos (DA) y controles (CA). La diabetes fue inducida por medio de la administración de aloxana monohidratado Sigma(r) (32 mg/kg de peso corporal). Dos semanas después de la confirmación de la diabetes, ambos grupos fueron sometidos a una sesión aguda de natación por 30 minutos, con carga aeróbica (4,5% del peso corporal). Fueron evaluados: Glucosa, hematocrito, CK, FA, albumina y La cinética de lactato durante el ejercicio por medio de colectas de 25 µL de sangre de la cola de los animales, en los minutos 0, 10, 20 y 30 de ejercicio.

RESULTADOS:

ANOVA de dos factores para medidas repetidas y el test post hoc de Tukey apuntaron disminución significativa de los valores de glicemia después del ejercicio para el grupo DA, aumento significativo de CK después del ejercicio para el grupo DA, aumento significativo de hematocrito para ambos grupos después del ejercicio y mantenimiento de la FA después del ejercicio para el grupo DA.

CONCLUSIÓN:

El ejercicio agudo aeróbico fue eficiente en el control de los niveles glicémicos de ratones diabéticos. Entretanto, debe ser aplicado con cautela, pues indujo altos valores de CK, sugiriendo posibles lesiones tisulares.

Palabras-clave: ejercicio aeróbico; diabetes mellitus; aloxana; ratas Wistar

INTRODUÇÃO

Estudos envolvendo animais, especialmente ratos, têm sido extensivamente realizados em diferentes situações de intervenção experimental devido à fácil manipulação, boa resposta ao exercício, possibilidade de análises invasivas e constante monitoramento/controle de variáveis durante o período experimental, tais como, dieta, tempo de manipulação, temperatura, umidade e sono1 , 2.

Dentre algumas intervenções experimentais utilizadas na literatura, a aplicação de agentes químicos beta-citotóxicos, como a aloxana, têm se destacado para promover a indução de diabetes melittus (DM) em modelos animais3 - 5. Esta droga, apresenta efeito tóxico específico sobre as células beta das ilhotas de Langerhans do pâncreas5, causando a falência da secreção da insulina e, consequentemente, simulando o DM tipo 1 em animais submetidos a tal procedimento.

A DM é uma desordem metabólica caracterizada pela permanente hiperglicemia decorrente de defeitos na secreção ou ação da insulina e está associada com disfunções e alterações danosas de diferentes sistemas metabólicos6. A hiperglicemia por sua vez, pode inibir a diferenciação osteoblástica e alterar a resposta da paratireoide, produzindo um efeito deletério na matriz óssea7.

Fatores inerentes à condição diabética podem ser prejudiciais à qualidade óssea8. Evidências apontam que o prejuízo ósseo causado pelo DM1 (insulino-dependente) é geralmente acompanhado por elevadas concentrações séricas de fosfatase alcalina (FA). Além disso, as associações entre danos no metabolismo ósseo e elevadas concentrações de FA são observadas não somente em condições de DM9, mas também em outras patologias10. Além da FA, as concentrações de outras enzimas, como aspartato aminotransferase, lactato desidrogenase e creatina quinase (CK) podem ser alteradas, como consequência de mudanças nos mecanismos de síntese, degradação, estoque e excreção de enzimas, causados pela DM11. Nesse caso, a existência desses diferentes marcadores bioquímicos é de extrema relevância, uma vez que permitem o diagnóstico de diversas patologias e/ou alterações fisiológicas.

Usada no diagnóstico de condições clínicas tais como, infarto do miocárdio, distrofia muscular e outras doenças, a CK, é apontada como um biomarcador para detecção de lesão tecidual12. Outra importante aplicação dessa enzima está inserida no contexto da fisiologia do exercício, uma vez que, numerosos estudos observam alterações da atividade da CK após uma sessão de exercício agudo, podendo variar substancialmente de acordo com as condições (tipo, intensidade e duração) do exercício realizado13.

Apesar dos efeitos benéficos do exercício físico crônico sobre a DM serem bem explorados14 , 15, vale lembrar que apenas uma sessão de exercício agudo já pode promover interessantes alterações16 , 15. Assim, esse estudo justifica-se pela importância do entendimento das relações entre o exercício físico e seus efeitos agudos no âmbito dessa patologia.

As respostas ao exercício agudo sobre as concentrações séricas dos biomarcadores supracitados têm sido pouco investigadas em ratos diabéticos submetidos a exercício aeróbio de natação, dessa forma, os objetivos desse estudo foram verificar os efeitos do exercício físico aeróbio agudo sobre as concentrações de creatina quinase e fosfatase alcalina, bem como, monitorar o estado de hidratação em ratos diabéticos experimentais.

MATERIAIS E MÉTODOS

Animais

Foram induzidos a DM 20 ratos Wistar machos, adultos jovens e média de 380,71±43,39g de peso corporal. 10 ratos com a mesma idade e peso corporal médio de 416,14±32,38g formaram o grupo controle. Os animais foram mantidos em gaiolas de polietileno, medindo 37 x 31 x 16 (cinco ratos por gaiola), sob condições de temperatura ambiente de 21º C e fotoperíodo de 12 horas claro/escuro, alimentados com ração balanceada (Purina(r)) e água "ad libitum" para os grupos experimentais no Biotério do Laboratório de Biodinâmica do Departamento de Educação Física do Instituto de Biociência, UNESP, Rio Claro, SP, Brasil. Todos os procedimentos experimentais estão de acordo com as normas do Colégio Brasileiro de Experimentação Animal (COBEA).

Para indução da DM os 20 ratos receberam aloxana monoidratada Sigma(r) (32 mg/kg de peso corporal) dissolvida em tampão citrato 0,01M, pH 4,5 (i.v.). Posteriormente receberam uma solução de água e glicose (15%) durante 24h, além de ração3. Sete dias após a administração da droga, foi realizado teste de glicemia (Laborlab(r) método enzimático colorimétrico - glicose oxidase-peroxidase) para comprovação do estado diabético. Foram considerados diabéticos, os animais que apresentaram nível glicêmico igual ou superior a 200 mg/dL, sendo que os ratos que não atingiram esse nível foram excluídos do estudo.

Os animais foram distribuídos em dois grupos de acordo com a glicemia:

Controle agudo (CA n=10) e diabético agudo (DA n=8). Duas semanas depois da confirmação da DM os animais de ambos os grupos foram submetidos a uma sessão aguda de natação por 30 min. Uma carga equivalente a 4,5% do peso corporal foi anexada no dorso dos animais, por representar uma intensidade de exercício predominantemente aeróbia conforme Oliveira et al., 4 e Araújo et al., 17.

As análises bioquímicas foram realizadas pré e pós-exercício com a retirada de dois capilares com sangue. O sangue retirado foi centrifugado a 3000 rpm durante 15 minutos e o hematócrito foi analisado para verificação do balanço hídrico dos animais. Posteriormente o sobrenadante foi utilizado para as dosagens de albumina, creatina quinase (CK) e fosfatase alcalina (FA) por meio de métodos enzimáticos colorimétricos utilizando kits comerciais.

Para análise da cinética de lactato e glicose durante o exercício agudo foram coletados previamente, nos minutos 10, 20 e 30 de exercício, 25µL de sangue da cauda do animal. O lactato sanguíneo foi analisado pelo método enzimático segundo Engel & Jones18 e as concentrações de glicose sanguínea foram determinadas pelo método enzimático colorimétrico da glicose oxidase-peroxidase19, usando kits comerciais (Laborlab(r)).

Análise Estatística

As variáveis analisadas no presente estudo foram submetidas ao teste de normalidade utilizando o teste de Shapiro-Wilks. Foi utilizada análise de variância (ANOVA two-way) para medidas repetidas seguidas por post hoc de Tukey. Com nível de significância pré-fixado em 5% (p<0,05).

RESULTADOS

Ao analisar os resultados pode-se observar que o grupo DA apresentou valores glicêmicos elevados, em relação ao grupo CA tanto na situação pré quanto na situação pós-exercício agudo (p=0,006 e p=0,02; respectivamente). Diferenças significativas também foram encontradas na análise do grupo DA em relação as situações pré e imediatamente após o exercício, sendo observados menores valores para a situação pós-exercício (p=0,003) (figura 1).

Figura 1 Níveis glicêmicos dos grupos diabético agudo (DA) e controle agudo (CA) nas situações pré e pós-exercício. 

Em relação a CK, o grupo DA apresentou nível sérico significativamente maior que o grupo CA na situação pós-exercício (p=0,01), assim como o mesmo grupo DA apresentou diferenças significativas entre as situações pré e pós-exercício agudo (p=0,002) (figura 2).

Figura 2 Níveis séricos de creatina quinase (CK) dos grupos diabético agudo (DA) e controle agudo (CA) nas situações pré e pós-exercício. 

Quanto à fosfatase alcalina (FA) o grupo DA apresentou maiores valores em comparação com o grupo CA na situação pré-exercício agudo (p=0,028) (figura 3).

Figura 3 Níveis séricos de fosfatase alcalina (FA) dos grupos diabético agudo (DA) e controle agudo (CA) nas situações pré e pós-exercício. 

A análise da albumina não revelou diferenças significativas para nenhuma das comparações propostas, situações pré e pós-exercício aeróbio agudo e grupos DA e CA (figura 4A).

Figura 4 A) Albumina dos grupos diabético agudo (DA) e controle agudo (CA) nas situações pré e pós-exercício. B) Hematócito dos grupos diabético agudo (DA) e controle agudo (CA) nas situações pré e pós-exercício. 

Já em relação ao hematócrito o exercício agudo ocasionou diferença significativa tanto para o grupo DA (p=0,0001) quanto para o grupo CA (p=0,02) em relação ao pós-exercício comparado com o pré-exercício (figura 4B).

DISCUSSÃO

Estudos experimentais propiciam ações favoráveis para pesquisas de novos mecanismos celulares e metabólicos, e/ou, melhor compreensão das adaptações, comportamento e resposta do organismo ao exercício físico que, isoladamente, desempenha um papel fundamental para o controle metabólico principalmente em estados patológicos como na diabetes mellitus (DM)20.

Os valores de estabilização do lactato sanguíneo do presente estudo (DA=4,7±0,75mmol/L e CA=5,46±0,79mmol/L) corroboram tanto com estudos prévios que investigaram o comportamento da lactacidemia em ratos durante exercício de natação de caráter aeróbio, quanto com estudos que investigaram a concentração de lactato no momento de transição entre os metabolismos aeróbio/anaeróbio1 , 2 , 21, comprovando de fato o predomínio do metabolismo aeróbio que caracterizou a sessão de exercício agudo.

Segundo a American Diabetes Association 22 a prática de exercício físico regular atua como modulador dos níveis plasmáticos de glicose, aproximando-os aos valores normativos, em decorrência da facilitação da captação periférica da glicose independentemente da ação da insulina. Evidências apontam que uma sessão aguda de exercício também é capaz de promover esses efeitos23 No presente estudo, nós observamos um declínio das concentrações de glicose no grupo de ratos diabético (DA) com apenas uma sessão aguda de exercício aeróbio (figura 2), semelhante aos achados de Rogatto23.

Ao analisar os valores absolutos de glicemia nos momentos pré e pós-sessão aguda de exercício aeróbio verifica-se redução das concentrações de glicose após a sessão em ambos os grupos, com alterações estatisticamente significantes para o grupo DA (figura 1). Entretanto, em nossos achados, verificou-se diminuição significativa dos valores de glicemia do grupo DA após realização de exercício aeróbio agudo, evidenciando a possível contribuição dessa prática no controle da hiperglicemia de ratos induzidos ao DM.

Exercícios intensos aumentam a atividade enzimática muscular em função de danos mecânicos ocasionados na membrana celular do músculo esquelético responsáveis pela perda da integridade das mesmas24. A creatina quinase (CK) é um biomarcador fortemente ligado a esse fenômeno, e em níveis plasmáticos elevados indica a presença de microlesões musculares altamente relacionadas com a diminuição da capacidade contrátil e alterações no desempenho do músculo esquelético24. No presente estudo os animais do grupo DA apresentaram maiores valores de CK em relação ao momento pré e em relação ao grupo CA imediatamente após o exercício aeróbio sugerindo que tais alterações de concentrações podem ser em função das debilidades endócrinas e metabólicas decorrentes da DM.

É consenso na literatura, que a DM tipo I colabora sensivelmente para a perda das funções neurais, como diminuição das ramificações dos dendritos e da quantidade de neurotransmissores, afetando a qualidade da condução sináptica e consequentemente prejudicando a musculatura esquelética25. Além de debilitar o sistema nervoso central, a hiperglicemia ocasionada pela patologia acentua a formação de espécies reativas de oxigênio, que por sua vez irão promover um estado de estresse oxidativo26.

Em humanos o excesso de radicais livres contribui com a perda da integridade da membrana da célula muscular em função da reação de oxi-redução dos radicais livres com a camada bilipídica que forma as membranas celulares27 , 28. Esse cenário de diminuição da integridade das membranas, somado a perda da função neural e de transmissão de impulso nervoso com consequente perda da capacidade contrátil do músculo esquelético, podem ter contribuído para o rompimento mecânico das células musculares durante o exercício e explicariam o fato dos maiores valores observados de CK em ratos diabéticos em comparação com ratos normais e com a situação pré-exercício.

As altas concentrações de FA verificadas em nosso estudo corroboram com outros trabalhos que sugerem um comprometimento da remodelagem óssea em ratos diabéticos contribuindo para a redução da qualidade dos ossos8, massa óssea e aumento da probabilidade de desenvolver osteopenia9, decorrente da resposta da paratireoide frente à hiperglicemia, por uma inibição da atividade osteoblástica7.

Cabe resaltar que os níveis séricos de FA nos ratos diabéticos foram mantidos após o exercício, sendo significativamente maiores quando comparados com os ratos não diabéticos. Isso também pode indicar que os ratos diabéticos necessitam de maiores teores minerais oriundos do osso e que um exercício agudo, mesmo causando diminuição nos níveis glicêmicos, não é capaz de promover diminuição na captação de minerais ósseos contrapondo aos efeitos da doença. Sendo assim, possivelmente fatores como o desbalanço hídrico podem influenciar na perda de minerais.

A DM ocasiona sintomas como a polifagia, polidipsia e poliúria, sendo o último sintoma um fator responsável por desencadear a desidratação de células teciduais que culminaria em diminuição do volume hídrico e concomitantemente, alterações nas taxas de hemácias e hematócrito29. Ao analisar as variáveis albumina e hematócrito, que estão relacionadas com o estado nutricional e hídrico, observou-se um acréscimo em ambas as variáveis após a sessão de exercício aeróbio, com significância estatística para hematócritos no grupo diabético e controle (DA p=0,0001 e CA p=0,02; respectivamente), sugerindo que em resposta ao esforço e estresse houve uma hemoconcentração causada por perda hídrica resultante dos mecanismos de sudorese e ofego na tentativa de manter a termorregulação30.

CONCLUSÃO

Dessa forma é possível concluir que o exercício agudo aeróbio é um modelo eficiente para o controle dos níveis glicêmicos de ratos induzidos a diabetes mellitus tipo 1, contudo sua aplicação deve ser feita com cautela, pois induziu a altos valores de concentração sérica de CK e diferenças significativas na hemoconcentração, sugerindo possíveis lesões teciduais, assim como alterações no estado hídrico.

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