a precocidade da atividade física preserva a atividade

DIONIZIA XAVIER SCOMPARIN
A PRECOCIDADE DA ATIVIDADE FÍSICA PRESERVA A
ATIVIDADE AUTONÔMICA E RESTABELECE A HOMEOSTASE
GLICÊMICA EM CAMUNDONGOS OBESOS
Tese
apresentada
ao
Programa de Pós-graduação
em Ciências Biológicas (Área
de concentração - Biologia
Celular
e
Universidade
Molecular)
da
Estadual
de
Maringá, para obtenção do
grau de Doutor em Ciências
Biológicas.
Maringá
Fevereiro – 2009
DIONIZIA XAVIER SCOMPARIN
A PRECOCIDADE DA ATIVIDADE FÍSICA PRESERVA A
ATIVIDADE AUTONÔMICA E RESTABELECE A HOMEOSTASE
GLICÊMICA EM CAMUNDONGOS OBESOS
Prof(a). Dr(a). Paulo Cezar de Freitas Mathias
Orientador (a)
Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP)
(Biblioteca Central - UEM, Maringá – PR., Brasil)
Dionizia Xavier Scomparin
D722a A precocidade da atividade física preserva a atividade
autonômica e restabelece a homeostase glicemica em
camundongos obesos/ Dionizia Xavier Scomparin. -Maringá : [s.n.], 2009.
74 f. : il. , figs., tabs., retrs.
Orientador : Prof. Dr. Paulo Cezar de Freitas Mathias
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Maringá. Programa de Pósgraduação em Ciências Biológicas. Departamento de Biologia Celular e
genética, 2009.
1. Obesidade. 2. Exercício físico. 3. Sistema nervoso autônomo. 4.
Glicemia. 5.Perfil lipídico. I. Universidade Estadual de Maringá. Programa de
Pós-Graduação em Ciências Biológicas
Cdd 21.ed. 571.32
BIOGRAFIA
Dionizia Xavier Scomparin nasceu em Mandaguari/PR em 09/09/1978. Possui
graduação em Ciências Biológicas pela Universidade Estadual de Maringá (2004) e
Mestrado Ciêcias Biológicas pela Universidade Estadual de Maring (2006). Atualmente
é aluna de doutorado do programa de Ciências Biológicas (área de concentração
Biologia Celular e Molecular) pela Universidade Estadual de Maringá. Tem experiência
na área de Biologia Celular e Fisiologia, atuando principalmente nos seguintes temas:
Fisiologia endócrina, Exercício Físico e obesidade.
AGRADECIMENTOS
Aos amigos atuais e que já passaram pelo laboratório de Biologia Celular da Secreção
pelo apoio, força e compreensão: Sabrina, Anderson, Fernanda Mecabô, Ana Eliza,
Rodrigo, Diego, Marcelo, Fernando, Aniela, Fernanda Mesquita, Wilson, Adriana,
Lívia, Riacardo, Mariana,Mel, Angélica,Julio, Rafael,Clarice e Felipe.
Às funcionárias Maroly e Marli.
Ao Professor Paulo.
DEDICATÓRIAS
Dedico,
À Deus...pela oportunidade de encontrar pessoas tão especiais em minha vida, que me
guiaram até aqui.
Aos meus pais Atílio e Cleusa... que não mediram esforços para que eu pudesse
alcançar meus objetivos.
Aos meus irmãos, Eidi e Vanderlei... pelo apoio que me deram em qualquer decisão.
Ào meu namorado Rodrigo... que de forma tão especial foi parte fundamental deste
trabalho, meu total carinho e respeito.
Às minhas queridas amigas, Débora (Maria), Denise e Lirizinha... pelo apoio, pela
força e pelos ouvidos que me cederam nos momentos
de tristeza, quero dizer que
vocês fazem parte deste trabalho.
À minha querida amiga Sabrina, pelas intermináveis horas de conversas.
Aos companheiros de graduação, Denise Scoaris, Carol, Lu, Priscila, André, João e
Josy... pelo apoio especial, amo vocês.
Á professores e funcionários do departamento de Biologia Celular e Genética
Aos professores da graduação que de forma tão especial contribuíram para que eu
chegasse até aqui.
Aos inesquecíveis animais, que na forma mais nobre, doando sua própria existência,
foram os principais instrumentos desta etapa de minha vida, pois sem eles, nada disto
seria possível.
...Com muito carinho
APRESENTAÇÃO
Esta tese é composta de três artigos científicos. Inicia avaliando o efeito do tratamento
neonatal com glutamato monossódico no sistema nervoso autônomo de camundongos
no artigo “A obesidade induzida pelo MSG causa alterações autonômicas”. Tem
continuidade com o artigo “Autonomic activity is preserved by precocious and low
intensity training exercises in MSG-mice” que descreve os efeitos benéficos do
exercício físico regular iniciado logo após o desmame na atividade do sistema nervoso
autônomo. Encerra com o artigo “Low intensity swimming training applied early is able
to improve metabolism in mice MSG-programmed to become obese” que avalia os
efeitos da atividade física regular no perfil lipídico de camundongos tratados
neonatalmente com glutamato monossódico (MSG). Em consonância com as regras do
Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas, os artigos foram redigidos de
acordo com as revistas Endocrinologia & Diabetes Clinica e Experimental;
Neuroendocrinology e Hormone and Metabolism Research.
RESUMO GERAL
INTRODUÇÃO – A obesidade tornou-se nos últimos anos um problema de saúde
pública mundial, cujo grau de incidência tem atingindo proporções alarmantes, inclusive
no Brasil. O avanço da obesidade é um fenômeno mundial afetando todos os indivíduos,
independente de gênero, raça, idade e classe social. A obesidade é um estado patologico
preocupante, principalmente
por sua íntima relação com o desenvolvimento de
numerosas doenças, dentre as quais destacam-se doenças cardiovasculares, diabetes tipo
2 e dislipidemias. O sistema nervoso central (SNC) é o responsável pelo controle da
homeostase energética sendo capaz de promover ajustes na ingestão alimentar e gasto
energético que determinam a estabilidade do peso corporal. Entre as diversas regiões
cerebrais envolvidas no controle do peso corporal se destacam áreas hipotalâmicas. As
ações efetoras hipotalâmicas responsáveis pelo controle da homeostase energética
ocorrem via sistema nervoso autônomo (SNA) composto pelo sistema nervoso
parassimpático (SNP) e sistema nervoso simpático (SNS). Frequentemente a ativação
do SNP é responsável por eventos anabólicos enquanto o SNS antagonicamente
desencadeia ações catabólicas, o que mostra a importância dos ramos autonômicos para
o equilíbrio energético. Dados da literatura indicam que independente da origem da
obesidade a subdivisão parassimpática se encontra em alta atividade enquanto o SNS se
encontra em baixa atividade. O desajuste autonômico favorece o armazenamento e
sinergicamente diminui o gasto energético,
tornando-se um forte determinante na
instalação e/ou desenvolvimento da obesidade. O exercício físico é conhecido como um
potente atenuador do desenvolvimento e instalação da obesidade, primariamente por
elevar o gasto energético e promover lipólise no tecido adiposo, induzindo a redução
dos depósitos de gordura corporal. A mobilização dos substratos energéticos depende
de ações diretas do SNS sobre os adipócitos, bem como da ativação do sistema
simpatoadrenal via secreção das catecolaminas. Finalmente a atividade física exerce
marcantes efeitos no controle glicêmico, uma resposta dependente do aumento da
sensibilidade periférica a insulina e também da captação muscular de glicose
independente das ações da insulina.
OBJETIVO: Avaliar a efetividade do treinamento físico de baixa intensidade iniciado
precocemente como mecanismo protetor capaz de atenuar os transtornos metabólicos e
autonômicos de camundongos programados para se tornarem obesos pelo tratamento
neonatal com L-glutamato monossódico (MSG).
MÉTODOS –Camundongos machos receberam durante os 5 primeiros dias de vida
injeções subcutâneas de MSG (4mg/g de peso corporal). Controles (CON) receberam
salina equimolar. Aos 21 dias os animais foram separados das mães e divididos em
quatro grupos: animais controles-sedentário (CON-SED); animais obesos-sedentários
(MSG-SED); animais controles-exercietados (CON-EXE) e animais MSG-exercitados
(MSG-EXE). O exercício físico realizado foi a natação livre 3 dias por semana durante
15 minutos. Uma carga correspondente a 2,5% do peso corporal foi presa a cauda para
garantir a realização da atividade física. A natação foi realizada sempre no mesmo
horário, em um aquário de vidro com água a temperatura constante (32±2ºC). Aos 90
dias animais de todos os grupos experimentais foram submetidos aos seguintes
protocolos: Registro eletrofisiológico da atividade do nervo vago e do ramo simpático
que inerva o tecido adiposo retroperitonial, ao teste de tolerância a glicose e a insulina.
Neste período os animais foram sacrificados, pesados e tomados o comprimento
nasoanal para posterior cálculo do índice de Lee. As gorduras periepididimal e
retroperitonial foram pesadas para se estimar a obesidade. O sangue total foi coletado
para posterior análise de glicemia plasmática pelo método da glicose oxidase e da
insulinemia basal pelo radioimuniensaio (RIA). O sangue também foi utilizado para a
dosagem de colesterol total, triglicérides e colesterol HDL através de método
enzimático usando kit comercial.
RESULTADOS E DISCUSSÃO – Administração neonatal de MSG foi eficiente em
promover o desenvolvimento de obesidade, conforme demonstrado pelo maior IL
15,7% e conteúdo de gordura 2 vezes maior. A natação foi efetiva em promover redução
do conteúdo de gordura coporal em ambos os grupos, todavia a magnitude do efeito foi
maior em obesos. Nossos dados confirmam pela primeira vez o desequilíbrio
autonômico em camundongos MSG-obesos. O registro neural demonstrou maior
atividade parassimpática 78,0% e paralela redução da atividade simpática 60,0%. O
treinamento físico inciado precocemente corrigiu a atividade dos dois ramos
autonômicos, um elemento que pode ter sido decisivo para a o restabelecimento da
homeostase glicêmica nos animais MSG-obesos submetidos a natação. Visto que a
atividade parassimpática é fundamental para o controle secretor da liberação de insulina
pelo pâncreas endócrino o restabelecimento do equilíbrio autonômico pode também ter
sido fundamental para a correção da responsividade a insulina promovida pelo exercício
físico.
Camundongos MSG-obesos desenvolvem anormalidades no perfil lipídico,
similar aquelas frequentemente encontradas em indivíduos com síndrome metabólica,
elevados níveis de triglicérides 2 vezes maior e colesterol total 67%. Novamente o
treinamento físico inciado logo após o desmame foi decisivo em preservar o
metabolismo lipídico em animais obesos. A normalização da ação da insulina - o
principal hormônio lipogênico – pode ter contribuído para este efeito. O controle do
metabolismo glicêmico e lipídico durante a atividade física é dependente da ativação do
eixo-simpatoadrenal. Nossos dados demonstraram claramente aumento da atividade do
eixo simpatoadrenal pelo treinamento físico em ambos os grupos, todavia a magnitude
deste efeito foi maior em camundongos MSG. As ações hepáticas e lipolíticas das
catecolaminas circulantes podem também ter contribuído para as adaptações
metabólicas ao treinamento físico em animais MSG
CONCLUSÕES – A manutenção do balanço autonômico efetivada pelo treinamento
físico precoce de baixa intensidade deve ser fundamental para evitar as injúrias
metabólicas induzidas pelo tratamento com MSG de camundongos.
GENERAL ABSTRACT
INTRODUCTION – Obesity has become in recent years a worldwide public health
problem, whose degree of incidence has been reaching alarming proportions, including
in Brazil. The progress of obesity is a worldwide phenomenon affecting all individuals,
regardless of gender, race, age and social class. Obesity is a serious pathological
condition, mainly due to its close relationship with the development of numerous
diseases, such as cardiovascular disease, type 2 diabetes and dyslipidemia to name a
few. The central nervous system (CNS) is responsible for the control of energy
homeostasis and is capable of promoting adjustments in food intake and energy
expenditure which determine the stability of body weight. Among the various brain
regions involved in controlling the body weight, the hypothalamic areas stand out. The
hypothalamic effector actions, responsible for the control of energy homeostasis, occur
via the autonomic nervous system (ANS) which is formed by the parasympathetic
nervous system (PNS) and the sympathetic nervous system (SNS). The activation of the
PNS is often responsible for anabolic events whereas the SNS triggers catabolic actions,
showing, this way, the importance of the autonomic branches for the energy balance.
Data coming from literature indicates that regardless of origin of obesity, the
parasympathetic subdivision is in high activity whereas the SNS is in low activity. The
autonomic disorder facilitates the storage and synergistically decreases the energy
expenditure, becoming a strong determinant in the installation and/or development of
obesity. Physical exercises are known as potent attenuators of development and
installation of obesity, primarily for increasing the energy expenditure and promoting
adipose tissue lipolysis, inducing the reduction of body fat deposits. The mobilization of
energy substrates depends on direct actions of SNS on the adipocytes, as well as it
depends on the activation of the sympathoadrenal system via secretion of
catecholamines. Finally, the physical activity exerts significant effects on the glycemic
control, a response which is dependent upon the increase of the peripheral sensitivity to
insulin and also dependent upon the muscle uptake of glucose regardless of insulin
actions.
AIMS – To evaluate the effectiveness of low-intensity physical training started early as
a protective mechanism capable of mitigating the metabolic and autonomic disorders in
rats programmed to become obese by neonatal treatment with monosodium-L-glutamate
(MSG).
METHODS – Male Wistar rats received subcutaneous injections of MSG (4mg/g body
weight) during the first 5 days after birth. Control rats (CON) received equimolar saline.
At 21 days the animals were separated from their mothers and divided into four groups:
control-sedentary animals (CON-SED), obese-sedentary animals (SED-MSG); control
exercise animals (CON-EXE) and MSG exercise trained rats (MSG-EXE). The physical
exercise was free swimming: 3 days a week for 15 minutes. A load corresponding to
2.5% of body weight was attached to the tail to ensure the execution of the physical
activity. The swimming was always performed at the same time, in a glass aquarium
with water at constant temperature (32 ± 2 º C). At 90 days the animals in all
experimental groups underwent the following protocols: Electrophysiological
registration of vagus nerve and sympathetic activity that innervates the retroperitoneal
adipose tissue, to glucose and insulin tolerance test. In this period, the animals were
sacrificed, weighed and naso-anal length measured for further calculation of Lee index.
The periepididimal and retroperitoneal fat were weighed to estimate the obesity. The
total blood was collected for later analysis of plasma glucose by the glucose oxidase
method and basal insulinemia by radio-imuno-assay (RIA). The blood was also used for
the estimation of total cholesterol, triglycerides and high-density lipoprotein (HDL)
cholesterol by standard enzymatic method using commercial kits.
RESULTS AND DISCUSSION – The neonatal administration of MSG was efficient
in promoting the development of obesity, as demonstrated by the major IL 15.7% and
fat content two times higher. The swimming was effective to decrease the body fat
content in both groups, nevertheless the magnitude of the effect was greater in obese
rats. For the first time our data confirms the autonomic disorder in MSG-obese rats. The
neural record showed a higher parasympathetic activity 78.0% and a parallel decrease of
sympathetic activity 60.0%. The early start physical training corrected the activity of the
two autonomic branches, a factor which may have been decisive in the restoration of
glucose homeostasis in MSG-obese animals submitted to swimming. Since the
parasympathetic activity is essential for the secretory control of the insulin release by
the endocrine pancreas, the restoration of the autonomic balance may also have been
important to the correction of insulin responsiveness promoted by the practice of
physical exercises. MSG-obese rats develop abnormalities in the lipid profile, similar to
those frequently found in individuals with metabolic syndrome, high triglyceride levels
two times higher and total cholesterol 67%. Once more, the physical training initiated
soon after weaning was decisive in maintaining the lipid metabolism in obese animals.
The normalization of the acting insulin - the principal lipogenic hormone - may have
contributed to this effect. The control of glucose and lipid metabolism during the
physical activity is dependent upon the activation of the sympathoadrenal axis. Our data
clearly demonstrated an increase of the sympathoadrenal axis activity due to the
physical training in both groups, nonetheless the magnitude of this effect was greater in
MSG rats. The hepatic and lypolitic actions of the circulating catecholamines may also
have contributed to metabolic adaptations to physical training in MSG animals.
CONCLUSIONS – The maintenance of the autonomic balance brought into effect by
early low-intensity physical training should be essential to avoid the metabolic injury
induced by the treatment with MSG rat.