Efectos de la hipoxia hipobárica intermitente en la recuperación del daño muscular inducido por ejercicio excéntrico en ratas entrenadas

Abstract

En esta tesis se explora la posibilidad de aplicar la hipoxia hipobárica intermitente (HHI) como herramienta terapéutica no farmacológica para tratar el daño muscular que aparece como consecuencia del ejercicio excéntrico en individuos entrenados. Debido a la necesidad de realizar pruebas invasivas, se escogió un modelo animal. Se entrenaron ratas Sprague-Dawley en un tapete rodante y se sometieron posteriormente a un protocolo de daño muscular inducido por ejercicio excéntrico (EEIMD). Como grupo Control se sacrificó un subgrupo de ratas entrenadas antes del protocolo de EEIMD. El resto de animales fue aleatoriamente dividido en tres grupos en función del tratamiento que se les aplicó: 1) animales con recuperación pasiva (grupo PNR), 2) animales sometidos a una sesión diaria de 4 horas de hipoxia hipobárica a una presión barométrica equivalente a 4000 m de altitud (grupo PHR); y 3) animales sometidos a HHI que inmediatamente después realizaron una sesión de ejercicio aeróbico ligero (grupo AHR). Estos tres grupos comenzaron sus respectivas intervenciones el día siguiente al EEIMD, y fueron sacrificados 1, 3, 7 y 14 días después. El análisis de los biomarcadores plasmáticos creatina quinasa y mioglobina confirmó la presencia de daño muscular en los animales sometidos al protocolo de EEIMD. Además, se observaron infiltraciones por mononucleares, fibras anómalas y distensión del tejido conectivo en cortes histológicos del músculo de sóleo. También se observó, en este músculo, una disminución en la capilarización de las fibras, consecuencia de una disrupción parcial de la red capilar y del aumento del tamaño medio de las fibras. Estos eventos fueron acompañados por un declive de la red mitocondrial, como reflejó el análisis de diversas proteínas relacionadas con este orgánulo. El EEIMD indujo la disminución de diferentes marcadores de biogénesis mitocondrial (PGC-1a y Tfam) y aumentó el marcador de fisión Drp-1. En conjunto, estos resultados sugieren una disrupción de la red mitocondrial. De hecho, y en consonancia con esta hipótesis, la actividad de la enzima citrato sintasa (CS) se encontró significativamente reducida una y dos semanas después del protocolo de EEIMD. El análisis de las proteínas Bax y Bcl-2 indica un posible aumento de la señalización apoptótica, en tanto que la expresión de Sirtuina 3 disminuyó, sugiriendo un aumento del estrés oxidativo. En general, la HHI, especialmente en combinación con el ejercicio aeróbico ligero, atenuó o revertió la mayoría de estos efectos deletéreos, siendo especialmente destacable el aumento de la capilarización debido a un proceso de angiogénesis (en tanto se observó un aumento del recuento de capilares y de VEGF) y a la conservación del tamaño de las fibras. Además, en comparación con el grupo no tratado, los animales AHR mostraron niveles significativamente mayores de proteínas marcadoras de biogénesis y fusión mitocondrial, mayor actividad de la enzima CS y menos indicadores de estrés oxidativo. La adición de una sesión leve de ejercicio aeróbico resultó fundamental para la obtención de muchos de estos resultados, probablemente debido a que tuvo un efecto de refuerzo sobre el estímulo hipóxico, tal y como se deduce del aumento de la expresión de las proteínas VEGF y GLUT1 en el grupo AHR. En conclusión, estos resultados sugieren que la HHI, en la intensidad y duración adecuada y combinada con ejercicio aeróbico ligero, puede acelerar la recuperación de determinados parámetros afectados por el EEIMD.

This work explores the potential use of intermittent hypobaric hypoxia (IHH) as a non-pharmacological tool to treat muscle damage in trained subjects. Here we applied a recovery protocol consisting of 4 hour-daily sessions of hypobaric hypoxia (≈4000m), alone or immediately followed by light aerobic exercise. Because invasive analyses were needed, we opted for a rodent model. Sprague-Dawley rats were trained in a treadmill for a month and then were subjected to downhill running, a well-known method of eccentric exercise-induced muscle damage (EEIMD). After that, rats were divided in three groups: 1) passive normobaric recovery (PNR); 2) passive hypobaric recovery (PHR); and 3) active hypobaric recovery (AHR), rats that immediately after each daily session of hypobaric hypoxia performed light aerobic exercise. These groups were subdivided in four subgroups according to the following sampling days: 1, 3, 7 or 14 days after the EEIMD protocol. Additionally, a group of rats was euthanized before the EEIMD protocol (CTRL). Histopathological and histomorphometric analysis of transversal sections of soleus muscle were carried out. Additionally, the protein expression of mitochondrial biomarkers related to biogenesis, fusion and fission, apoptosis signaling, bioenergetics and oxidative stress was semiquantified. As expected, EEIMD induced a number of alterations at the histopathological level, such as mononuclear infiltrates, presence of abnormal fibers and connective tissue distension. Furthermore, a decrease in the muscle capillarization and an apparent hypertrophy were also reported. The biogenesis biomarker PGC-1α was found reduced 3 days after the EEIMD protocol, while Drp-1, a marker of mitochondrial fission, and the Bax/Bcl-2 ratio, a marker of apoptosis signaling, were increased. Maybe as a consequence, the citrate synthase activity decreased. Interestingly, HHI combined with light aerobic exercise attenuated or reversed most of these findings: after two weeks of recovery, AHR rats showed a fiber size and muscle capillarization similar to CTRL animals, as well as decreased percentage of abnormal fibers, higher levels of biomarkers related to mitochondrial biogenesis and fusion and reduced apoptosis signaling markers when compared to PNR and PHR groups.