Cómo afecta el ejercicio de Fuerza sobre los GLUT4: importancia en sujetos diabéticos.

Cómo afecta el ejercicio de Fuerza sobre los GLUT4: importancia en sujetos diabéticos.

El ejercicio de fuerza se ha mostrado que aumenta la fuerza muscular global y produce hipertrofia muscular. También, se ha demostrado repetidamente que las respuestas específicas del tipo de fibra al ejercicio y al entrenamiento entre las fibras musculares de contracción lenta (Tipo I) y de contracción rápida (Tipo II), son diferentes (Raue y cols. 2012), ya que los genes hipertróficos son distintos entre el músculo de contracción lenta y el de contracción rápida después de un turno agudo de ejercicio. Pero, qué ocurre con respecto a las diferencias en la expresión de genes involucrada en el metabolismo e hipertrofia muscular entre las fibras musculares de contracción rápida y lenta después del ejercicio de fuerza? Un estudio del año pasado de Philip M. Gallagher (2013) investigó la expresión del receptor de factor I de crecimiento como la insulina (IGF-1R) y el transportador de glucosa 4 (GLUT4) después un turno de ejercicio con sobrecarga agudo en fibras musculares únicas aisladas.

Figura 1. Los sitios potenciales de regulación de consumo de glucosa de músculo durante el ejercicio.

El receptor transmembrana IGF-1R es a una kinasa de la tirosina que se expresa en muchos tipos celulares, incluyendo el músculo esquelético. El vínculo de la insulina y el IGF (I y II) al IGF-I R resulta en una variedad de respuestas, como la proliferación celular, diferenciación, e inhibición de apoptosis, dependiendo del tipo celular e interferencia de otras vías de la señalización (Denley y cols. 2005). El IGF-1R podría reemplazar el receptor de insulina en sujetos deficientes en el receptor de insulina.

La mayoría de los estudios demuestran que la activación del IGF-1R vía señalización en el músculo esquelético es requerida para la hipertrofia y el mantenimiento de la masa muscular (Adams y Haddad 1996; DeVol y cols. 1990; Quinn y cols. 2007); sin embargo, la hipertrofia sin la contribución de la señalización del IGF ha sido observado. El ejercicio de fuerza se ha demostrado que aumenta la expresión de genes asociada con la hipertrofia (Raue y cols. 2012) y la proteólisis (Yang y cols. 2006) a una magnitud mayor en los músculos de contracción rápida comparado con los músculos de contracción lenta. Por otro lado, a isoforma GLUT4 es responsable del transporte de glucosa después de la insulina y las contracciones musculares, transladándose a la superficie celular después de la estimulación (Furtado y cols. 2002). Se sabe que el consumo de glucosa estimulada por la insulina está mediado principalmente por el transportador GLUT4. La mayoría de los estudios muestran un aumento en los niveles de GLUT4 despues del entrenamiento de la resistencia (Green y cols. 2008; Houmard y cols. 1991; Hussey y cols. 2012; Kraniou y cols. 2006; Leick y cols. 2010; Stuart y cols. 2010) y unos pocos has encontrado respuestas similares después del entrenamiento de la fuerza (Derave y cols. 2003; Holten y cols. 2004; Tabata y cols. 1999).

Figura 2. Contenido de proteina de GLUT4 de biopsias del vasto lateral No Entrenado, Entrenado y Desentrenado 10 días en hombres (n=8, 7 y 6, respectivamente; McCoy M., 1994)

Varios estudios han demostrado un nivel basal mayor de GLUT4 en las fibras de contracción lenta comparado a las de contracción rápida (Daugaard y cols. 2000; Stuart y cols. 2010). Esta relación es consistente con el hecho de que el consumo de glucosa estimulado por la insulina se correlaciona positivamente con el porcentaje de fibras Tipo I e inversamente se relaciona al porcentaje de fibras de tipo IIb (Andersen y cols. 1993; Lillioja y cols. 1987). Así, es razonable pronosticar que la expresión de GLUT4 será mayor en las fibras Tipo I comparado con las fibras Tipo II. Pero poco se ha examinado los cambios específicos del tipo de fibra en el IGF-1R o expresión del gen del GLUT4 en fibras únicas del músculo esquelético humano después del ejercicio de fuerza. Así, la investigación de Philip M. Gallagher fue determinar los efectos de un turno de ejercicio de fuerza agudo sobre la expresión de IGF-1R y GLUT4 en fibras musculares de contracción rápida y lenta en humanos. Para ese estudio, se utilizó una técnica innovadora para analizar la expresión de únicas fibras musculares antes de y después de un turno de ejercicio de fuerza agudo (Wacker y cols. 2008). Debido al tipo de ejercicio y el rol que el IGF-1R juega tanto en el metabolismo de la glucosa como de las proteínas, se planteó la hipótesis de que el ejercicio de fuerza aumentaría la expresión del IGF-1R en las fibras de contracción rápida. En base a los estudios previos (Hussey y cols. 2012; Kraniou y cols. 2006; Leick y cols. 2010) también se planteó la hipótesis de que el ejercicio de fuerza aumentaría la expresión de GLUT4 en las fibras de los músculos de contracción lenta, con lo que implica esa respuesta en personas diabéticas o pre-diabéticas (resistentes a la insulina).

Para tal fin, en este estudio, los sujetos realizaron un turno de ejercicio de fuerza que consistió en 3 series (2 series de 10 repeticiones y 1 serie hasta el fallo, 8–12 repeticiones) del ejercicio de extensión de rodillas (Cybex, Medway, Mass., EE.UU.) al 90% de su máximo (la cantidad máxima de peso que los sujetos podían levantar 10 veces al fallo). Los movimientos concéntricos y excéntricos de cada levantamiento duraban 2 segundos y había un período de pausa de 2 minutos entre cada serie. El máximo de 10-repeticiones de cada sujeto fue determinado a los 7–10 días antes de su prueba primera.

Los resultados

Se encontró que un turno de ejercicio de fuerza agudo aumentó la expresión de IGF-1R por 2.4 veces (p <0.05) y aumentó la expresión 2.2 veces de GLUT4 (p <0.05) en las fibras Tipo I (Figs. respectivamente). Es interesante observar que, el ejercicio de fuerza no aumentó la expresión de IGF-1R en las fibras Tipo II, pero indujo la expresión de GLUT4 por 2.8 veces (p <0.05).

Figura 4. Veces que han cambiado los valores del IGF-Ir y del GLUT-4, luego del ejercicio de fuerza (Gallagher, 2013)

Como apreciaciones destacadas, se puede decir que el actual estudio encontró que no hubo ninguna diferencia antes del ejercicio en IGF-1R o GLUT4 entre las fibras Tipo I y Tipo II. Es interesante observar que, el IGF-1R sólo aumentó en las fibras Tipo I después del ejercicio de fuerza. Después del ejercicio de fuerza, el GLUT4 fue demostrado que aumenta en ambos tipos de fibra. Estudios previos han demostrado que el ejercicio de fuerza aumenta el IGF-1R (Drummond y cols. 2009; Wilborn y cols. 2009). Sin embargo, Drummond y cols. (2008) no encontraron ningún cambio en la expresión de IGF-1R 3 hs después de un turno de ejercicio de fuerza de baja intensidad. Esta discrepancia en la expresión del IGF-1R fue debido probablemente a las diferencias en la intensidad del ejercicio. Los sujetos en los estudios que encontraron cambios significativos en el IGF-1R realizaron las repeticiones al 60%–80% de su 1RM; mientras que, en los sujetos en ese estudio no se encontraron ningún cambio en el IGF-1R realizando 1 serie de 30 repeticiones seguida por una segunda serie de 15 repeticiones, ambos al 20% de su 1RM. Contrariamente a la hipótesis planteada por Philip M. Gallagher, se encontró un aumento en el IGF-1R en las fibras Tipo I, pero no en las fibras Tipo II después del ejercicio de fuerza. Sin embargo, hubo un número de sujetos bajo en el actual estudio. Puede ser que con más sujetos se habría visto aumentos significativos en el IGF-1R luego del ejercicio de fuerza. Aún así, ningún estudio ha examinado la expresión específica del tipo de fibra del IGF-1R después del ejercicio de fuerza.

La regulación del IGF-1R en el músculo esquelético adulto no se entiende todavía completamente. Sin embargo, en las varias líneas de las células, el IGF-1 se ha demostrado que disminuye la expresión del IGF-1R y el factor de crecimiento del fibroblasto se ha demostrado que aumentan la expresión del IGF-1R (Hernandez-Sanchez y cols. 1997; Rosenthal y cols. 1991). La expresión mayor del IGF-1R en las fibras Tipo I vista en el actual estudio, puede ser una compensación por la falta de 'estimulación' del IGF. Se ha indicado que la expresión de IGF-1a, pero no de IGF-1c, se inhibe en el músculo esquelético durante las primeras horas de la recuperación luego del ejercicio de fuerza (Psilander y cols. 2003).

Aunque no se examinaron diferencias entre los tipos de fibra, no es conocido si la disminución en el IGF-1a era principalmente en las fibras de contracción lenta. Hay otros factores de la transcripción que se han demostrado que regulan la expresión del IGF-1R en varios tejidos, incluyendo los transductores de señales y activadores de transcripción, factor nuclear-b, y el crecimiento precoz de la respuesta-1 (Kavurma y cols. 2008; Shalita-Chesner et al. 2004; Wu y cols. 2010). Más investigación se necesita para discernir el rol que los factores de transcripción juegan en el músculo esquelético adulto, particularmente en respuesta a diferentes tipos de ejercicio.

No se vio ninguna diferencia en el ARNm del GLUT4 entre los tipos de fibra, lo que no es coherente con la investigación previa. Los estudios previos han mostrado el contenido de proteína del GLUT4 estar en aproximadamente un 13%–40% superior en las fibras Tipo I comparado con las fibras Tipo II (Daugaard y cols. 2000; Gaster et al. 2000; Stuart y cols. 2010). Una explicación para esta diferencia puede ser debida al hecho de que los estudios anteriores analizaron niveles de proteínas y en el estudio de Gallagher se analizó los niveles del ARNm. Generalmente, se correlacionan los niveles del ARNm con el nivel de proteínas (Guo y cols. 2008; Pascal y cols. 2008). Sin embargo, los factores que incluyen el empalme transcripcional, el empalme post-transcripcional, y la degradación del ARNm, pueden alterar la relación entre la transcripción y la traducción.

En el actual estudio de Gallagher, el GLUT4 aumentó en ambas fibras Tipo I y Tipo II después del ejercicio de fuerza. Las investigaciones previas sobre la expresión de la proteína del GLUT4 específica del tipo de fibra después del ejercicio han mostrado resultados incongruentes (Daugaard y cols. 2000; Stuart y cols. 2010; Xiao y cols. 2012). Hay que señalar que casi todos los estudios previos han empleado el ejercicio de resistencia para inducir el aumento en la expresión de GLUT4.

Pocos estudios han examinado los efectos del entrenamiento de la fuerza sobre el GLUT4. Holten y cols. (2004) vio un aumento en el contenido de GLUT4 luego de 6 semanas de entrenamiento de la fuerza en sujetos diabéticos, pero no en sujetos sanos de control. El ejercicio de fuerza empleado en el actual estudio de Gallagher involucró un componente excéntrico. El ejercicio excéntrico se ha demostrado que disminuye el nivel de proteína del GLUT4, posiblemente debido al daño al sarcolema (Asp y cols. 1995). Quizás el componente excéntrico del protocolo del ejercicio en el actual estudio no fue lo bastante intenso para producir un daño necesario para inhibir la expresión del GLUT4. Otra posible explicación para los resultados vistos en el actual estudio puede ser que la expresión del GLUT4 está muy regulada como adaptación para reemplazar la pérdida en la proteína del GLUT4.

Como conclusión, el estudio Gallagher mostró un aumento en la expresión del GLUT4 en ambas fibras musculares de contracción lenta (Tipo I) y de contracción rápida (Tipo II) después del ejercicio de fuerza. Este estudio demuestra que el ejercicio de fuerza es una modalidad de entrenamiento eficaz para facilitar mecanismos de consumo de glucosa en los dos tipos de fibra muscular. Este dato es muy interesante en aquellos sujetos con problemas en el metabolismo de la glucosa y/o interacción con la insulina (diabéticos e insulino-resistentes). Es interesante observar que, se pudo ver un aumento en la expresión del IGF-1R en las fibras musculares de contracción lenta pero no en las fibras musculares de contracción rápida. Esto puede proveer un mecanismo parcialmente para la pérdida de la fibra muscular de contracción rápida vista con el envejecimiento (Trappe y cols. 2003). La regulación de la expresión del IGF-1R en el músculo esquelético tiene que ser más estudiada todavía totalmente. Dado el rol que el músculo esquelético juega en la salud (Wolfe 2006), este conocimiento sería beneficioso para la determinación de contramedidas apropiadas a la sarcopenia, caquexia, y otras formas de atrofia del músculo.

Bibliografía

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Gallagher PM, Touchberry CD, Teson K, McCabe E, Tehel M, Wacker MJ. Effects of an acute bout of resistance exercise on fiber-type specific to GLUT4 and IGF-1R expression. Appl Physiol Nutr Metab. 2013 May;38(5):581-6.

Denley, A., Cosgrove, L.J., Booker, G.W., Wallace, J.C., and Forbes, B.E. 2005. Molecular interactions of the IGF system. Cytokine Growth Factor Rev.16(4–5): 421–439.

Quinn, L.S., Anderson, B.G., and Plymate, S.R. 2007. Muscle-specific overexpression of the type 1 IGF receptor results in myoblast-independent muscle hypertrophy via PI3K, and not calcineurin, signaling. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 293(6): E1538–E1551.

Tabata, I., Suzuki, Y., Fukunaga, T., Yokozeki, T., Akima, H., and Funato, K. 1999. Resistance training affects GLUT-4 content in skeletal muscle of humans after 19 days of head-down bed rest. J. Appl. Physiol. 86(3): 909–914.

Psilander, N., Damsgaard, R., and Pilegaard, H. (2003).Resistance exercise alters MRF and IGF mRNA content in human skeletal muscle. J. Appl. Physiol. 95(3):1038–1044.

McCoy M, Proietto J, Hargreves M. Effect of detraining on GLUT-4 protein in human skeletal muscle. J Appl Physiol (1985). 1994 Sep;77(3):1532-6.

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