Resumen
Ha habido una conciencia cada vez mayor sobre la sarcopenia, que se caracteriza por una disminución concomitante de la masa y la calidad del músculo esquelético debido al envejecimiento. El ejercicio de resistencia se considera más eficaz que el ejercicio aeróbico en términos de ejercicio terapéutico. Para confirmar el efecto del ejercicio aeróbico a largo plazo en la prevención de la sarcopenia, evaluamos la masa, la calidad y la capacidad angiogénica del músculo esquelético de ratones súper envejecidos que se habían sometido a ejercicio espontáneo (LSE) de por vida a través de varios experimentos. Nuestros hallazgos muestran que la LSE podría mantener los niveles de masa, calidad y condición física del músculo esquelético en ratones de edad avanzada. Además, ex-vivo Los experimentos demostraron que la capacidad angiogénica se mantenía en un nivel alto. Sin embargo, estos resultados no fueron consistentes con los cambios relacionados en la expresión de genes y/o proteínas involucradas en la síntesis de proteínas o la angiogénesis. Con base en los resultados de estudios previos, parece seguro que la expresión a nivel molecular no representa los fenotipos del músculo esquelético y la angiogénesis. Esto se debe a que el envejecimiento y el ejercicio prolongado son variables que pueden afectar tanto la síntesis de proteínas como los patrones de expresión de genes y proteínas relacionados con la angiogénesis. Por lo tanto, en la investigación relacionada con el envejecimiento y el ejercicio, se deben analizar diversas variables y fenotipos de aptitud física y angiogénesis. En conclusión, la LSE parece mantener el potencial de angiogénesis y retardar el proceso de envejecimiento para mantener la masa y la calidad del músculo esquelético. Por tanto, el ejercicio aeróbico puede ser eficaz para la prevención de la sarcopenia.
Introducción
La sarcopenia es una enfermedad degenerativa en la que la masa, la calidad y la fuerza de los músculos esqueléticos se pierden debido al envejecimiento.1,2). La sarcopenia recibió un código de enfermedad (M62.84) según la Clasificación Internacional de Enfermedades, Décima Revisión, por la Organización Mundial de la Salud en 2016 (3). La prevalencia de sarcopenia está aumentando rápidamente con la reciente tendencia global al envejecimiento (4). Por lo tanto, se están realizando estudios para investigar la sarcopenia.
Muchos estudios destinados a mejorar la sarcopenia han llevado al desarrollo de mecanismos biológicos aplicables al tratamiento y fármacos dirigidos a ellos (4). La mayoría de los fármacos para el tratamiento de la sarcopenia se han desarrollado para aumentar la cantidad y calidad de los músculos esqueléticos. Estos medicamentos han tenido poco efecto. Además, los fármacos que han sido eficaces en el tratamiento de la sarcopenia se ven afectados por efectos secundarios. Por ejemplo, los anticuerpos contra la miostatina incluyen urticaria, meningitis aséptica, diarrea, confusión y fatiga (5); Además, no mostraron ninguna ventaja marcada sobre la combinación de entrenamiento de resistencia y suplementación proteica (6). Por tanto, podemos concluir que el ejercicio y el manejo nutricional son cruciales para el tratamiento de la sarcopenia, excepto para aquellos que no pueden participar en la práctica habitual.
Tras la aparición de la sarcopenia, el ejercicio de resistencia se recomienda principalmente desde un punto de vista terapéutico (7). Se sabe que el ejercicio de resistencia aumenta el área de la sección transversal de las fibras (CSA) y la fuerza (8). El ejercicio de resistencia generalmente se considera más efectivo que el ejercicio de resistencia porque mejora la pérdida de masa muscular, un problema fundamental de la sarcopenia (9). La combinación recomendada de ejercicio de resistencia con suplementos proteicos después de la aparición de la sarcopenia es muy eficaz (10). Además, el entrenamiento de resistencia y la suplementación con proteínas estimulan la vía de señalización del objetivo de la rapamicina (mTOR) en los mamíferos para promover la síntesis muscular.11). Sin embargo, también se sabe que la promoción excesiva de la vía de señalización mTOR promueve la senescencia celular.12). También se sabe que el ejercicio de resistencia y la respuesta anabólica proteica del músculo esquelético a los aminoácidos esenciales se retrasan con el envejecimiento.13). Aunque no se ha establecido de manera concluyente, el ejercicio de resistencia excesivo y la ingesta de proteínas promueven el envejecimiento a lo largo de la vida. Al menos, el ejercicio aeróbico tiene un efecto más significativo en la extensión de la vida (14). Para la prevención de la sarcopenia, la cantidad y calidad del músculo esquelético son importantes, así como la ralentización del envejecimiento. El ejercicio de resistencia realizado durante toda la vida es un método eficaz para retrasar el envejecimiento y mantener la salud del músculo esquelético.
Se sabe que el ejercicio de resistencia regular mantiene la homeostasis energética y retrasa la senescencia y la muerte prematura (15). Además, parece necesario considerar los beneficios del ejercicio de resistencia en términos de prevención de la sarcopenia, ya que el ejercicio de resistencia muestra un menor riesgo de lesión y un mayor potencial de rendimiento a largo plazo que el ejercicio de resistencia. En general, el ejercicio de resistencia aumenta la densidad capilar del músculo esquelético, pero se sabe que su efecto en el aumento del CSA del músculo es notablemente menor que el del ejercicio de resistencia.8,16). Como se mencionó anteriormente, es innegable que el ejercicio de resistencia aumenta la densidad capilar del músculo (16), por lo que puede aportar claros beneficios al músculo esquelético. No está claro cómo se regula el ARNm del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) en vivo por cambios en la transcripción y estabilidad, síntesis de proteínas e interacciones con otros factores de crecimiento (17). La función, más que la expresión de VEGF, disminuye con el envejecimiento.18). Sin embargo, el ejercicio aeróbico estimula la inducción de la angiogénesis al estimular el VEGF (17). Se cree que el estrés de corte laminar (LSS) aumentado por el ejercicio aeróbico puede aliviar la gravedad de la aterosclerosis y mejorar la salud vascular.19–22). El envejecimiento de las células endoteliales vasculares (CE) es causado por factores relacionados con patologías vasculares, como el estrés oxidativo (OS) (23,24). Sin embargo, se sabe que el ejercicio aeróbico regula positivamente la expresión de Sirtuins, un NAD+-histona desacetilasa dependiente, para tener un efecto positivo en el mantenimiento de la función vascular y la prevención del envejecimiento de las CE (25,26). Además, dado que el ejercicio de resistencia también se realiza mediante la contracción de las fibras del músculo esquelético, puede ayudar a mantener la masa del músculo esquelético incluso si no aparece la hipertrofia muscular (27).
Sin embargo, el efecto del ejercicio de resistencia sobre la sarcopenia está subestimado en comparación con el del ejercicio de resistencia. La razón es que hasta ahora los estudios se han centrado principalmente en enfoques terapéuticos tras la aparición de la sarcopenia. Además, los estudios epidemiológicos a gran escala son difíciles de controlar para variables que afectan directa o indirectamente el ejercicio de resistencia. En el caso de los estudios clínicos, es difícil obtener diversos fenotipos fisiológicos en los músculos después del ejercicio de resistencia a través de la investigación porque la intervención con ejercicios de resistencia a largo plazo durante toda la vida es prácticamente imposible.
Nuestro estudio anterior demostró indirectamente que el riesgo de muerte prematura se puede reducir manteniendo la homeostasis energética en ratones súper envejecidos sometidos a ejercicio espontáneo (LSE) durante toda la vida (15). Por lo tanto, se esperaba que la aparición de sarcopenia causada por el envejecimiento se retrasaría o que el riesgo de que se produjera sarcopenia durante el envejecimiento se reduciría si se realizaba LSE que imitara el ejercicio de resistencia.
Nuestro objetivo fue investigar la cantidad y calidad del músculo esquelético en ratones superenvejecidos de 25 meses (99 semanas de edad, correspondientes a una edad humana de al menos > 70 años) (28), que corresponde a la vida tardía de ratones que envejecen naturalmente utilizados como modelo de roedor para la sarcopenia (29). En particular, uno de los puntos clave de este estudio fue explicar la densidad capilar (expresión de genes relacionados con la angiogénesis y capacidad angiogénica), que se sabe que está estrechamente relacionada con el ejercicio de resistencia, integrando los resultados de nuestro estudio anterior.
Materiales y métodos
cuidado de animales
Los experimentos se realizaron en las instalaciones de cuidado de animales de la Facultad de Medicina de la Universidad Nacional de Pusan en Yangsan, Gyeongsangnam-do. Se adquirieron ratones hembra C57BL/6 (de 6 semanas de edad a su llegada) de Samtako (Daejeon, República de Corea). Todos los ratones se alojaron en una habitación mantenida a 22–24 °C, con 50–60% de humedad relativa, en un ciclo de 12 h de luz/12 h de oscuridad. Los ratones recibieron una dieta normal (AIN-93G, Dyets, Bethlehem, PA, EE. UU.) y agua dulce. ad libitumque fueron reemplazados diariamente con alimento y agua frescos. Todos los ratones fueron sacrificados después de anestesiarlos profundamente con isoflurano. El método de intervención en este estudio no fue un experimento que causara dolor en ratones. Para el bienestar de los ratones, se les proporcionó alimento y agua potable nuevos al menos dos veces por semana. Además, la ropa de cama se cambiaba al menos una vez por semana para mantener un ambiente confortable. Todos los procedimientos que involucraron animales estuvieron de acuerdo con los estándares éticos del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad Nacional de Pusan (número de aprobación: PNU-2019-2448).
Diseño experimental
El diseño general de este estudio se describió en nuestro estudio anterior (15). Después de comprar ratones C57BL/6 de 6 semanas de edad para el estudio de envejecimiento, la mitad de los ratones fueron criados en jaulas equipadas con una rueda para correr (Amazon, Changnyeong, República de Corea) (Old-EXE, norte = 7) y la mitad restante se criaron en jaulas sin rueda (Old-CON, norte = 7). Para realizar el estudio de envejecimiento, los ratones se mantuvieron hasta los 25 meses de edad (99 semanas de edad). Para comparar con el estudio de envejecimiento, se criaron ratones jóvenes de 6 semanas de edad durante 16 semanas de la misma manera que los ratones utilizados en el estudio de envejecimiento (Young-CON, Young-EXE, cada uno norte = 7). Para excluir los efectos fisiológicos inmediatos en los animales de experimentación, las ruedas espontáneas se retiraron de las jaulas de los grupos Young-EXE y Old-EXE 48 h antes del sacrificio. Al final del estudio de envejecimiento, los ratones jóvenes fueron sacrificados simultáneamente a las 22 semanas de edad (ratones jóvenes = 22 semanas de edad; viejos = 25 meses de edad).
Prueba de aptitud física
Revisamos los resultados de una prueba de aptitud física publicada en nuestro estudio anterior para identificar el nivel de aptitud física que está altamente relacionado con la pérdida y el envejecimiento del músculo esquelético (15). Los datos revisados en este estudio fueron el peso corporal, la prueba de resistencia, la prueba de ejercicio espontáneo habitual, la prueba de rotarod y la prueba de fuerza de agarre. Los protocolos detallados se describen en nuestro artículo de investigación anterior (15).
Colección de vasos sanguíneos y músculo esquelético.
Después de la anestesia con isoflurano, se midieron los pesos corporales de los animales de experimentación en una escala microanalítica Adventurer™ (Ohaus, Parsippany, Nueva Jersey, EE. UU.). Luego, se hizo una incisión en la piel desde la parte inferior del abdomen hasta la región del esternón y se abrió la caja torácica. Se extirpó la aorta completa que se extendía entre 5 y 10 mm por debajo de la bifurcación de la arteria ilíaca, incluidas las arterias carótidas comunes subclavias derecha e izquierda. La aorta extirpada en toda su longitud se cortó en las arterias carótida e ilíaca. Luego se lavó rápidamente la arteria ilíaca (unos segundos) usando una jeringa de insulina de calibre 29 que contenía QIAzol.® Reactivo de lisis (QIAZEN Sciences, Maryland, EE. UU.) y se colocó en un tubo de microcentrífuga. El eluato contenido en el tubo de microcentrífuga corresponde a CE. El tejido de la arteria ilíaca después de lavar la luz correspondía a las células del músculo liso (SMC). La arteria carótida se utilizó para la transferencia Western y el ensayo del anillo aórtico. Después del muestreo de vasos sanguíneos, se recogió el músculo gastrocnemio. Después de pelar secuencialmente la piel y la fascia de las extremidades traseras de los ratones sacrificados, se cortó el tendón de Aquiles con unas tijeras y se separó el músculo gastrocnemio levantándolo con unas pinzas. Se extrajeron los gastrocnemios rojos de los gastrocnemios recolectados y solo se tomaron muestras de los gastrocnemios blancos. Las muestras de músculo se pesaron recientemente en una báscula microanalítica Adventurer™ inmediatamente después de la disección.
transferencia Western
El músculo gastrocnemio, que se sabe que sufre la mayor pérdida debido al envejecimiento entre los músculos esqueléticos, se recogió después del sacrificio de ratones y se almacenó en un congelador a una temperatura de -80°C. El músculo gastrocnemio estaba acostumbrado al gastrocnemio blanco, que tiene una proporción relativamente alta de fibras musculares tipo II en comparación con el gastrocnemio rojo (30). Los músculos gastrocnemios congelados se homogeneizaron con…
