Resumen
Este estudio examinó los efectos de 6 semanas de entrenamiento de resistencia moderado (MD) y de alta intensidad (HD) y entrenamiento de resistencia (RD) en la capacidad de respuesta de vasorelaxación de los vasos de aorta, ilíaca y femoral en ratas diabéticas tipo 1 (D). La vasorelaxación a la acetilcolina se modeló como una función mono-Exponencial. Se determinó un mediador potencial de vasorelaxación, óxido nítrico endotelial sintasa (E-NOS) mediante transferencias occidentales. Las relaciones de lumen-pared del vaso se calcularon a partir de manchas de H&E. El tiempo de vasorelaxación constante (τ) (s) fue menor en control (c) (7.2 ± 3.7) en comparación con D (9.1 ± 4.4) y fue menor en HD (5.4 ± 1.5) en comparación con C, D, RD (8.3 ± 3.7) y MD (8.7 ± 3.8) (P <0.05). La tasa de vasorelaxación (%· s−1) fue mayor en HD (2.7 ± 1.2) en comparación con C (2.0 ± 1.2), D (2.0 ± 1.5), RD (2.0 ± 1.0) y MD (2.0 ± 1.2) (p <0.05). La vasorelaxación τ fue menor en el femoral (6.9 ± 3.7) e ilíaco (6.9 ± 4.7) que la aorta (9.0 ± 5.0) (p <0.05). La tasa de vasorelaxación fue progresivamente mayor desde la femoral (3.1 ± 1.4) hasta el ilíaco (2.0 ± 0.9) y a la aorta (1.3 ± 0.5) (p <0.05). El contenido de E-NOS (% de control positivo) fue mayor en HD (104 ± 90) en comparación con C (71 ± 64), D (85 ± 65), RD (69 ± 43) y MD (76 ± 44) (P <0.05). E-NOS normalizado a la relación lumen-pared (%· mm−1) fue mayor en el femoral (11.7 ± 11.1) en comparación con la aorta (3.2 ± 1.9) (p <0.05). Aunque las respuestas de vasorelaxación fueron específicos de los vasos, el entrenamiento de resistencia de alta intensidad fue la modalidad de ejercicio más efectiva para restaurar la pérdida de respuesta vascular relacionada con la diabetes. Los cambios en la vasorización parecen depender del endotelio como lo demuestra el mayor contenido de E-NOS en HD y el mayor contenido de E-NOS normalizado en los vasos más pequeños.
Introducción
La diabetes mellitus está relacionada con problemas vasculares como la disfunción endotelial (1)–(3) y desarrollo temprano de enfermedad microvascular (4)–(6). La producción de óxido nítrico (NO) por las células endoteliales da como resultado la liberación de este gas vasoactivo en el músculo liso, lo que resulta en la vasorelaxación dependiente del endotelio. Por lo tanto, el endotelio juega un papel clave en el control del tono vascular y la función (7), (8). Sin embargo, la hiperglucemia y la diabetes conducen a una reducción en la producción y actividad de NO (1)que podría afectar la función vascular y, por lo tanto, la provisión de oxígeno y otros nutrientes para los órganos y afectar negativamente la energía celular y la homeostasis (9). Recientemente, hemos demostrado que el ajuste dinámico de la respuesta de vasorelaxación dependiente del endotelio se vio afectada en el diabético tipo 1 en comparación con las ratas control en diferentes vasos en todo el árbol vascular (10) Es importante destacar que esta capacidad de respuesta reducida de los vasos se observó utilizando un modelo en el que las ratas diabéticas se complementaron con insulina exógena para imitar un diabético «mal controlado» (11).
Aunque se han demostrado los efectos positivos del entrenamiento del ejercicio sobre la vasculatura (y más específicamente la vasodilatación dependiente del endotelio) (12)–(17)Actualmente no está claro cuáles son el tipo de ejercicio ideal y la dosis para producir cambios favorables en las poblaciones generales y diabéticas. (16). Por ejemplo, se ha informado que el ejercicio de resistencia de alta intensidad es más beneficioso para prevenir la diabetes tipo II y preservar la función cardiovascular en comparación con el ejercicio de resistencia de baja intensidad (18). Además, es probable que el ejercicio de resistencia de mayor intensidad remodele el sistema vascular en mayor grado que las actividades de menor intensidad (19) conduciendo a adaptaciones endoteliales y vasculares beneficiosas (20). Sin embargo, se ha demostrado que la vasodilatación del antebrazo mediada por acetilcolina (ACH) en respuesta al entrenamiento del ejercicio de resistencia mejora en aquellos que se desempeñan a moderado (50% de la absorción máxima de oxígeno (VO2max)) pero no a bajo (25% VO2max) o alto (75% VO2max) intensidades (13). Además, se ha demostrado que el entrenamiento de resistencia es beneficioso para la remodelación vascular de las arterias de conducto y resistencia (21)–(23) pero no tener efectos positivos en las medidas de cumplimiento arterial (24), (25).
Utilizando modelos animales, los cambios en la capacidad de respuesta vascular a diferentes tipos de intervenciones a menudo se evalúan como diferencias en la vasorelaxación absoluta y porcentual de dosis-respuesta a las sustancias vasoactivas (4), (26)–(28). Sin embargo, los cambios en la capacidad de respuesta vascular ocurren no solo en el dominio de amplitud de la respuesta sino también en su tasa de ajuste. Como tal, recientemente hemos informado cambios en la tasa de ajuste de la respuesta de vasorelaxación a una dosis dada de ACH (10). Usando este análisis, hemos descrito los ajustes en el porcentaje de vasorelaxación (amplitud), así como en el componente dinámico de la respuesta. En esos estudios, también mostramos que la respuesta de vasorelaxación fue específica de los vasos. Por lo tanto, los cambios en la capacidad de respuesta vascular a las intervenciones de entrenamiento del ejercicio deberían considerar tanto el porcentaje como el componente dinámico del ajuste, así como los diferentes tipos de vasos que podrían mostrar respuestas diferentes dependiendo de su ubicación y/o función.
Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue evaluar los efectos del entrenamiento de resistencia de intensidad moderada y alta y alta intensidad en el entrenamiento de resistencia en la capacidad de respuesta de diferentes vasos en todo el árbol vascular (aorta, ilíaco y femoral) en ratas diabéticas tipo 1. Presumimos que: 1) el entrenamiento de resistencia de alta intensidad sería más beneficioso para mejorar la capacidad de respuesta vascular; 2) Los cambios tanto en la amplitud como en el ajuste dinámico de la respuesta serían específicos de los vasos.
Métodos
Declaración de ética
Este estudio fue aprobado por el Consejo de Cuidado de los Animales de la Universidad de Ontario y se realizó de acuerdo con las pautas del Consejo Canadiense sobre el Cuidado de los Animales.
Características de los animales
Se obtuvieron cincuenta ratas Sprague Dawley de 8 semanas masculinas de Charles River Laboratories y se alojaron en pares en jaulas de ratas estándar con un ciclo de luz-oscuridad de 12∶12 horas en un entorno controlado de temperatura (20 ± 1 ° C) y humedad relativa (50%). Se proporcionaron comida y agua ad libitum. Se hicieron todos los esfuerzos para minimizar el sufrimiento.
Protocolo experimental
Las ratas fueron asignadas aleatoriamente a un control sedentario no diabético (c; n = 10), diabética sedentaria (d; n = 10) entrenamiento de resistencia diabética (RD; n = 10) y moderado (MD; n = 10) o de alta intensidad (HD; n = 10) Grupos diabéticos de entrenamiento de resistencia. La diabetes mellitus tipo 1 se indujo dando 20 mg · kg−1 de estreptozotocina (STZ) a través de la inyección intraperitoneal (IP) en 5 días consecutivos. Este enfoque fue seleccionado porque imita el desarrollo de la diabetes tipo I más estrechamente que una sola inyección de dosis de STZ (29). La diabetes se confirmó cuando dos concentraciones de glucosa en sangre superiores a 18 mmol·L−1 se midieron en días consecutivos. Si la diabetes no se confirmó después de cinco inyecciones, los animales recibieron 20 mg de · kg posteriores−1 Inyecciones STZ-IP hasta dos lecturas de 18 mmol·L−1 se obtuvieron. Una vez que se confirmó la diabetes, 1 pellet de insulina (Linshin, Linplant, Linshin Canada Inc., Toronto, ON) se implantó subcutáneamente por encima del abdomen. Las dosis de pellets de insulina se monitorearon y se ajustaron para obtener concentraciones diarias de glucosa en sangre en el rango de 9-15 mmol·L−1 para imitar a los pacientes diabéticos tipo 1 mal controlados que usan una dosis constante de insulina y mitigan la pérdida de peso dramática y el daño órgano significativo en los animales STZ solos (29), (30). Los animales se mantuvieron como controles o ejercicio entrenados durante seis semanas adicionales antes del sacrificio.
Protocolo de entrenamiento sobre ejercicios
Antes del inicio del programa de entrenamiento de ejercicios, las ratas estaban familiarizadas con el equipo de ejercicio en cinco ocasiones para que se sientan cómodos con su entorno, al tiempo que aumentaban su capacidad para realizar el programa de ejercicios. Durante las siguientes cinco semanas, HD ejerció 5 días por semana durante 1 hora por día en una cinta de correr con motor de roedor a una pendiente de 6 grados a una velocidad de 27 m ·−1. MD tenía un régimen similar, pero la velocidad de ejecución se estableció en 15 m · min−1. Estas intensidades de ejercicio se eligieron para representar ∼70-80 y ∼50–60% de VO2max para HD y MD, respectivamente (31). La carrera continua durante las sesiones de ejercicio aeróbico fue alentado por pequeñas explosiones de aire comprimido. Se requirió que las ratas RD subieran una escalera mientras usaban una bolsa ponderada asegurada a la parte proximal de su cola. La escalera tenía 1,1 m de altura con una inclinación de 80 grados y con un espacio de 2 cm entre peldaños. Este protocolo describe un modelo animal de ejercicio de resistencia que se parece mucho a los parámetros de ejercicio y las adaptaciones fisiológicas observadas en humanos que participan en el entrenamiento de resistencia (32). La primera semana de entrenamiento de resistencia sirvió como familiarización y consistió en 10 subidas de escalera con aumentos progresivos de peso hasta el 35% de la masa corporal. Después de cada escalada, a las ratas se les permitió un descanso de 2 minutos en 20 cm3 caja oscura sobre la escalera. Después de la familiarización, las ratas RD se sometieron a entrenamiento de resistencia progresiva de alta intensidad 5 días a la semana durante 5 semanas. El protocolo de entrenamiento de resistencia fue adaptado de Hornerberger y Farrar (32) de la siguiente manera: la capacidad de carga máxima previa al entrenamiento se determinó cargando inicialmente ratas con el 75% de su peso corporal y luego agregó 30 g por subida hasta que no pudieron subir con éxito la escalera. Para las primeras 4 subidas de escalera, las ratas se cargaron con 50%, 75%, 90% y 100% de su capacidad de carga máxima previa al entrenamiento. Posteriormente, las ratas continuaron subiendo al 100% de capacidad de carga máxima hasta el agotamiento (falta de voluntad para escalar a pesar de la estimulación táctil en sus ancas). Cada 3 días, se determinó una nueva capacidad de carga máxima. La carga correspondiente al 100% de la capacidad de carga máxima de la rata fue de 429 ± 57 g al comienzo del programa de entrenamiento de resistencia y 608 ± 129 g al final del programa. Estos valores correspondían a 103 ± 15% y 136 ± 31% de la masa corporal de la rata al comienzo y al final de la intervención de entrenamiento, respectivamente.
Recolección de recipientes
Las ratas se anestesiaron mediante una inyección IP de 65 mg · kg−1 Pentobarbital sodio y fueron sacrificados por escisión del corazón 18 horas después del último episodio de ejercicio. Las arterias aorta, ilíaca y femoral se extirparon rápidamente y se colocaron en tampón Krebs-Henseleit modificado helado (NaCl 118.1 mM, 4,7 mM KCl, CaCl 1,5 mM21.2 mm kh2correos41.2 mm MgSO411.1 mM D-glucosa, NAHCO 25 mM3pH 7.4). Los vasos se limpiaron cuidadosamente de tejido conectivo y adiposo. Una porción de la aorta abdominal, la ilíaca y la arteria femoral se dividieron en anillos de ∼2 mm de largo y, después de la eliminación de los coágulos de sangre luminal, se usaron anillos de vasos para in vitro Mediciones de tensión isométrica.
Análisis de tensión isométrica in vitro
Cada anillo de embarcación se montó en un sistema de bestia de bandeo Microtech de Globaltown (GoBaltown Microtech Inc., Sarasota, FL) y se colocó en baños de órganos de 5 ml que contenían Krebs-Henseleit Buffer (37 ° C) que se aceleró constantemente con 95% O2 y 5% co2. La tensión del anillo inicial se ajustó manualmente a ∼2 g en la aorta, ∼1.5 g en el ilíaco y ∼1.0 g en la arteria femoral. Estos valores fueron los resultados de las pruebas piloto en nuestro laboratorio para determinar las tensiones de referencia óptimas para cada sección del recipiente, como se informó anteriormente (10). Se permitió que los anillos se equilibraran en estas tensiones durante ∼40 minutos. Se añadió tampón fresco (5 ml) a los baños de órganos al final del período de equilibrio. Las contracciones y relajaciones isométricas se midieron continuamente usando PowerLab (ML856 26T; Adinstruments, Colorado Springs, CO). Los datos se registraron utilizando LabChart V7.0 (Adinstrumentos, Colorado Springs, CO) a una velocidad de muestreo de 1000 Hz. Los buques fueron preconstricidos con 10−5 M fenilefrina (PE). Cuando se observó un nivel de constricción en estado estacionario, la vasorelaxación de los vasos a una sola dosis de 10−4 Se midió. Después de estos experimentos, los vasos fueron expuestos …
