Resumen
La exposición al humo del tabaco de segunda mano se asocia con el desarrollo de diversas enfermedades. El entrenamiento de resistencia ha sido considerado una de las herramientas más útiles para los pacientes con enfermedad pulmonar, mejorando su calidad de vida. Este estudio tuvo como objetivo evaluar el efecto del entrenamiento de resistencia (RT) en la prevención del engrosamiento de la pared del ventrículo derecho de ratas expuestas al humo de cigarrillo pasivo. Treinta y dos ratas Wistar se dividieron en cuatro grupos: Control (C), Fumador (S), Ejercicio (E) y Fumador Ejercicio (ES). Los grupos de fumadores estuvieron expuestos al humo de cuatro cigarrillos durante 30 minutos, dos veces al día, cinco días a la semana, durante 16 semanas. Los grupos ejercitados subieron por una escalera vertical con carga progresiva, una vez al día, cinco días a la semana, durante 16 semanas. Se extirparon el corazón, la tráquea, el pulmón, el hígado y el músculo gastrocnemio para su análisis histopatológico. Enfisema pulmonar (S y ES vs C y E, PAG < 0,0001) y aumento del espesor de la arteria pulmonar (S vs C y E, PAG = 0,003, ES vs DO, PAG = 0,003) se detectaron en los grupos de fumadores. Hubo un aumento en el grosor del ventrículo derecho en el grupo S en comparación con todos los demás grupos (PAG < 0,0001). Se detectó un aumento de macrófagos residentes en el hígado en ambos grupos de fumadores en comparación con el grupo C (PAG = 0,002). Además, se detectó una reducción relevante del diámetro de las fibras musculares sólo en los grupos ES en comparación con los grupos C, S y E (PAG = 0,0002), afectando, al menos en parte, la masa muscular en ratas fumadoras ejercitadas. Por lo tanto, se concluyó que el entrenamiento de resistencia previno el aumento del grosor del ventrículo derecho en ratas expuestas al humo de cigarrillo pasivo, pero puede no ser tan beneficioso para el músculo esquelético de las ratas fumadoras.
1. Introducción
El tabaquismo es una enfermedad prevenible responsable de un gran número de muertes en todo el mundo y aproximadamente 6 millones de muertes por año (1). El consumo de cigarrillos expone a los consumidores a aproximadamente 4720 sustancias nocivas (2), perjudicando la acción y función de varios tejidos (3, 4). Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), el tabaquismo se considera una enfermedad crónica y epidémica y se prevé que causará más de 10 millones de muertes en 2030 (5).
El humo de segunda mano es la combinación de dos humos: el humo principal exhalado por los fumadores más la punta encendida de un cigarrillo (flujo lateral). Su humo contiene muchas sustancias nocivas, cientos de ellas tóxicas, y algunas pueden provocar cáncer (6). La exposición al humo de tabaco de segunda mano está relacionada con el desarrollo de más de 50 enfermedades, entre ellas el enfisema pulmonar y la bronquitis crónica, que componen la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC).7). Los fumadores tienen 14 veces más probabilidades de desarrollar EPOC y el 90% de las muertes causadas por la EPOC ocurren en fumadores o exfumadores (8). Las EPOC son la cuarta causa de muerte en el mundo y se espera que alcancen la tercera posición en 2020 (7). Los costos socioeconómicos del tratamiento de estas y otras enfermedades relacionadas con el tabaquismo son elevados, y es crucial encontrar herramientas capaces de prevenir y/o reducir los efectos nocivos de este hábito.
Los pacientes con EPOC suelen tener hiperinsuflación pulmonar (8). La hiperinflación consiste en una elevación persistente de la presión arterial pulmonar, que puede ser causada por un aumento de la presión en los segmentos venosos y arteriales de la circulación pulmonar, lo que resulta en un aumento del espesor de la arteria pulmonar.9). El aumento del espesor de la arteria pulmonar no es una enfermedad específica sino una condición fisiopatológica. Sin embargo, puede provocar sobrecarga del ventrículo derecho, hipertrofia y dilatación de la pared libre del ventrículo derecho, desarrollando hipertensión arterial pulmonar (10).
Recientemente, el ejercicio en forma de entrenamiento de resistencia (RT) ha sido clasificado como una de las mejores y más útiles opciones para el tratamiento de pacientes con enfermedades pulmonares (11, 12). También es una herramienta eficaz para prevenir la resistencia a la insulina, controlar la hipertensión arterial y pulmonar, además de mejorar la calidad de vida (13). El metabolismo predominante en la RT es anaeróbico, involucrando trifosfato de adenosina y fosfocreatina (ATP-PC) y la vía glucolítica.14). Este tipo de metabolismo asegura una adecuada resistencia muscular asociada a la producción de fuerza y potencia máxima, con pausas de recuperación durante la ejecución, entre las series (15).
Aunque ya se han descrito en la literatura varios beneficios de la RT, no existe consenso sobre su contribución real a la prevención de las alteraciones tisulares provocadas por la exposición al humo del cigarrillo. El presente estudio tuvo como objetivo evaluar el efecto del entrenamiento de resistencia sobre los cambios anatomopatológicos en los ventrículos derecho e izquierdo, tráquea, pulmón, músculo gastrocnemio e hígado de ratas expuestas al humo de segunda mano.
2. Material y métodos
2.1 animales
Treinta y dos ratas Wistar macho, de 45 días de edad, se separaron en jaulas con cuatro animales por jaula y se mantuvieron a temperatura controlada (23 ± 2°C), en una habitación con ciclo de luz/oscuridad (12 h/12 h) (16), con libre acceso al agua. Las jaulas se llenaron con enriquecimiento ambiental y todos los procedimientos se realizaron cuidadosamente para reducir el nivel de estrés y garantizar el bienestar de los animales (17). Todos los días los animales fueron monitoreados observando el comportamiento de ingesta de alimento, y no se notó ninguna alteración durante todos los procedimientos con los animales.
Se ofrecieron a cada rata cuarenta gramos de alimento comercial (Supralab—Alisul, Maringa, PR, Brasil), todos los lunes, miércoles y viernes. El resto del alimento se pesó y se restó de la oferta inicial (40 g) para su seguimiento. Después del período de adaptación, se realizaron entrenamiento de resistencia y exposición al humo del cigarrillo durante 16 semanas.
El aumento de peso se determinó restando el peso inicial del peso final el día de la eutanasia.
Todos los procedimientos cumplieron con los principios éticos de la investigación con animales y fueron aprobados por el Comité de Ética para la Investigación con Animales de la Facultad de Ciencias y Tecnología de la Universidad Estatal de Sao Paulo, Presidente Prudente (# 02/2017).
2.2 Diseño experimental
Los animales se dividieron en cuatro grupos: Control (C/n = 8): sin intervención; Ejercitado (E/n = 8): RT realizado; Fumador (S/n = 8): expuesto al humo de cigarrillos de segunda mano; Fumador ejercitado (ES / n = 8): expuesto al humo de segunda mano y realizado RT.
2.3 Exposición al tabaquismo
Las ratas fumadoras (S y ES) estuvieron expuestas al humo de cigarrillos pasivos durante 16 semanas (18, 19). En la primera semana de adaptación, todos los animales de los grupos S y ES estuvieron expuestos al humo de tabaco pasivo procedente de la combustión de 2 cigarrillos durante 10 minutos al día. Un detector de gas específico (ToxiPro® de Biosystems) colocado dentro de la cámara midió 250 ppm (partes por millón) de CO (monóxido de carbono) durante este período de adaptación a la exposición pasiva, como se describe en la literatura (20). Después de la semana de adaptación, las ratas fumadoras (S y ES) fueron expuestas durante 16 semanas más (18, 21). Durante el protocolo experimental, las ratas fumadoras fueron expuestas al humo de segunda mano procedente de la combustión de 4 cigarrillos durante 30 min de duración, dos veces al día, 5 días a la semana, con 350 ppm de CO/exposición. La dosis de CO referida fue similar a los estudios anteriores, que evitan el riesgo de mortalidad (18–21).
El sistema de inhalación era un sistema hecho a medida compuesto por una caja de vidrio cerrada (100 x 44 x 44 cm), dividida en 2 compartimentos diferentes: un compartimento (A) asignaba los cigarrillos encendidos y el segundo compartimento (B) asignaba una jaula. con 4 ratas expuestas al humo del cigarrillo. Se conectó un ventilador a la pared lateral del compartimento (A) para empujar el humo del cigarrillo encendido al compartimento (B). Se acopló un extractor a la pared lateral del compartimento (B) que extraía el aire a través de la cámara (Higo 1). Se encendieron cuatro cigarrillos y la combustión completa se produjo durante 10 minutos sin ninguna calada en el compartimento (A). Además, las ratas permanecieron 20 minutos en el compartimento (B) inhalando el aire saturado con el humo del cigarrillo encendido en el compartimento (A). Aunque los cigarrillos no estaban preequilibrados con una humedad constante antes de comenzar la exposición, la secuencia de las jaulas expuestas cada día se alternó para garantizar características similares del aire inhalado por todas las ratas fumadoras hasta el final del período de intervención. Cigarrillos comerciales (Malboro Red®Philip Morris International, Brasil) que contenían 10 mg de alquitrán, 0,8 mg de nicotina y 10 mg de monóxido de carbono durante la combustión, como ya se encontró en la literatura (21, 22).
2.4 Entrenamiento de resistencia
Los grupos ejercitados (E y ES) realizaron el protocolo de escalada previamente informado en la literatura por Horberger y Farrar (23), que imita los ejercicios de resistencia progresiva en humanos. Se incluyeron dos fases: adaptación y experimental.
La fase de adaptación comprendió los primeros 4 días de la intervención, en los que los animales se adaptaron al ejercicio de escalada al ser estimulados mediante un estímulo manual en su porción rostral para subir a una jaula presente en lo alto de una escalera, donde pudieron descansar durante 60 segundos. El protocolo se repitió 4 x día.
2.4.1 Prueba de carga máxima soportada (MSL).
El quinto día, las ratas realizaron la prueba de carga máxima soportada para determinar qué carga inicial podía levantar cada animal (24, 25). Se utilizó como carga un guante que contenía arandelas en su interior y se fijó a la cola del animal mediante cinta adhesiva. La carga inicial se fijó en el 75% del peso corporal de cada animal. Después de cada ascenso completo, se añadían 30 gramos de peso. La prueba se interrumpía si el animal realizaba más de ocho repeticiones y si, después de tres estímulos consecutivos, el animal no podía realizar la subida. La carga máxima registrada fue el peso correspondiente a la última subida completa (23–25) (ver Tabla S1).
2.4.2 Fase experimental.
El entrenamiento consistió en cuatro series de ascensos a una escalera, con intervalos de 60 segundos, cinco veces por semana (en días consecutivos), una vez por día. El entrenamiento inició con 50% de 01 MSL por cada animal aumentando la carga a 75%, 90% y 100% de 01 MSL cada 4 semanas, resultando un periodo experimental con 16 semanas de intervención, característico del ejercicio de larga duración (23–25).
2.5 Eutanasia
Se inyectó anestesia con clorhidrato de ketamina (60 mg/kg de peso corporal) intraperitoneal y clorhidrato de xilazina (10 mg/kg de peso corporal) después de 12 h de ayuno, 24 h después de la última sesión de RT y de fumar para la extracción de órganos (hígado, tráquea, pulmón, corazón y músculo esquelético gastrocnemio). La eutanasia se produjo por desangramiento (Higo 2). La longitud nasoanal se midió con una regla y la masa corporal se pesó en una báscula para calcular el índice de Lee (peso1/3/longitud nasoanal).
1 MSL = carga máxima soportada; TR = entrenamiento de resistencia; mín = minutos.
2.6 Análisis histopatológico
Se pesaron en una báscula de precisión el hígado, la tráquea, los pulmones, el corazón y el músculo esquelético gastrocnemio; se calculó el peso relativo (26) (peso del tejido/peso final x10-2), y luego el tejido se almacenó en formalina tamponada al 10%. Se juntaron los pulmones, el corazón y la tráquea. Después de retirar el corazón, se inyectó lentamente formalina tamponada al 10% a través de la tráquea para fijar el parénquima pulmonar. Después de 24 h, se extrajeron fragmentos del pulmón derecho e izquierdo de cada animal. El corazón se seccionó coronalmente al nivel de las aurículas y los ventrículos, y el hígado, la tráquea y el músculo gastrocnemio se seccionaron transversalmente…
