Resumen
Los inhibidores de HMG-CoA reductasa (estatinas) son los medios farmacológicos más efectivos para reducir el riesgo de enfermedad cardiovascular. El efecto secundario más común del uso de estatinas es la miopatía del músculo esquelético, que puede ser exacerbado por el ejercicio. La hipercolesterolemia y el estado de entrenamiento son factores que rara vez se consideran en la progresión de la miopatía. El propósito de este estudio fue determinar la medida en que el ejercicio agudo y crónico puede influir en la miopatía inducida por estatinas en hipercolesterolémico (APOE-/-) ratones. Los ratones recibieron inyecciones diarias de solución salina o simvastatina (20 mg/kg), mientras que: 1) restante sedentaria (SED), 2) participar en ejercicio diario durante dos semanas (novedoso, noviembre) o 3) participar en ejercicio diario durante dos semanas después de un breve período de entrenamiento (acostumbrado, ACCT) (2×3 diseño, n = 60). Se evaluaron el colesterol, la actividad, la fuerza y los índices de daño a la miofibra y atrofia. La actividad de la rueda en ejecución disminuyó en ambos grupos de ejercicios que recibieron estatinas (estatina x interacción de tiempo, p <0.05). El colesterol, la fuerza de agarre y la fuerza isométrica máxima fueron significativamente menores en todos los grupos después del tratamiento con estatinas (efecto principal de estatinas, P <0.05). El contenido mitocondrial y el tamaño de la miofibra aumentaron y 4-HNE disminuyeron por el ejercicio (Estatina X Interacción de ejercicio, P <0.05), y estos efectos beneficiosos fueron anulados por el tratamiento con estatinas. El ejercicio (ACCT y Nov) aumentó el ARNm de atrogina-1 en combinación con el tratamiento con estatinas, pero no se observó un mayor daño de fibra o atrofia. Los resultados de este estudio sugieren que el ejercicio (nov, ACCT) no exacerba la miopatía inducida por estatinas en Apoe-/- Los ratones, pero el tratamiento con estatinas reduce la actividad de una manera que evita que el músculo monte una respuesta adaptativa beneficiosa al entrenamiento.
Introducción
Los inhibidores de HMG-CoA reductasa (estatinas) reducen la síntesis de mevalonato, un importante compuesto intermediario necesario para la producción de colesterol. Las estatinas son los medios farmacológicos más efectivos para disminuir la hipercolesterolemia y reducir el riesgo de enfermedad cardiovascular (ECV). Se consideran una clase segura de medicamentos, sin embargo, conllevan un riesgo significativamente elevado de miopatía del músculo esquelético, que van desde la fatiga y la debilidad hasta la rabdomiólisis, una condición potencialmente fatal. Se estima que la miopatía ocurre en el 10% de todos los usuarios de estatinas (1, 2, 3, 4). Los resultados recientes de las estatinas sobre el ensayo clínico de la función y el rendimiento del músculo esquelético (STOMP) sugieren que no hay impacto de la atorvastatina a largo plazo (6 meses) en la fuerza o la capacidad muscular, sin embargo, la elevación significativa de la creatina quinasa sérica (CK) y la mialgia ((5, 6).
La base biológica para la miopatía inducida por estatinas no se entiende bien, pero in vitro y in vivo Los estudios sugieren que varios factores pueden contribuir, incluida la apoptosis (7, 8, 9, 10), isoprenoides y ubiquinona reducidos (Coenzyme Q10Coq10) síntesis (11, 9, 12, 13, 14), y/o aumento de la disfunción mitocondrial (15, 16, 8, 12, 13, 17, 18). In vitro y in vivo Los estudios demuestran que la simvastatina puede inhibir el complejo I (8, 17) y complejo III (13) de la cadena de transporte de electrones mitocondriales, que no solo interfiere con la producción de energía, sino que también da como resultado la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) que resultan en daño celular. ROS puede aumentar la transcripción nuclear del factor de transcripción de la caja de la caja de la bifurcación (FOXO) (19) y posteriormente regule al alza la expresión del gen atrogin-1 (20), un componente esencial de la vía de proteasoma de ubiquitina (UPP) y el regulador de la degradación de la proteína muscular (21). Las estatinas pueden mejorar la expresión del gen atrogin-1 en roedores y el músculo esquelético humano, de una manera que puede depender de la desfosforilación de Foxo (22, 23). Por lo tanto, la disfunción mitocondrial y la producción de ROS y la posterior activación de la UPP a través de una vía de señalización mediada por FOXO pueden proporcionar el estímulo para la degradación de la proteína miofibrilar, la debilidad muscular y/o la mialgia observada con la inhibición de la reductasa HMG-CoA.
La actividad física puede aumentar el riesgo de miopatía muscular inducida por estatinas y se estima que la prevalencia de la miopatía es tan alta como el 25% en las personas que realizan ejercicio de rutina mientras usan medicación de estatinas (2, 24, 25). Thompson et al. demostró que la lovastatina puede elevar la CK de suero después de un solo episodio de ejercicio excéntrico en comparación con el tratamiento de lovastatina solo (26). En los roedores, el ejercicio de la cinta de correr puede aumentar la gravedad del daño muscular predominante de fibra tipo II y la degeneración mitocondrial asociada con la cerivastatina (27). Genes asociados con fosforilación oxidativa (28) y upp (29) se alteran significativamente en el músculo esquelético humano como resultado de la administración de estatinas en combinación con ejercicio excéntrico. Por lo tanto, el compromiso en el ejercicio simultáneo con el tratamiento con estatinas parece exacerbar la miopatía, y la disfunción mitocondrial es probablemente responsable.
Los episodios repetidos de ejercicio de resistencia pueden estimular la biogénesis mitocondrial y mejorar la capacidad respiratoria de una manera que depende del coactivador gamma-1 alfa (PGC-1α) (PGC-1α) (PGC-1α) (PGC-1α) (PGC-1α) (PGC-1α) (PGC-1α)30, 31). La expansión mitocondrial proporciona un medio para neutralizar el estrés oxidativo excesivo (32). Además, PGC-1α puede suprimir la actividad de FOXO3 y la expresión de los genes diana de Foxo (33). Juntos, estos estudios sugieren el potencial de entrenamiento ejercicio para proteger contra la miopatía inducida por estatinas. Aunque hay alguna evidencia que sugiere que el entrenamiento previo al tratamiento con estatinas puede preservar la función mitocondrial y la fuerza muscular en roedores (16, 34), El impacto de la administración de estatinas repetidas en el mantenimiento del contenido mitocondrial y la producción de ROS, así como el ARNm de Atrogin-1 y el daño muscular no se ha evaluado. Además, el estado de hipercolesterolemia generalmente no se tiene en cuenta en la mayoría de los estudios de roedores publicados, un factor que puede influir en la susceptibilidad a la miopatía independiente del uso de estatinas (35).
Mikus et al. (36) evaluaron recientemente el impacto de las estatinas en las adaptaciones beneficiosas asociadas con 12 semanas de entrenamiento aeróbico supervisado en sujetos obesos en riesgo de enfermedad metabólica, incluido el consumo máximo de oxígeno (VO2 Peak) y actividad de citrato sintasa, un marcador proxy para el contenido mitocondrial. Mientras que se observaron mejoras significativas en los sujetos de control, no se demostraron cambios beneficiosos en el grupo de simvastatina-plus-ejercicio al final del estudio. Desafortunadamente, no se informó la medida en que no se informó la intensidad durante el estudio, lo que se refiere a los informes anteriores de actividad física espontánea reducida con el tratamiento con estatinas (6). Se justifica más información sobre el impacto del tratamiento con estatinas en las adaptaciones mediadas por el entrenamiento, especialmente dada la recomendación actual para el ejercicio en el tratamiento de las personas en riesgo de ECV (episodios frecuentes y prolongados de entrenamiento de resistencia de intensidad leve a moderada).
El propósito de este estudio fue determinar la influencia del ejercicio en la miopatía inducida por estatinas en un modelo de hipercolesterolemia de ratones (APOE-/-). Presumimos que el inicio del entrenamiento del ejercicio (ejercicio novedoso) al inicio de la administración de estatinas exacerbaría la miopatía inducida por la estatina, mientras que el entrenamiento ejercicio iniciado antes de la administración de estatinas protegería contra la miopatía inducida por estatinas, en ApoE-/- ratones.
Métodos
Descripción general del estudio
Los protocolos para el uso de animales fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Para probar los efectos de la simvastatina sobre la miopatía muscular, 60 ratones con deficiencia de apolipoproteína masculina de ocho semanas (Apoe (Apoe-/-) (Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME) fueron asignados al azar a seis grupos. Además, se realizaron experimentos idénticos en 60 ratones C57BL/6J machos de 60 semanas de edad (Laboratorio Jackson) para fines de comparación. Los ratones se asignaron por primera vez a uno de los tres grupos: sedentaria (inyección de estatinas o solución salina en combinación con condiciones sedentarias; grupo sedentario), ejercicio novedoso voluntario (inyección de estatinas o solución salina en combinación con ejercicio durante dos semanas; grupo novedoso) o ejercicio acostumbrado voluntario (inyección de estatinas u salina en combinación con dos semanas después de dos semanas de ejercicio de ejercicio; grupo alcustado). El ejercicio se administró mediante el uso de una rueda para correr. Los ratones fueron inyectados con simvastatina (20 mg/kg/día) o una solución salina de volumen equivalente. Los 12 grupos (6 ApoE-/- y 6 wt) se describen en Tabla 1.
Ejercicio de rueda corriendo
Los ratones fueron monitoreados durante un período de 28 días, alojado en jaulas separadas, alimentados con una dieta estándar de chow y proporcionaron agua ad libitumy se mantuvo en un ciclo de luz/oscuridad de 12/12 horas. Los ratones asignados al grupo de ejercicios acostumbrado recibieron acceso a una rueda de carrera de 11.5 cm (mini-monitero, bend, Oregon) en su jaula el primer día, mientras que los ratones de ejercicio novedosos no se les dio una rueda para correr hasta el día 15. Los niveles de actividad se registraron hasta el 28 deth día. La distancia se monitoreó utilizando interruptores de láminas magnéticas (Mini Mitter) y una computadora de bicicleta (Sigma). La actividad se registró cada 24 horas en el momento en que se administró medicamentos.
Inyecciones de estatinas
Comenzando el día 15 y continuando hasta el día 28, cada mouse recibió una inyección intraperitoneal de solución salina o estatina cada 24 horas. La mayoría de los ratones funcionan durante el ciclo oscuro, por lo que se administraron inyecciones hacia el inicio del ciclo de luz para minimizar cualquier efecto directo de las inyecciones (34). Simvastatin/Zocor (Cat # 4893, Medical Istopes Inc.) se administró a una dosis de 20 mg/kg/día de una solución de 0.25 mg/ml en solución salina estéril con una aguja de insulina estéril (37). Teniendo en cuenta las diferencias de especies alométricas, esta dosis se traduce en una dosis equivalente humana de 1.6 mg/kg/día de acuerdo con las pautas proporcionadas por el Centro de Evaluación e Investigación de Drogas de la FDA 2005. Esta dosis se eligió debido a la investigación piloto realizada por este grupo, que demostró que 1 mg/kg y 10 mg/kg de dosis de simvastatina eran demasiado pequeñas para mostrar cualquier cambio considerable en la fuerza muscular en solo 2 semanas.
Prueba de resistencia al agarre
Tres días antes del inicio del ejercicio de la rueda de carrera para el grupo acostumbrado (día -2), todos los ratones tenían su resistencia a la agarre de LIMB probada usando un medidor de fuerza (Columbus Instruments, Columbus, OH). Los ratones fueron retenidos al agarre horizontal y luego fueron tirados constantemente hacia atrás hasta que no pudieron aguantar más. Esto se repitió 3 veces por ratón para cada agarre, y se registró la medición de fuerza más alta. Este procedimiento se repitió 2 días antes del inicio del ejercicio (día -1), y el número más alto de ambos días se registró como su fuerza máxima. Esta prueba se administró luego a todos los ratones los días 13, 20 y 27 del estudio.
Medición de la fuerza isométrica
Las pruebas de fuerza isométrica de plantar posterior hindúr se realizaron en todos los ratones en el 29th Día del estudio, aproximadamente 24 horas después de la inyección final. Los ratones fueron anestesiados con ketamina y xilazina, luego el nervio ciático izquierdo se disecó a través del muslo. Los electrodos se unieron al nervio y se estimularon a 250 Hz durante 1.5s para provocar una contracción de plantar plantar de fuerza máxima. La resistencia se midió usando una placa unida a un servomotor (305C-LR; Aurora Scientific). La extremidad se estimuló 10 veces con un intervalo de tiempo de 5S entre cada estimulación para evaluar la fatigabilidad. Como medida de fatiga, la décima contracción se comparó con la contracción máxima y se expresó como un porcentaje de fuerza máxima.
