Regulation of muscle plasticity and trophism by fatty acids: A short review / Regulação da plasticidade e do trofismo muscular pelos ácidos graxos: uma breve revisão

Summary The skeletal muscle tissue has a remarkable ability to alter its plastic structural and functional properties after a harmful stimulus, regulating the expression of proteins in complex events such as muscle regeneration. In this context, considering that potential therapeutic agents have been widely studied, nutritional strategies have been investigated in order to improve the regenerative capacity of skeletal muscle. There is evidence of the modulatory action of fatty acids, such that oleic and linoleic acids, that are abundant in Western diets, on muscle function and trophism. Thus, fatty acids appear to be potential candidates to promote or impair the recovery of muscle mass and function during regeneration, since they modulate intracellular pathways that regulate myogenesis. This study is the first to describe and discuss the effect of fatty acids on muscle plasticity and trophism, with emphasis on skeletal muscle regeneration and in vitro differentiation of muscle cells.

Resumo O tecido muscular esquelético possui a notável capacidade plástica de alterar suas propriedades estruturais e funcionais após um estímulo lesivo, regulando a expressão de proteínas durante eventos complexos como a regeneração muscular. Nesse contexto, considerando que possíveis agentes terapêuticos vêm sendo amplamente estudados, estratégias nutricionais têm sido investigadas na perspectiva de melhorar a capacidade regenerativa do músculo esquelético. Há evidências da ação modulatória dos ácidos graxos, como os ácidos oleico e linoleico, que são abundantes nas dietas ocidentais, sobre a função muscular e o trofismo. Nesse sentido, os ácidos graxos parecem ser potenciais candidatos para promover ou prejudicar a recuperação da massa e a função muscular durante a regeneração, uma vez que modulam vias intracelulares reguladoras da miogênese. Este trabalho é o primeiro a descrever e discutir o efeito dos ácidos graxos sobre a plasticidade e o trofismo muscular, com ênfase na regeneração do músculo esquelético e na diferenciação de células musculares in vitro.

Efeitos da perda rápida de peso em atletas de combate / Effects of rapid weight loss in combat athletes / Efectos de la perda rápida de peso em atletas de combate

Em esportes de combate, a estratégia de perda rápida de peso é frequentemente utilizada com o propósito de obter vantagens sobre o oponente. Nesse processo, a redução de peso é extremamente acentuada com curta duração, o que pode provocar uma série de desordens fisiológicas, psicológicas e também quanto ao desempenho esportivo. Sendo assim, a presente revisão teve como objetivo compilar os principais achados quanto aos efeitos adversos devido à perda rápida de peso, tendo em vista o embasamento científico aos profissionais envolvidos com atletas de combate. Os estudos demonstram um grande número de atletas que se engajam em programas com tal propósito, repetindo inúmeras vezes ao longo da vida. Entretanto, os potenciais riscos à saúde causados por tal prática usualmente não são levados em consideração. Com base nos estudos apresentados, a perda rápida de peso deve ser avaliada cuidadosamente por educadores físicos, médicos, nutricionistas e demais profissionais da área da saúde, considerando os vários efeitos adversos que essa prática pode resultar. É importante ressaltar que a preservação da integridade e do bem-estar dos atletas envolvidos pode ser fator determinante na decisão de um combate.

In combat sports, the rapid weight loss is a strategy often used for the purpose of gaining an advantage over the opponent. In this process, the weight reduction is extremely sharp in a short period of time, which can cause a variety of physiological or psychological disorders, as well as a decreasing on sports performance. Therefore, this review aims to compile the main findings about the adverse effects due to rapid weight loss, in order to give a scientific base for professionals involved with combat athletes. Several studies have shown a large number of athletes who engage in programs for this purpose, repeating this procedure several times throughout life. However, potential risks to health caused by this practice usually are not taken into account. Based on the studies presented, the rapid weight loss should be carefully evaluated by physical educators, physicians, nutritionists and other health care professionals, considering the various adverse effects that this practice can result. It is important to remember that the preservation of the integrity and welfare of the athletes involved may be a determinant factor to decide a combat.

En los deportes de combate, la estrategia de rápida pérdida de peso es a menudo utilizada para el fin de obtener ventajas sobre su oponente. Lo proceso de reducción de peso es muy fuerte con una corta duración, que puede causar una variedad de trastornos fisiológicos, psicológicos, así como para el desempeño deportivo. Por lo tanto, esta revisión pretende recopilar las principales conclusiones sobre los efectos adversos debido a la pérdida rápida de peso, en vista de la base científica para los profesionales que trabajam com atletas de combate. Varios estudios muestran un gran número de atletas que participan en los programas para ese fin, repitiendo varias veces por toda la vida. Sin embargo, los riesgos potenciales para la salud causados por esta práctica no se suele tener en cuenta. Sobre la base de los estudios presentados, la pérdida rápida de peso debe ser evaluado cuidadosamente por los educadores físicos, médicos, nutricionistas y otros profesionales de la salud, teniendo en cuenta los efectos adversos diferentes que esto puede resultar. Es importante destacar que la preservación de la integridad y el bienestar de los atletas que participan pueden ser un factor determinante en la decisión de un concurso.

Efecto del propóleos chileno sobre el metabolismo de glucosa en ratones diabéticos / Effect of chilean propolis on glucose metabolism in diabetic mice

En el presente estudio se evaluó el efecto del propóleos sobre el metabolismo de la glucosa en ratones C57/BL-6 con diabetes mellitus tipo 2 inducida por dieta alta en grasa. Se midieron los cambios en las concentraciones séricas de lípidos, glucosa e insulina, y el efecto sobre la captación de 2-deoxi-[2,6-3H]-D-glucosa, síntesis de [14C]-glicógeno y descarboxilación de [U-14C]-D-glucosa inducida por insulina en músculo aislado. Los resultados muestran que en ratones diabéticos, el tratamiento con propóleos (150 mg/kg/día) reduce los niveles de insulina e índice HOMA (P<0.05). También disminuyó la obesidad abdominal de estos animales (P<0.05). Por otro lado, no modificó las concentraciones plasmáticas de glucosa, colesterol total y triglicéridos. Se observó también que la captación de 2-deoxi-[2,6-3H]-D-glucosa, síntesis de [14C]-glicógeno y descarboxilación de [U-14C]-D-glucosa inducida por insulina en músculo sóleo de ratones tratados con propóleos fue significativamente superior al grupo control (P<0.05). En resumen, nuestros datos confirman que el propóleos es capaz de modular el metabolismo de glucosa en ratones C57/BL-6 con diabetes mellitus tipo 2 inducida por dieta alta en grasa. Los datos obtenidos constituyen un importante antecedente que avala el posible uso del propóleos como fuente de polifenoles con actividad antidiabetogénica.

In the current study, we investigated the effect of propolis on diabetic mice undergoing propolis treatment (150 mg/kg/day) for a 6 week period. We also evaluated serum lipids, glucose, insulin levels and the effect on glucose uptake of 2-deoxy-D-[2,6-3H] glucose, [14C]-glycogen synthesis and [U-14C]-D-glucose decarboxylation induced by insulin in muscle tissue. Our results show that treatment with propolis (150 mg/kg/day) reduced insulin and HOMA index (P<0.05). Propolis also lowered abdominal obesity (P<0.05). No effects over serum glucose, total cholesterol and triglycerides levels were observed. We also observed that uptake of 2-deoxy-D-[2,6-3H] glucose, [14C]-glycogen synthesis and [U-14C]-D-glucose decarboxylation induced by insulin in soleus muscle of mice treated with propolis were significantly greater than control group (P<0.05). In summary, our data establishes that propolis modulates glucose metabolism. This result constitutes important data indicating that propolis can be used as a polyphenols source with antidiabetogenic activity.

Regulação do metabolismo de glicose e ácido graxo no músculo esquelético durante exercício físico / Regulation of glucose and fatty acid metabolism in skeletal muscle during contraction

O ciclo glicose-ácido graxo explica a preferência do tecido muscular pelos ácidos graxos durante atividade moderada de longa duração. Em contraste, durante o exercício de alta intensidade, há aumento na disponibilidade e na taxa de oxidação de glicose. A produção de espécies reativas de oxigênio (EROs) durante a atividade muscular sugere que o balanço redox intracelular é importante na regulação do metabolismo de lipídios/carboidratos. As EROs diminuem a atividade do ciclo de Krebs e aumentam a atividade da proteína desacopladora mitocondrial. O efeito oposto é esperado durante a atividade moderada. Assim, as questões levantadas nesta revisão são: Por que o músculo esquelético utiliza preferencialmente os lipídios no estado basal e de atividade moderada? Por que o ciclo glicose-ácido graxo falha em exercer seus efeitos durante o exercício intenso? Como o músculo esquelético regula o metabolismo de lipídios e carboidratos em regime envolvendo o ciclo contração-relaxamento.

The glucose-fatty acid cycle explains the preference for fatty acid during moderate and long duration physical exercise. In contrast, there is a high glucose availability and oxidation rate in response to intense physical exercise. The reactive oxygen species (ROS) production during physical exercise suggests that the redox balance is important to regulate of lipids/carbohydrate metabolism. ROS reduces the activity of the Krebs cycle, and increases the activity of mitochondrial uncoupling proteins. The opposite effects happen during moderate physical activity. Thus, some issues is highlighted in the present review: Why does skeletal muscle prefer lipids in the basal and during moderate physical activity? Why does glucose-fatty acid fail to carry out their effects during intense physical exercise? How skeletal muscles regulate the lipids and carbohydrate metabolism during the contraction-relaxation cycle?.

La inactividad física en etapas tempranas del desarrollo disminuye la expresión de Akt en el músculo sóleo de ratas / Akt expression is diminished by physical inactivity in early stages of development in soleus muscle of rats

El Síndrome Metabólico corresponde a una serie de trastornos relacionados con obesidad e inactividad física. Poco se conoce respecto de la falta de ejercicio, en estadios tempranos del desarrollo, en la susceptibilidad a un fenotipo insulinoresistente inducido por una dieta alta en grasas. Akt juega un rol clave en la síntesis de proteínas y el transporte de glucosa en el músculo esquelético y ha mostrado ser regulada por la actividad muscular. El objetivo del presente estudio fue determinar el efecto de la inactividad física temprana sobre el crecimiento muscular y la susceptibilidad de adquirir un fenotipo diabético y evaluar su relación con la expresión de Akt. Cuarenta ratas Wistar fueron distribuidas en 2 grupos (Grupos Control, Std) y Restricción de movimiento (RM). Entre los días postnatal 23 y 70 los animales del grupo RM fueron alojados en pequeñas jaulas que no permitían una actividad motora relevante. A partir del día postnatal 71 y hasta el día 102, 10 ratas de cada grupo fueron alimentadas con una Dieta Alta en Grasas (RM-DAG y Std-DAG). No se observaron diferencias en el peso corporal total pero DAG generó un significativo incremento en la grasa epididimal. RM generó una disminución significativa en el peso de los músculos sóleo. La captación de glucosa estimulada por insulina fue menor en el grupo RM-DAG. Los niveles de proteína Akt fueron menores en los grupos RM. El análisis de PCR a tiempo real mostró que la restricción de movimiento disminuyó los niveles de ARNm de AKT1 en el músculo sóleo, independiente de la dieta administrada. Estos hallazgos sugieren que la inactividad física temprana limita el crecimiento muscular y contribuye en la instauración un fenotipo insulino resistente, lo cual puede ser en parte explicado por una desregulación en la expresión de Akt.

Metabolic Syndrome is a group of conditions related to obesity and physical inactivity. Little is known about the role of physical inactivity, in early stages of development, in the susceptibility to insulin resistant phenotype induced by high fat diet. Akt plays a key role in protein synthesis and glucose transport in skeletal muscle and has been regulated by muscle activity. The objective of present study was to determine the effect of early physical inactivity on muscle growth and susceptibility to acquire a diabetic phenotype and to assess its relationship with Akt expression. Forty Wistar male rats were distributed in two groups (standard group, Std) and movement restriction (RM). Between days 23 and 70 after birth, RM group was kept in small cages that did not allow them to perform relevant motor activity. From day 71 to 102 after birth, 10 rats of each group were fed with hyperlipidic diet (groups Std-DAG and RM-DAG). No differences were observed in total body weight although DAG increased epididymal fat pad weight. RM decreased significantly the soleus weight. Insulin-mediated glucose uptake was lower in RM-DAG group. Akt protein levels were lower in RM groups. Real time RT-PCR analysis showed that movement restriction decreased mRNA levels of AKT1 in soleus muscle, regardless of supplied diet. These findings suggest that early physical inactivity limits muscle's growth and contributes to instauration of insulin resistant phenotype, which can be partly explained by dysregulation of Akt expression.

Pode a atividade física materna modular a programação fetal induzida pela nutrição? / Can maternal physical activity modulate the nutrition-induced fetal programming?

Existe considerável evidência para a indução de diferentes fenótipos em reposta às variações no ambiente fetal e neonatal. O aporte inadequado de nutrientes no período crítico do desenvolvimento está associado ao risco alto de doenças metabólicas na vida adulta, este fenômeno biológico é chamado de programação. A atividade física durante a gestação resulta em adaptações fisiológicas da mãe e no aumento da disponibilidade de nutrientes e oxigênio no espaço feto-placentário. Este trabalho tem como objetivo discutir os mecanismos da indução de programação fetal pela nutrição e o provável efeito modulador da atividade física durante a gestação. Foram utilizadas as bases de dados do Medline Pubmed, Lilacs e Bireme, com publicações entre 1990 até 2008. Os termos de indexação utilizados foram: nutrition, fetal programming, gestation, physical activity, physical exercise, metabolism. Em conclusão, o aporte inadequado de nutrientes programa o aparecimento de doenças metabólicas na vida adulta, enquanto que a atividade física durante a gestação aumenta a disponibilidade de nutrientes e oxigênio, repercutindo positivamente no crescimento fetal e no peso ao nascer.

There is considerable evidence for the induction of different phenotypes by variations in fetal and neonatal environment. Undernutrition during this critical development period is associated with risk of metabolic disease in adult life; this biological phenomenon is termed programming. Physical activity during gestation results in maternal physiological adaptations and increased oxygen and nutrients in the fetoplacental compartment. The main goal of this work is to discuss the mechanisms of fetal programming induced by nutrition and the probable modulating effect of physical activity during gestation. Papers published between 1990 and 2008 listed in the Medline Pubmed, Lilacs and Bireme databases were used. The search keywords were: nutrition, fetal programming, gestation, physical activity, physical exercise, and metabolism. In conclusion, undernutrition can program the onset of metabolic diseases in adult life, while physical activity during gestation increases the availability of nutrients and oxygen for the fetus, thereby positively impacting fetal growth and birth weight.

Regulação metabólica e produção de espécies reativas de oxigênio durante a contração muscular: efeito do glicogênio na manutenção do estado redox intracelular / Metabolic regulation and production of oxygen reactive species during muscule contraction: effect of glycogen on intracellular redox state

O exercício físico prolongado reduz os estoques de glicogênio muscular. Nessas condições, os processos de fadiga muscular são estimulados coincidindo com um aumento na produção de espécies reativas de oxigênio. A suplementação de carboidratos ou de antioxidantes isoladamente contribui para a melhora da performance muscular, sugerindo um efeito importante da depleção de substrato (glicose) e do aumento da produção de EROs no desenvolvimento da fadiga muscular durante a atividade física. Embora o mecanismo seja desconhecido, estamos propondo neste estudo que uma maior disponibilidade de glicogênio poderia favorecer uma maior atividade da via das pentoses fosfato, aumentando a disponibilidade de NADPH e GSH no tecido muscular esquelético. Uma maior capacidade antioxidante aumentaria a capacidade do tecido muscular em atividade, mantendo o equilíbrio redox durante atividade física prolongada e melhorando o desempenho. Neste processo, o ciclo glicose-ácido graxo pode ser importante aumentando a oxidação de lipídio e reduzindo o consumo de glicogênio durante a atividade prolongada. Além disso, um aumento na produção de EROs pode reduzir a atividade de enzimas importantes do metabolismo celular incluindo a aconitase e a a-cetoglutarato desidrogenase, comprometendo a produção de energia oxidativa, via predominante na produção de ATP durante a atividade muscular prolongada.

Fatigue is closely related to the depletion of glycogen in the skeletal muscle during prolonged exercise. Under this condition, the production of oxygen reactive species (ROS) is substantially increased. It has been shown that dietary supplementation of carbohydrate or antioxidant attenuates muscle fatigue during contraction. This suggests that glycogen availability and/or elevated ROS production plays an important role on muscle fatigue development during prolonged muscle activity. Although the mechanism is still unknown, we propose that elevated muscle glycogen availability may lead to a high activity of hexose monophosphate pathway, increasing the NADPH and glutathione concentration in the skeletal muscle tissue. Elevated antioxidant capacity would increase the muscle redox balance during muscle contraction, improving performance. In this process, the glucose-fatty acid cycle may be important to increase lipid oxidation and consequently decrease glycogen utilization during prolonged activity. In addition, an elevated ROS production could reduce the activity of key metabolic enzymes including aconitase and a-ketoglutarate dehydrogenase, decreasing the oxidative energy production in the skeletal muscle during prolonged activity.

Efeito dos ácidos graxos no desacoplamento mitocondrial e na produção de óxido nítrico durante a contração muscular – uma hipótese / Effect of fatty acids on mitochondrial uncoupling and nitric oxide production during muscle contraction – a hypothesis

Em exercícios físicos de intensidade moderada, a transição do metabolismo de predominantemente anaeróbio para predominantemente aeróbio nos músculos em atividade é um passo chave para melhorar o desempenho. O aumento no aporte de oxigênio e nutrientes, tais como ácidos graxos livres (AGL) e glicose, que acompanha o maior fluxo sangüíneo, é requerido para que esta transição ocorra. Os mecanismos envolvidos na dilatação dos vasos nos músculos esqueléticos durante o exercício físico não são completamente conhecidos. Propomos, neste artigo, a participação dos AGL neste processo. A presença das proteínas desacopladoras-2 e -3 (UCP-2 e -3) no músculo esquelético, cuja função é regulada por AGL, abre a possibilidade de que esses metabólitos podem atuar como desacopladores mitocondriais neste tecido. O aumento na atividade lipolítica no tecido adiposo durante o exercício físico resulta em aumento na concentração plasmática de AGL. Estes poderiam, então, atuar nas proteínas desacopladoras mitocondriais nos músculos em atividade, aumentando a produção de calor local. Propomos que este efeito calorigênico é importante para a ativação da óxido nítrico sintase, resultando em aumento na produção de óxido nítrico que é um vasodilatador potente. Desta forma, os AGL seriam mediadores importantes para a adaptação do metabolismo muscular durante o exercício físico prolongado, garantindo o aporte de oxigênio e nutrientes por aumento do fluxo sangüíneo para os músculos em contração.

In moderate physical exercise, the transition from predominantly anaerobic toward predominantly aerobic metabolism is a key step to improve performance. Increase in the supply of oxygen and nutrients, such as free fatty acids (FFA) and glucose, which accompanies high blood flow, is required for this transition. The mechanisms involved in the vasodilation in skeletal muscle during physical exercise are not completely known yet. In this article, we postulate that FFA participate in this process. The presence of uncoupling protein-2 and -3 (UCP- 2 and -3) in skeletal muscle, whose function is regulated by FFA, suggests that these metabolites may act as mitochondrial uncouplers in this tissue. The increase in the lipolytic activity in adipose tissue during physical exercise leads to increased plasma FFA levels. The FFA can then act on the UCPs in contracting muscles, increasing the local heat production. We propose that this calorigenic effect of FFA is important for nitric oxide synthase activation, resulting in nitric oxide production that is a potent vasodilator. Therefore, FFA would be important mediators for adaptation of muscle metabolism during prolonged physical exercise, ensuring the appropriate supply of oxygen and nutrients by increasing blood flow in contracting skeletal muscle.

Uma etapa limitante para a oxidação de ácidos graxos durante o exercício aeróbio: o ciclo de Krebs / A limiting step for fatty acids oxidation during aerobic exercise: the krebs cycle

Os ácidos graxos (AG) representam uma fonte importante de energia durante exercícios de intensidade leve, moderada e, principalmente, naqueles de duração prolongada. A utilização dos AG pelos músculos esqueléticos depende de passos importantes como a mobilização, transporte via corrente sangüínea, passagem pelas membranas plasmática e mitocondrial, -oxidação e, finalmente, a oxidação no ciclo de Krebs (CK) e atividade da cadeia respiratória. O treinamento ao exercício aeróbio induz a adaptações que possibilitam maior aproveitamento dos AG como fonte de energia, ao mesmo tempo que o glicogênio muscular é preservado. Propomos a idéia de que o CK é uma etapa limitante para a utilização de AG pelo músculo esquelético. No tecido muscular, este ciclo apresenta perda contínua de carbonos com a formação de glutamina e citrato. Desta maneira, um passo chave para a manutenção do fluxo de metabólitos pelo CK é a formação de oxalacetato a partir do piruvato pela piruvato carboxilase. Quando o glicogênio muscular está depletado, o que ocorre após período prolongado de esforço físico, forma-se pouco piruvato. Assim, o aumento no suplemento de AG para o músculo esquelético pelo uso de drogas lipolíticas ou dietas não resulta necessariamente em aumento na oxidação de AG e produção de ATP.

Fatty acids (FA) represent an important source of energy during exercises of light and moderate intensity, and mainly in those of a prolonged duration. The utilization of FA by skeletal muscles depends on important steps such as mobilization, transport through bloodstream, passage through plasma and mitochondrial membranes, -oxidation, and finally oxidation in the Krebs’ cycle (KC) and respiratory chain activity. Aerobic exercise training induces adaptations which make possible a higher improvement of FA as a source of energy, while muscle glycogen is preserved. The authors postulate that the KC is a limiting step for the utilization of FA by the skeletal muscle. In the muscular tissue, this cycle presents continuous loss of carbons by generation of glutamine and citrate. Thus, oxalacetate formation from pyruvate through pyruvate carboxylase is a key step to keep the flux of metabolites through the KC. Pyruvate formation is low when muscle glycogen is depleted, which occurs after a prolonged period of physical strain. Therefore, the increased supply of FA for skeletal muscles by the use of lipolytic drugs and diets does not necessarily result in the increase of fatty oxidation and ATP production.

Uma fonte adicional de ácidos graxos para o músculo esquelético: os leucócitos / An additional source of fatty acids to skeletal muscle: the leukocytes

No exercício físico, há aumento na demanda energéticapela musculatura esquelética.Para suprir esta demanda, dois substratos säo importantes: a glicose e os ácidos graxos(AG).