Physical exercise after immobilization of skeletal muscle of adult and aged rats / Exercício físico após imobilização de músculo esquelético de ratos adultos e idosos / Ejercicio físico después de la inmovilización del músculo esquelético de ratas adultas y mayores

ABSTRACT Introduction: Immobilization is a treatment technique often used to reduce pain and prevent worsening of the injury. However, it promotes harmful effects on musculoskeletal tissue, resulting in a marked loss of muscle function, which may be aggravated in the elderly. Physical exercise is an important intervention to mitigate these harmful effects. Objective: To analyze possible morphometric changes in the gastrocnemius muscle of rats after immobilization and remobilization with physical exercise. Methods: Fifty-six rats were divided into adult (A) and aged (E) groups and subdivided into adult and aged control (AC and EC), immobilized (AI and EI), free remobilized (AIF and EIF), and remobilized through physical exercise (AIE and EIE). The hind limbs were immobilized with the gastrocnemius muscle in a shortened position for a period of seven days, except for the control group. The exercise protocol consisted of five swimming sessions, once per day (25 minutes/session). The animals were euthanized by administration of an overdose of ketamine hydrochloride plus xylazine hydrochloride, followed by sample collection and preparation of hematoxylin and eosin slides. Measurements of the smallest diameter of 120 muscle fibers of each animal were taken with software NIS-Elements D3.0 - SP7 - Nikon® instruments Inc., NY, USA. Results: There was a significant reduction in the mean fiber diameter in the AI (38.43 µm ± 4.20; p=0.01) and AIF (36.97 µm ± 3.41; p<0.01) groups compared to AC (45.39 µm ± 3.41) and in the EI (42.26 µm ± 4.39; p<0.01), EIF (36.00 µm ± 4.15; p<0.01), and EIE (41.86 µm ± 4.95; p<0.01) groups compared to the EC (51.37 µm ± 3.86) group. The data showed that exercise was able to restore muscle trophism in the adult groups; however, none of the protocols has succeeded in aged rats. Conclusion: Immobilization in the shortened position induced muscle atrophy and physical exercise was effective in restoring muscular trophism only in adult animals. Level of Evidence I; Therapeutic studies - Investigating the Results of Treatment.

RESUMO Introdução: A imobilização é uma técnica de tratamento utilizada frequentemente para redução de dor e prevenção do agravamento da lesão. Entretanto, promove efeitos nocivos no tecido músculo-esquelético, resultando em perda acentuada de função muscular, que pode ser agravada em idosos. O exercício físico constitui intervenção importante para atenuar esses efeitos nocivos. Objetivo: Analisar possíveis alterações morfométricas no músculo gastrocnêmio de ratos após imobilização e remobilização com exercício físico. Métodos: Cinquenta e seis ratos divididos em grupo adulto (A) e grupo idoso (E) e subdivididos em controles adultos e idosos (AC e EC), imobilizado (AI e EI), remobilizado livre (AIF e EIF) e remobilizado por meio de exercício físico (AIE e EIE). Os membros traseiros foram imobilizados com o músculo gastrocnêmio em posição de encurtamento por um período de sete dias, exceto no grupo controle. O protocolo de exercícios foi composto por cinco sessões de natação uma vez por dia (25 minutos/sessão). Os animais foram submetidos à eutanásia por administração de cloridrato de cetamina em dose elevada e cloridrato de xilazina, seguida da coleta da amostra e preparação das lâminas com hematoxilina e eosina. Foram feitas as medidas do menor diâmetro de 120 fibras musculares de cada animal com o software NIS-Elements D3.0 - SP7 - Nikon® instruments Inc.®, NY, EUA. Resultados: Houve redução significante na média do diâmetro das fibras nos grupos AI (38,43 µm ± 4,20; p = 0,01) e AIF (36,97 µm ± 3,41; p < 0,01) com relação ao grupo AC (45,39 µm ± 3,41) e dos grupos EI (42,26 µm ± 4,39; p < 0,01), EIF (36,00 µm ± 4,15; p<0,01) e EIE (41,86 µm ± 4,95; p < 0,01) com relação ao grupo EC (51,37 µm ± 3,86). Os dados mostraram que o exercício foi capaz de restaurar o trofismo muscular nos grupos adultos; entretanto, nenhum dos protocolos teve sucesso nos ratos idosos. Conclusão: A imobilização em posição de encurtamento induziu à atrofia muscular e o exercício físico foi eficaz para restabelecer o trofismo muscular apenas nos animais adultos. Nível de Evidência I; Estudos terapêuticos - Investigação dos resultados do tratamento.

RESUMEN Introducción: La inmovilización es una técnica de tratamiento utilizada frecuentemente para reducir el dolor y prevenir el agravamiento de la lesión. Sin embargo, promueve efectos nocivos en el tejido músculo-esquelético, resultando en una pérdida acentuada de función muscular y puede agravarse en ancianos. El ejercicio físico constituye una intervención importante para atenuar estos efectos nocivos. . Objetivo: Analizar posibles cambios morfométricos en el músculo gastrocnemio de ratas después de la inmovilización y removilización con ejercicio físico. Métodos: Cincuenta y seis ratas divididas en grupo adulto (A) y mayores (E) y subdividas en controles adultos y mayores (AC y EC), inmovilizado (AI y EI), removilizado libre (AIF y EIF) y removilizados con ejercicio físico (AIE y EIE). Las extremidades traseras de los animales fueron inmovilizados con el músculo gastrocnemio en posición de acortamiento por un período de siete días, excepto en el grupo control. El protocolo de ejercicios se compuso de cinco sesiones de natación una vez el día (25 minutos/sesión). Los animales fueron sometidos a la eutanasia por administración de clorhidrato de ketamina en dosis elevada y clorhidrato de xilazina, seguida de la recolección de la muestra y preparación de las láminas con hematoxilina y eosina. Se realizaron las medidas del menor diámetro de 120 fibras musculares en cada animal con el programa NIS-Elements D3.0 - SP7 - Nikon® Instruments Inc. ® , NY, EE.UU. Resultados: Hubo una reducción significativa en la media del diámetro de las fibras en los grupos AI (38,43 µm ± 4,20; p = 0,01) y AIF (36,97 µm ± 3,41; p < 0,01) en comparación con el grupo AC (45,39 µm ± 3,41) y de los grupos EI (42,26 µm ± 4,39; p < 0,01), EIF (36,00 µm ± 4,15; p < 0,01) y EIE (41,86 µm ± 4,95; p < 0,01) con relación al grupo EC (51,37 µm ± 3,86). Los datos mostraron que el ejercicio fue capaz de restaurar el trofismo muscular en los grupos adultos; sin embargo, ninguno de los protocolos tuvo éxito en las ratas mayores. Conclusión: La inmovilización en posición de acortamiento indujo a la atrofia muscular y el ejercicio físico fue eficaz para restablecer el trofismo sólo en los animales adultos. Nivel de Evidencia I; Estudios Terapéuticos - Investigación de los resultados del Tratamento.

Análise termogravimétrica da cartilagem articular de ratos exercitados após imobilização / Thermogravimetric analysis of articular cartilage of exercised rats after immobilization / Análisis termogravimétrico del cartílago articular de ratones ejercitados después de inmovilización

INTRODUÇÃO: A imobilização articular é uma técnica de tratamento frequentemente utilizada na ortopedia e, associada ao processo de senescência, promove alterações tanto na estrutura quanto na síntese e biomecânica do tecido cartilaginoso. OBJETIVO: Descrever os efeitos da imobilização, da remobilização livre e por meio de exercício físico sobre a cartilagem articular de ratos situados em duas faixas etárias. MÉTODOS: Trinta e nove ratos Wistar divididos em dois grupos etários, um grupo adulto (cinco meses de idade) e um idoso (15 meses de idade), subdivididos em: controle, imobilizado, remobilizado livre e remobilizado por meio de exercício físico. Os membros posteriores dos ratos foram imobilizados por sete dias. O protocolo de exercícios foi composto por cinco sessões diárias de natação, de 25 minutos cada. A cartilagem articular do quadril foi submetida à análise termogravimétrica, tendo sido avaliado seu conteúdo de água. RESULTADOS: Nos animais adultos a imobilização reduziu a quantidade de água presente no tecido cartilaginoso, e os protocolos de remobilização foram eficazes para restabelecer a condição inicial do tecido. Nos animais idosos não houve diferença significativa entre os grupos, porém o grupo idoso controle obteve resultado significantemente menor que o grupo adulto controle (X: 13,10 ± 5,24 vs 10,70 ± 1,95). CONCLUSÕES: A imobilização e o processo de senescência induzem a diminuição do conteúdo de água da cartilagem articular e os protocolos de remobilização foram eficientes para restabelecer esta propriedade apenas nos animais adultos. .

INTRODUCTION: Joint immobilization is a technique often used in orthopedic treatment and, associated with the aging process, promotes changes in both the structure and synthesis and biomechanics of cartilage tissue. OBJECTIVE: To describe the effects of immobilization, free remobilization and remobilization by physical exercise over articular cartilage of rats of two age groups. METHODS: Thirty nine Wistar rats divided into two groups according to age, an adult group (five months old) and an elderly group (15 months old), and subdivided into: control, immobilized, free remobilized and remobilized by physical exercise. The pelvic limb of rats was immobilized for seven days. The exercise protocol consisted of 25 minutes swimming sessions, five sessions per day. The hip articular cartilage was subjected to thermogravimetric analysis, and the water content was evaluated. RESULTS: In adult animals immobilization reduced the water content of the articular cartilage, and the remobilization protocols were effective to restore the initial condition of the tissue. In elderly animals there were not significant differences among the groups, however the elderly control group obtained results significantly lower than the adult control group (X: 13.10 ± 5.24 vs 10.70 ± 1.95). CONCLUSIONS: Immobilization and the senescence process induce the decrease of water content of articular cartilage and remobilization protocols were effective to restoring this property only in adult animals. .

INTRODUCCIÓN: La inmovilización articular es una técnica de tratamiento frecuentemente utilizada en ortopedia y asociada al proceso de senescencia, que promueve alteraciones tanto en la estructura como en la síntesis y la biomecánica del tejido cartilaginoso. OBJETIVO: Describir los efectos de la inmovilización, de la removilización libre y mediante el ejercicio físico sobre el cartílago articular de ratones de dos grupos de edad. MÉTODOS: Treinta y nueve ratones Wistar divididos en dos grupos de edad, un grupo adulto (cinco meses) y un grupo anciano (15 meses), y subdividos en control, inmovilizado, removilizado libre y removilizado a través de ejercicio físico. Los miembros posteriores de los ratones fueron inmovilizados durante un período de siete días. El protocolo de ejercicios fue compuesto por cinco sesiones diarias de natación, de 25 minutos cada una. El cartílago articular de la cadera fue sometido a análisis termogravimétrico, siendo evaluado su contenido de agua. RESULTADOS: En los animales adultos la inmovilización redujo la cantidad de agua presente en el tejido cartilaginoso, y los protocolos de removilización fueron eficaces para restablecer la condición inicial del tejido. En los animales ancianos no hubo diferencia significativa entre los grupos, aunque el grupo anciano control obtuvo resultado significativamente menor que el grupo adulto control (X: 13,10 ± 5,24 vs 10,70 ± 1,95). CONCLUSIONES: La inmovilización y el proceso de senescencia inducen la disminución en el contenido de agua de cartílago articular y los protocolos de removilización fueron eficientes para restablecer esta propiedad sólo en los animales adultos. .

Efeito do treinamento concorrente nas fibras musculares de ratos Wistar / Efecto del entrenamiento concurrente en fibras musculares de las ratas Wistar / Concurrent training effect on muscle fibers in Wistar rats

The aim of the present study was to determine the modeling of muscle fibers in rats submitted to different exercise protocols. Fifty-five Wistar rats were submitted divided into four different groups: Control group (CG; N=16); endurance training group (ETG; N=13), strength training group (STG; N=13) and concurrent training group (CTG; N=13). The intensity of endurance training was determined by the critical workload. Statistical analysis involved the Kruskal-Wallis test for multiple comparisons, followed by Dunn's post test (p<0.05). All animals submitted to training exhibited an increase in the cross-sectional area of the muscle fibers. The largest increase (p>0.05) occurred in the STG and CTG at both four (mean:2952,95 ± 878,39 mean:2988,84 ± 822,58) and eight weeks respectively (mean:3020,26 ± 800.91; mean:3104,91 ± 817,87). The findings demonstrate similar results obtained with strength training and concurrent training, with a greater increase in muscle fiber area in both groups in comparison to the control group and group submitted to endurance training.

O objetivo deste estudo foi observar a modelação das fibras musculares de ratos submetidos a diferentes protocolos de treinamento físico. Foram utilizados 55 animais da raça Wistar, dos quais foram submetidos a quatro diferentes tratamentos, sendo estes: o grupo controle (CTLE), treinamento aeróbio (TAE), treinamento de força (TAN) e treinamento concorrente (TCc). A intensidade do treinamento aeróbio foi determinada pela carga crítica de trabalho. Utilizou-se o teste de Kruscal-Wallis para comparações múltiplas, com pós-teste de Dunn, adotou-se o valor de significância de 5% (p=0,05). Observou-se que os grupos de animais treinados mostraram aumento na área de secção transversa (AST) das fibras musculares. Não foi verificada diferença significante (p>0,05) entre os grupos TAN e TCc, tanto em quatro (média:2952,95 ± 878,39 média:2988,84 ± 822,58) como após oito semanas (média:3020,26 ± 800,91; média:3104,91 ± 817,87). Os protocolos de TAN e TCc não se diferenciaram entre si e demonstraram aumento da AST quando comparados aos demais grupos de animais.

Nota el modelado de las fibras musculares en ratas sometidas a diferentes protocolos del entrenamiento físico. Se utilizaron 55 ratas Wistar, que fueron sometidas a cuatro tratamientos diferentes: grupo de control (CTLE), entrenamiento aeróbico (TAE), entrenamiento de fuerza (TF) y la entrenamiento concurrente (TC). La intensidad de entrenamiento aeróbico se determinó por el carga crítica del trabajo. Se utilizó la prueba Kruscal-Wallis para comparaciones múltiples con Dunn del postest, se adoptó el nivel del significancia en 5% (p=0,05). Se observó que lós grupos de animales entrenados mostraron una mayor área de sección transversal (AST) en las fibras musculares. No hubo diferencia significativa (p>0,05) entre el TF y TC, tanto en cuatro (media:2952,95 ± 878,39; media:2988,84 ± 822,58) y después de ocho semanas (media:3020,26 ± 800,91; media:3104,91 ± 817,87). Se concluyó que los protocolos de TF y TC no difirieron. Además, demostraron aumento del AST en comparación con los otros grupos de animales.

Propriedades mecânicas do músculo de ratos adultos e idosos, exercitado pós-imobilização / Muscle mechanical properties of adult and older rats submitted to exercise after immobilization

OBJETIVOS: Descrever os efeitos da imobilização, da remobilização livre e por meio de exercício físico sobre as propriedades mecânicas do músculo esquelético de ratos de duas faixas etárias. MÉTODOS: 56 ratos Wistar divididos em dois grupos etários, um grupo adulto (cinco meses) e um idoso (15 meses). Estes foram subdivididos em: controle, imobilizado, remobilizado livre e remobilizado por meio de exercício físico. Os membros posteriores dos ratos foram imobilizados por período de sete dias. O protocolo de exercícios foi composto por cinco sessões de natação, uma vez por dia e 25 minutos por sessão. O músculo gastrocnêmio foi submetido a ensaios de tração, sendo avaliadas as propriedades: carga (CLM), alongamento no limite máximo (ALM) e rigidez. RESULTADOS: A imobilização reduziu os valores de CLM e os protocolos de remobilização não foram suficientes para restabelecer aos níveis controle tanto nos animais adultos como nos idosos. O ALM apresentou diferença somente no grupo idoso. CONCLUSÕES: A imobilização reduz a capacidade do músculo de suportar cargas e protocolo de exercício físico apresenta uma tendência a restabelecer os valores ao padrão controle, tanto nos animais adultos como nos idosos. O fator idade interferiu somente no ALM gerando redução desta propriedade no período pós-imobilização. Nível de Evidência II, Investigação dos Resultados do Tratamento.

OBJECTIVES: To describe the effects of immobilization, free remobilization and remobilization by physical exercise about mechanical properties of skeletal muscle rats of two age groups. METHODS: 56 Wistar rats divided into two groups according to age, an adult group (five months) and an older group (15 months). These groups were subdivided in: control, immobilized, free remobilized and remobilized by physical exercise. The pelvic limb of rats was immobilized for seven days. The exercise protocol consisted by five swimming sessions, once per day and 25 minutes per session. The gastrocnemius muscle was subjected to tensile tests, and evaluated the properties: load at the maximum limit, stretching at the maximum limit and stiffness. RESULTS: The immobilization reduced the values of load at the maximum limit and the remobilization protocols were not sufficient to restore control levels in adult group and older rats. The stretching at the maximum limit differs only in the older group. CONCLUSIONS: The immobilization reduces the muscle's ability to bear loads and exercise protocol tends to restore the default at control values in adult and older rats. The age factor only interfered in the stretching at the maximum limit, inducing a reduction this property in the post-immobilization. Level of Evidence II, Investigating the Results of Treatment.

Efeitos do exercício aeróbio no músculo esquelético de ratos expostos à fumaça de cigarro / Effects of aerobic exercise on the skeletal muscle of rats exposed to cigarette smoke

INTRODUÇÃO: Os fumantes sofrem redução da massa muscular e da resistência à fadiga e possivelmente a prática de atividade física contribua positivamente neste quadro. OBJETIVO: Este estudo teve por objetivo analisar as adaptações da musculatura esquelética frente à interação da prática de atividade física e exposição à fumaça de cigarro. MÉTODOS: 32 ratos machos foram divididos em grupos expostos à fumaça de cigarro, exercitados (G1) e sedentários (G3), e não expostos à fumaça, exercitados (G2) e sedentários (G4). A exposição à fumaça foi realizada mediante combustão de 10 cigarros em uma câmara de inalação durante 30 minutos, duas vezes ao dia, cinco dias por semana, durante 15 dias; o exercício aeróbio foi composto por sessões diárias de 60 minutos de caminhada em esteira, cinco dias por semana. Após o sacrifício, o músculo sóleo foi coletado e seus cortes foram corados pela técnica de HE e submetidos ao método histoquímico NADH-TR. RESULTADOS: O grupo G1 apresentou maior quantidade de alterações musculares, bem como ausência de atividade enzimática, o mesmo ocorrendo no G3, porém com menor intensidade; no G2 foi observado padrão normal para fibras exercitadas, estando as fibras do G4 preservadas. Quanto à morfometria, houve diferença significante para o fator exercício (p = 0,007), enquanto não foram observadas diferenças significantes para o fator exposição à fumaça (p = 0,668) e para a interação exposição à fumaça e exercício (p = 0,077). CONCLUSÃO: A interação entre inalação de fumaça de cigarro e exercício, realizada durante 15 dias em ratos machos Wistar adultos, acentuou as alterações histológicas do músculo sóleo, levando a uma alteração da atividade enzimática e acarretando em aumento do diâmetro das fibras musculares.

INTRODUCTION: Smokers have a reduction in the muscle mass and in the fatigue resistance and, possibly, physical activity practice contributes positively to this state. OBJECTIVE: This study had as objective to analyze the adaptations of the skeletal musculature to the interaction between physical activity practice and cigarette smoke exposure. METHODS: 32 male rats were divided in groups exposed to the cigarette smoke, exercised (G1) and sedentary (G3), and not exposed to cigarette smoke, exercised (G2) and sedentary (G4). The exposured to the smoke was done by the combustion of 10 cigarettes in an inhalation camera during 30 minutes, twice a day, five days per week, during 15 days; the aerobic exercise consisted of daily walking sessions of 60 minutes on treadmill, once a day, five days per week. After sacrifice, soleus muscle was obtained and its cuts were stained by HE technique and submitted to the hystochemical method of NADH-TR. RESULTS: Group G1 presented more muscle alterations, and also lack of enzymatic activity, the same occurring in G3, but with less intensity; G2 presented normal pattern to exercised fibers, being the fibers of G4 preserved. Regarding the morphometry, there was significant difference for the exercise factor (p = 0.007), while no significant differences were observed for the smoke exposure factor (p = 0.668) and for the interaction of exposure to smoke and exercise (p = 0.077). CONCLUSION: The interaction between cigarette smoke exposure and physical activity during 15 days in male wistar adult rats, accentuated the histological changes in the soleus muscle, causing an alteration in the enzymatic activity and increase in the fiber diameter.

Influência do tabagismo passivo associado ao exercício físico realizado por ratas durante prenhez e lactação, sobre o desenvolvimento dos filhotes / Influence of passive smoking associated with exercise performed by rats during pregnancy and lactation on their offspring growth

OBJETIVOS: o objetivo deste estudo foi avaliar mortalidade, peso e comprimento corporal, e o músculo gastrocnêmio dos filhotes de ratas prenhes submetidas ao programa de natação associado ao tabagismo passivo. MÉTODOS: vinte e quatro ratas foram divididas em quatro grupos: GF (exposto à fumaça de cigarro), GC (Controle), GFN (submetido ao programa de natação e exposto à fumaça de cigarro) e GN (submetido ao programa de natação). A mortalidade e a aferição do peso e comprimento dos filhotes foram realizadas em quatro momentos. O músculo gastrocnêmio dos filhotes foi obtido para avaliação do desenvolvimento muscular. RESULTADOS: a média do nascimento de filhotes foi menor para os grupos GF (10,2) e GFN (10,3) e maior para o GN (12,8). No nascimento, somente o GFN apresentou medidas de peso (p=0,016) e comprimento (p=0,02) significantemente inferiores ao Controle, já na lactação foram os grupos expostos à fumaça de cigarro. O grupo GFN apresentou retardo no desenvolvimento muscular em relação ao GC (p=0,03). CONCLUSÃO: O tabagismo passivo durante a prenhez e lactação exerceu influência negativa sobre o número, peso e comprimento corporal dos filhotes do nascimento ao desmame e sobre o desenvolvimento muscular; o programa de natação influenciou positivamente tais variáveis no momento do nascimento, entretanto, não possibilitou os mesmos benefícios durante a lactação; e a associação destes influenciou negativamente tais medidas.

PURPOSE: the purpose of this study was to evaluate mortality, weight and body length, and the gastrocnemius muscle of the offspring of pregnant rats submitted to a swimming program associated with second-hand smoke. METHODS: twenty-four rats were divided into four groups: GF (exposed to cigarette smoke), GC (control), GFN (submitted to the swimming program and exposed to cigarette smoke), and GN (submitted to the swimming program). The mortality, weight and length of the offspring were measured at four time points. The gastrocnemius muscle of the pups was obtained for evaluation of muscle development. RESULTS: the average number of offspring was lower for GF (10.2) and GFN (10.3) and higher for GN (12.8). At birth, only GFN showed significantly lower weight (p=0.016) and length (p=0.02), whereas during lactation the groups exposed to cigarette smoke showed significantly lower weight. GFN had delayed muscle development compared to GC (p=0.03). CONCLUSIONS: Passive smoking during pregnancy and lactation negatively influenced number, weight and body length of offspring from birth to weaning and muscle development, and the swimming program positively influenced these variables at birth, although it did not provide the same benefits during lactation; and their association negatively affected these measures.