Aerobic Exercise Increases the Damage to the Femoral Properties of Growing Rats with Protein-Based Malnutrition

Abstract The present study investigated the effects of aerobic physical training on the femoral morphological, densitometric and biomechanical properties in growing male rats subjected to protein-based malnutrition. Four-week-old male Wistar rats were randomized into groups of 10 animals: Control Sedentary (CS), Control Trained (CT), Malnourished Sedentary (MS) and Malnourished Trained (MT). Control and malnourished animals received diets with 12% protein and 6% protein, respectively. The trained groups were submitted to a treadmill running program for 8 weeks. Total proteins and albumin were analyzed in the animals' blood plasma. Histological, densitometric and biomechanical analyzes were performed on the animals' femur. Body mass gain, physical performance, biochemical markers and the femoral morphological, densitometric and biomechanical properties were determined. Exercise tolerance increased in trained groups. Malnourished animals exhibited lower serum protein and albumin levels than controls. Porosity and trabecular bone density were not different between groups. The femoral maximum load, maximum load until fracture, resilience, stiffness, tenacity and densitometric properties were reduced by malnutrition. Physical training associated with malnutrition exacerbated the impairment in the femoral maximum load, maximum load until fracture, bone mineral content and density. Aerobic physical training worsens the damages induced by protein-based malnutrition in the femoral biomechanical and densitometric properties of growing male rats.

Swimming training potentiates the recovery of femoral neck strength in young diabetic rats under insulin therapy

OBJECTIVE: To test whether swimming training benefits femoral neck strength in young diabetic rats under insulin therapy. METHODS: A total of 60 male Wistar rats (age: 40 days) were divided equally into the following six groups: control sedentary, control exercise, diabetic sedentary, diabetic exercise, diabetic sedentary plus insulin and diabetic exercise plus insulin. Diabetes was induced with a unique intraperitoneal injection (60 mg/kg body weight) of streptozotocin. Seven days after the injection and after 12 hours of fasting, the animals with blood glucose levels ≥300 mg/dL were considered diabetic. Seven days after the induction of diabetes, the animals in the exercise groups were subjected to progressive swimming training (final week: 90 min/day; 5 days/week; 5% load) for eight weeks. The animals in the insulin groups received a daily dose of insulin (2-4 U/day) for the same period. RESULTS: Severe streptozotocin-induced diabetes reduced the structural properties of the femoral neck (trabecular bone volume, trabecular thickness and collagen fiber content). The femoral neck mechanical properties (maximum load and tenacity) were also impaired in the diabetic rats. Insulin therapy partially reversed the damage induced by diabetes on the structural properties of the bone and mitigated the reductions in the mechanical properties of the bone. The combination of therapies further increased the femoral neck trabecular bone volume (∼30%), trabecular thickness (∼24%), collagen type I (∼19%) and type III (∼13%) fiber contents, maximum load (∼25%) and tenacity (∼14%). CONCLUSIONS: Eight weeks of swimming training potentiates the recovery of femoral neck strength in young rats with severe streptozotocin-induced diabetes under insulin therapy.

Endothelial Dysfunction and Inflammation Precedes Elevations in Blood Pressure Induced by a High-Fat Diet / Disfunção Endotelial e Inflamação Precedem a Elevação da Pressão Arterial Induzida por Dieta Hiperlipídica

Abstract Background: Obesity leads to a chronic inflammatory state, endothelial dysfunction and hypertension. Objective: To establish the time-course of events regarding inflammatory markers, endothelial dysfunction, systolic blood pressure (SBP) in obesity in only one experimental model. Methods: We fed male Wistar rats (eight-week age) with a standard diet (Control - CT, n = 35), or palatable high-fat diet (HFD, n = 35) for 24 weeks. Every six weeks, 7 animals from each group were randomly selected for euthanasia. SBP and serum levels of interleukin-6, tumor necrosis factor-α, C-reactive protein, adiponectin and nitric oxide were determined. Endothelial and vascular smooth muscle functions were determined in dissected aorta and lipid peroxidation was measured. Statistical significance was set at p < 0.05. Results: Levels of pro-inflammatory cytokines began to increase after six weeks of a high-fat diet, while those of the anti-inflammatory cytokine adiponectin decreased. Interestingly, the endothelial function and serum nitric oxide began to decrease after six weeks in HFD group. The SBP and lipid peroxidation began to increase at 12 weeks in HFD group. In addition, we showed that total visceral fat mass was negatively correlated with endothelial function and positively correlated with SBP. Conclusion: Our results show the time-course of deleterious effects and their correlation with obesity.

Resumo Fundamento: A obesidade leva a um estado de inflamação crônica, disfunção endotelial e hipertensão. Objetivo: Estabelecer a sequência de eventos relacionados a marcadores inflamatórios, disfunção endotelial e pressão arterial sistólica (PAS) na obesidade em um modelo experimental. Métodos: Ratos Wistar machos (8 semanas de idade) receberam dieta padrão (Controle - CT, n = 35) ou uma dieta palatável hiperlipídica (DHL, n = 35) por 24 semanas. A cada seis semanas, 7 animais de cada grupo foram aleatoriamente selecionados para eutanásia. Foram determinados a PAS, e níveis séricos de interleucina-6, fator de necrose tumoral-a, proteína C reativa, adiponectina e óxido nítrico. As funções do músculo liso endotelial e vascular foram determinadas na aorta dissecada, e medida a peroxidação lipídica. A significância estatística foi estabelecida em p < 0,05. Resultados: os níveis das citocinas pró-inflamatórias começaram a aumentar após seis semanas de dieta hiperlipídica, enquanto os níveis da citocina anti-inflamatória adiponectina diminuíram. Um resultado interessante foi a redução da função endotelial e do óxido nítrico após seis semanas no grupo DHL. Além disso, mostramos que a massa de tecido adiposo visceral total esteve negativamente correlacionada com função endotelial e positivamente correlacionada com a PAS. Conclusão: Nossos resultados demonstram a progressão temporal dos efeitos deletérios e sua correlação com a obesidade.

Resveratrol Treatment Normalizes the Endothelial Function and Blood Pressure in Ovariectomized Rats / Tratamento com Resveratrol Normaliza a Função Endotelial e a Pressão Arterial em Ratas Ovariectomizadas

Abstract Background: Despite knowing that resveratrol has effects on blood vessels, blood pressure and that phytostrogens can also improve the endothelium-dependent relaxation/vasodilation, there are no reports of reveratrol's direct effect on the endothelial function and blood pressure of animals with estrogen deficit (mimicking post-menopausal increased blood pressure). Objective: To verify the effect of two different periods of preventive treatment with resveratrol on blood pressure and endothelial function in ovariectomized young adult rats. Methods: 3-month old female Wistar rats were used and distributed in 6 groups: intact groups with 60 or 90 days, ovariectomized groups with 60 or 90 days, and ovariectomized treated with resveratrol (10 mg/kg of body weight per day) for 60 or 90 days. The number of days in each group corresponds to the duration of the experimental period. Vascular reactivity study was performed in abdominal aortic rings, systolic blood pressure was measured and serum nitric oxide (NO) concentration was quantified. Results: Ovariectomy induced blood pressure increase 60 and 90 days after surgery, whereas the endothelial function decreased only 90 days after surgery, with no difference in NO concentration among the groups. Only longer treatment (90 days) with resveratrol was able to improve the endothelial function and normalize blood pressure. Conclusion: Our results suggest that 90 days of treatment with resveratrol is able to improve the endothelial function and decrease blood pressure in ovariectomized rats.

Resumo Fundamentos: Apesar de se saber que o resveratrol apresenta efeitos sobre a pressão arterial e os vasos sanguíneos, e que os fitoestrógenos podem melhorar o relaxamento/vasodilatação dependente do endotélio, não há relatos do efeito direto do resveratrol sobre a pressão arterial e a função endotelial em animais com deficiência de estrógeno (mimetizando a pressão arterial aumentada pós-menopausa). Objetivo: Verificar o efeito de dois diferentes períodos de tratamento preventivo com resveratrol sobre a pressão arterial e a função endotelial em ratas adultas jovens ovariectomizadas. Métodos: Foram utilizadas ratas Wistar com 3 meses de idade, distribuídas em 6 grupos: grupos intactas com 60 ou 90 dias, grupos ovariectomizadas com 60 ou 90 dias, grupos ovariectomizadas e tratadas com resveratrol na dose de 10mg/kg de massa corporal por dia, durante 60 ou 90 dias, sendo o número de dias em cada grupo relativo à duração do período experimental. Foi realizado um estudo de reatividade vascular em anéis da aorta abdominal, mensurada a pressão arterial sistólica e quantificada a concentração sérica de óxido nítrico (NO). Resultados: A ovariectomia induziu aumento da pressão arterial 60 e 90 dias após a cirurgia, enquanto a função endotelial decaiu apenas após 90 dias, e não houve diferença na concentração de NO entre os grupos. Apenas o tratamento prolongado com resveratrol (90 dias) foi capaz de melhorar a função endotelial e normalizar a pressão arterial. Conclusão: Nossos resultados sugerem que o tratamento por 90 dias com resveratrol é capaz de melhorar a função endotelial e diminuir a pressão sanguínea em ratas ovariectomizadas.

Efeitos do treinamento em natação sobre propriedades mecânicas e estruturais do fêmur de ratas ovariectomizadas / Effects of swimming training on femoral mechanical and structural properties in ovariectomized female rats

Investigamos os efeitos do treinamento em natação (TN) sobre propriedades mecânicas e estruturais do fêmur de ratas ovariectomizadas. Ratas Wistar com peso corporal (PC) de 271,42 ± 17,6 g e 20 semanas de idade foram submetidas à ovariectomia (OVX) ou laparotomia (SHAM) e alocadas em grupos: natação OVX (NO, n=12), controle OVX (CO, n=12), natação SHAM (NS, n=12) e controle SHAM (CS, n=12). Quinze dias pós-cirurgia NO e NS foram submetidos ao TN (60 min/dia, 5 dias/semana, sobrecarga progressiva até 3% do PC) por 10 semanas. Análises da atividade de fosfatase alcalina óssea demonstraram ser menores para os animais OVX comparados com os SHAM (23,91 ± 11,64 pg/mL vs. 57,29 ± 16,24 pg/mL, respectivamente) não foram alteradas pelo TN. As ratas SHAM apresentaram mais osso trabecular no colo do fêmur que as OVX (255,50 ± 38,27 vs 288,75 ± 39,63 pontos, respectivamente). As ratas exercitadas exibiram mais osso trabecular que as controles (292,00 ± 33,54 vs 251,54 ± 38,99 pontos, respectivamente) nesta região e no trocanter maior (281,50 ± 34,42 vs 237,23 ± 53,03 pontos; respectivamente). A densidade mineral óssea e a massa de osso cortical do terço médio do fêmur não foram alteradas pela OVX ou TN. A força máxima e a tenacidade do terço médio e do colo do fêmur não foram afetadas pela OVX ou TN. Concluiu-se que o treinamento em natação aplicado beneficiou a massa óssea na região proximal do fêmur de ratas, independentemente da ovariectomia, o que não refletiu em melhora das propriedades mecânicas, seja no colo ou na diáfise do fêmur.

We investigated the effects of swimming training (ST) on femoral mechanical and structural properties in ovariectomized female rats. Female Wistar rats [age = 20 weeks; body weight (BW) = 271,42 ± 17,6 g] were subjected to ovariectomy (OVX) or laparotomy (SHAM) and allocated to one of the following groups: swimming OVX (SO, n=12), control OVX (CO, n=12), swimming SHAM (SS, n=12) and control SHAM (CS, n=12). Fifteen days after surgery SO and SS groups were subjected to a ST (60 min/day, 5 days/week, overload of 3% of BW) for 10 weeks. Alkalin phosfatase was reduced in OVX as compared to SHAM (18,87 pg/mL vs. 53,93 pg/mL, respectively), but not altered by ST. Animals SHAM showed more cancellous bone than OVX (255,50 ± 38,27 vs 288,75 ± 39,63 points, respectively). Exercised animals exhibited more cancellous bone than controls (292,00 ± 33,54 vs 251,54 ± 38,99 points, respectively) in this region and in the grater trochanter (281,50 ± 34,42 vs 237,23 ± 53,03 points; respectively). Bone mineral density and cortical bone in the femur midshaft were not altered either by OVX or ST. The maximum force and thoughness of the femoral neck and midshaft were not affected either by OVX or ST. It was concluded that ST benefits cancellous bone mass in the femoral proximal region (i.e. femoral neck and greater trochanter), independently of ovariectomy, which did not reflect in improved mechanical properties either in the femoral neck or midshaft.

Efeitos da suplementação com creatina e cafeína sobre a força de fratura óssea em ratos submetidos a exercício de saltos verticais / Effects of creatine and caffeine supplementation on the bone breaking force in rats subjected to vertical jumping exercise

Este estudo investigou se a suplementação com creatina e cafeína, isoladamente ou combinadas, interfere na força de fratura óssea em ratos jovens exercitados. Os ratos foram divididos aleatoriamente em oito grupos: sedentários placebo, exercitado placebo, sedentário creatina, exercitado creatina, sedentário cafeína, exercitado cafeína, sedentário creatina + cafeína e treinado creatina + cafeína. Os grupos suplementados receberam creatina (carga: 0,430g/kg de peso corporal, por sete dias; e manutenção: 0,143g/kg, por 35 dias), cafeína (10mg/100g de peso corporal, por 35 dias) ou creatina+cafeína. Os grupos exercitados executaram saltos verticais na água (4x10 saltos com 1 minuto de intervalo entre séries, 5 dias/sem) por seis semanas. A ingestão de cafeína reduziu a espessura, o peso e a força de fratura do fêmur dos ratos, independentemente do exercício. A cafeína e a creatina+cafeína aumentaram a excreção urinária de cálcio. O exercício de saltos elevou a força de fratura, independentemente da suplementação, mas não alterou o peso e as dimensões do fêmur dos animais.

This study investigated whether supplementation with high doses of creatine and caffeine, alone or in combination, affects the bone breaking force of exercised rats. Rats were randomly divided into 8 groups: Sedentary or Exercised (placebo, creatine, caffeine or creatine plus caffeine). The supplemented groups received creatine (load: 0.430 g/kg body weight, for 7 days; and maintenance: 0.143 g/kg for 35 days), caffeine (10 mg/100g body weight, for 35 days) or creatine plus caffeine. The exercised groups underwent a vertical jump training in water (4 sets of 10 jumps interspersed with 1 min resting intervals, 5 days/wk), for 6 weeks. Caffeine ingestion reduced the femur´s width, weight and breaking force, independently of exercise. Caffeine and creatine plus caffeine increased the urinary calcium excretion. Jumping exercise increased the bone breaking force independently of supplementation; nevertheless it did not change the weight and dimensions of the femur of the animals.

Treinamento em natação com baixa intensidade não protege músculo esquelético contra lesões induzidas por exercício exaustivo em ratos / Low-intensity swimming training does not protect the skeletal muscle

Enquanto o exercício aeróbico regular promove adaptações benéficas ao músculo esquelético, o exercício físico exaustivo induz lesões musculares. O objetivo deste estudo foi verificar se um programa de natação com baixa intensidade é capaz de proteger músculos esqueléticos contra lesões induzidas por exercício exaustivo. Ratos Wistar (peso: 376,50 ± 4,36g; idade: 90 dias) foram divididos aleatoriamente em quatro grupos: controle sedentário (CS); sedentário submetido a teste de exaustão (SE); treinado em natação (TN); treinado em natação submetido a teste de exaustão (TNE). Animais dos grupos TN e TNE foram submetidos a um programa de natação sem sobrecarga por 90 minutos/dia, cinco dias/semana, durante 17 semanas. Após este período, os grupos SE e TNE foram submetidos a um teste de exaustão em natação. Após eutanásia, fragmentos dos músculos sóleo e reto femoral foram coletados e submetidos à análise histológica e de proteínas de choque térmico (HSP70). Os resultados mostraram que o tempo até a exaustão foi maior no grupo TNE que no SE (125,0 ± 6,0 vs. 90,0 ± 8,5min, respectivamente, P < 0,05). Os níveis de lactato sanguíneo durante o teste e exaustão foram menores no grupo TNE que no SE (5,31 ± 0,22 vs. 8,76 ± 0,59mmol/L, respectivamente, P < 0,05). A frequência de fibras lesadas nos músculos foi maior nos grupos SE (sóleo: 34,86 ± 0,04; reto femoral: 37,57 ± 0,07) e TNE (sóleo: 41,57 ± 0,08; reto femoral: 39,57 ± 0,05), comparada aos grupos CS (sóleo: 13,88 ± 0,81; reto femoral: 16,75 ± 0,79) e TN (sóleo: 24,14 ± 0,06; reto femoral: 24,0 ± 0,05), respectivamente (P < 0,05). Não houve diferença significativa nos níveis de HSP70 dos músculos analisados entre os quatro grupos. Concluimos que apesar do treinamento em natação melhorar o desempenho dos animais no teste de exaustão, não promoveu proteção aos seus músculos esqueléticos contra as lesões induzidas pelo exercício exaustivo.

While regular aerobic exercise promotes beneficial adaptations to the skeletal muscle, acute exhaustive exercise causes structural damage to the skeletal muscle cells. The aim of this study was to verify whether a low-intensity swimming program protects the skeletal muscles against damage induced by exhaustive exercise. Male Wistar rats (weight: 376.50 4.36g; age: 90 days) were randomly divided into four groups: sedentary control (SC, N=8); sedentary submitted to exhaustive test (SE, N=7); swimming trained (TN, N=7); swimming trained submitted to exhaustive test (TNE, N=7). Animals of TN and TNE groups were submitted to a swimming regimen without overload for 90 min/day, 5 days/wk, during 17 weeks. Forty-eight hours after the last training session, animals from SE and TNE groups were submitted to an exhaustive exercise protocol. At sacrifice, fragments of soleus and rectus femoris muscles were collected and submitted to histological analysis and heat shock protein (HSP70) expression measurement. The results showed that the time until exhaustion was greater in the STE than in SE group (125.0 6.00 vs. 90.0 8.48 min, respectively, P<0.05). The levels of blood lactate during exhaustive exercise were lower in animals from TNE than SE (5.31 ± 0.22 vs. 876 ± 0.59 mmol/L, respectively, P<0.05)The frequency of damaged fibers in the muscles was greater in SE (soleus: 34.86±0.04; rectus femoris: 37.57 ± 0.07) and STE (soleus: 41.57±0.08; rectus femoris: 39.57 ± 0.05), compared to groups SC (soleus: 13.88±0.81; rectus femoris: 16.75 ± 0.79) and ST (soleus: 24.14±0.06; rectus femoris: 24.0 ± 0.05), respectively (P<0.05). There was no significant difference at the HSP70 levels of the analyzed muscles among the four groups (P>0.05). In conclusion, although a low-intensity swimming training increased the animals' performance in the exhaustive exercise test, it did not protect their skeletal muscles against damage induced by exhaustive exercise.