Adaptabilitat del múscul esquelètic a l'exercici de curta durada: metabolisme energètic

Abstract

1) INTRODUCCIÓ<br/><br/>Una característica fonamental del múscul esquelètic és la gran diversitat que presenta. No hi ha cap múscul idèntic a un altre, músculs homòlegs de diferents espècies i fins i tot dins del mateix animal presenten diferències en la composició fibril.lar. Aquesta heterogeneïtat reflecteix l'alt grau d'especialització i a més, és la base de la seva plasticitat funcional.<br/><br/>El múscul esquelètic té una gran capacitat d'adaptació. És d'esperar que músculs que estan predominantment involucrats en el manteniment de la posició corporal siguin diferents dels que intervenen en moviments espontanis. Així, músculs que podem dir que estan tot el dia en contracció (músculs posturals), reben molta quantitat d'estímuls i són músculs de contracció lenta que es caracteritzen per l'alta capacitat oxidativa i estan formats principalment per fibres de tipus I. (Per exemple el múscul "Soleus", en el conill).<br/><br/>En canvi els músculs que s'utilitzen de forma espontània, només reben impulsos de tant en tant. Són músculs de contracció ràpida i es caracteritzen per la gran capacitat glucolítica, formats majoritàriament per fibres de tipus II (Per exemple el múscul "Tibialis anterior" en el conill).<br/><br/>Les fibres musculars estan en un estat dinàmic, la qual cosa explica l'habilitat que tenen de respondre específicament, amb canvis en l'expressió fenotípica, a una demanda funcional diferent.<br/><br/>Tant amb l'exercici com amb l'estimulació elèctrica es provoca un augment de l'activitat contràctil. Així, les característiques fenotípiques dels músculs que intervinguin a l'exercici o que siguin sotmesos a l'estimulaci6 elèctrica es modificaran com a resposta adaptativa a la nova demanda funcional.<br/><br/>Tots els canvis que es donen en aquesta resposta adaptativa ho fan de forma seqüencial i ordenada, per tant és d'esperar que hi hagi algun tipus de senyal que els iniciï i que es produeixi a les primeres fases del procés adaptatiu. Aquesta hipòtesi ens ha portat a estudiar les modificacions de les concentracions musculars de diferents metabòlits durant períodes curts d'activitat contràctil, amb l'objectiu d'estudiar quins metabòlits podrien actuar com a senyal iniciador dels canvis que es donen en la transformació del múscul esquelètic i el comportament d'aquest durant l'exercici.<br/><br/>2) MÈTODES<br/><br/>Per poder assolir l'objectiu proposat es varen utilitzar diferents models experimentals. Una part d'aquests es realitzà amb conills ("Oricfolagus cuniculus"). El model consistí a sotmetre el múscul "Tibialis anterior" (TA) a una estimulació crònica a baixa freqüència (l0 Hz) durant un període aproximat de dos mesos.<br/><br/>A tots els animals la pota contralateral va ser utilitzada com a control, implantant-hi els elèctrodes però sense estimular-la.<br/>Es van obtenir mostres als temps d'estimulaci6: 15 minuts, 1, 3, 12 i 24 hores; 2, 4, 10 i 50 dies. Per cada punt es van utilitzar entre 3 i 4 animals.<br/><br/>Després de tenir ben caracteritzats els canvis metabòlics, durant el procés d'estimulació, ens centràrem en una altra situació experimental. Una de les potes posteriors es sotmetia a un període de 24 hores d'estimulació contínua a 10 Hz (pota entrenada), mentre que la contralateral (pota control) es mantenia en repòs. Quan els músculs estaven aïllats aplicàvem un estímul de 10 Hz a les dues potes i extrèiem el TA a diferents temps 0, 1, 3, 10 i 300 segons.<br/><br/>Posteriorment ens vàrem plantejar una sèrie d'experiments en humans. Els voluntaris varen ser dividits en dos grups que es diferenciaven en la durada del període d'entrenament i en el tipus d'exercici a realitzar. L'entrenament en els dos grups consistí a efectuar un esforç a un 65% de la VO(2) màx durant dues hores, el període va ser de tres dies en un dels grups i de sis dies a l'altre.<br/><br/>L'exercici després de tres dies d'entrenament es caracteritzava principalment pel fet que la intensitat de l'esforç es mantenia constant a un 65% de V02 màx. S'obtenien biòpsies al repòs, als 3 i 15 minuts i a la fatiga abans i després de l'entrenament.<br/><br/>En canvi, l'exercici després de sis dies d'entrenament es caracteritzava pel fet que cada vint minuts s'incrementava la intensitat de l'esforç. L'augment va començar en un 60%, després va continuar a un 79% i finalment a un 90% de la VO(2) màx. S'obtenien biòpsies al repòs i cada vint minuts coincidint amb el canvi d'intensitat i a la fatiga.<br/><br/>3) RESULTATS I CONCLUSIONS<br/><br/>Durant el període de 50 dies d'estimulació s'observà un increment significatiu i transitori de Glucosa l ,6-P(2) i de Fructosa 2,6-P(2) a les 24h d'iniciar-se l'estimulació. Aquesta pujada podria suggerir una activació de la via glucolítica aeròbica a través de l'enzim fosfofructoquinasa, ja que ambdós metabòlits estan descrits com a uns dels més importants efectors al.lostèrics d'aquest enzim.<br/><br/>Degut als resultats anteriors, ens plantejàrem estudiar quin efecte podria tenir l'exercici en unes condicions en què els dos sucres anteriorment esmentats estaven per sobre dels nivells normals. En el múscul estimulat 24 hores a 10 Hz, quan és sotmès a un exercici, es produeix un estalvi de glicogen degut a una major velocitat de resíntesi, l'activitat glicogen sintasa després del període d'estimulaci6 ha augmentat significativament, o a que s'utilitza un altre substrat energètic. L'augment de l'activitat hexoquinasa ens fa pensar que la glucosa podria ser aquest nou substrat. A més, l'acúmul de sucres bisfosforilats activa la PFK, mentre que la no aparició de lactat suggereix que la glucòlisi aeròbica està activada.<br/><br/>L'efecte de l'entrenament en humans, ja sigui de tres o de sis dies, millora la resposta a l'esforç ja que tots els atletes han augmentat el temps de durada de l'exercici. Després de l'entrenament s'observa un menor acúmul de lactat intramuscular i sanguini i un estalvi de glicogen durant els dos tipus d'exercici. A més, les variacions dels metabòlits intermediaris durant l'exercici després de l'entrenament no s6n tan accentuades.<br/><br/>Amb els resultats que hem obtingut podem concloure que l'exercici muscular de curta durada aplicat tant en forma d'estimulació elèctrica com d'entrenament, produeix una adaptación metabòlica que consisteix en un estalvi de creatinafosfat i de glicogen, i en una disminució de la producció de lactat. Aquesta situació podria ser compatible amb una adaptació a l'augment de la utilització de glucosa sanguínia i de la capacitat de la glucòlisi aeròbica. Les modificacions en les concentracions dels sucres bisfosforilats GJu 1,6-P(2) i Fru 2,6-P(2) durant les fases d'entrenament i/lo exercici jugarien un paper fonamental en el manteniment de la capacitat glucolítica.

<i>This study investigates early adaptative responses of skeletal muscle to increased contractile activity.<br/><br/>Two experimental approaches have been used. One of them consists of putting rabbit's tibialis anterior muscle under chronic low-frequency stimulation (10 Hz). The other one was done by untrained male subjects who had carried out an aerobic short term training (3 to 6 days).<br/><br/>Changes in metabolite levels and activities of regulatory enzymes of carbohydrate metabolism were investigated.<br/><br/>Most of the metabolic enzymes investigated (creatine kinase, glycogen phosphorylase, phosphofructokinase l, pyruvate kinase, lactate dehydrogenase) showed no differences in total cellular activities between control and l-day-prestimulated TA rabbit muscles. However, significant increases were found in the 24h-stimulated muscle for glycogen synthase (1.5-fold), hexoquinase (3-fold) and phosphofructokinase 2 (3.5-fold). These metabolic enzymes have not been studied in human samples, except glycogen phosphorylase and glycogen synthase which modify their active forms in response to exercise.<br/><br/>As expected, muscular contraction resulted in a pronounced reduction in PCr and glycogen concentration in non pre-stimulated or non trained muscle, while lactate concentration increased severa1 times. Intermediate metabolites modify their concentration in different ways.<br/><br/>Any changes in metabolites concentration after pre-stimulation or training haven 't been observed during exercise.<br/><br/>Metabolic concentration of glucose 1,6-P(2) and fructose 2,6-P(2) in control muscle showed a transient elevation, while these metabolites in pre-stimulated muscle were permanently elevated.<br/>In humans, only fructose 2,6-P(2) was affected by exercise and training. During exercise, prior to training, fructose 2,6-P(2) was reduced. The effect of training was to eliminate the exercise reduced change in this bisphosphate. Although glucose J,6-P(2) appeared to be persistently reduced with training, the magnitude was not sufficient to result in a significant change.<br/><br/>As a consequence of a short term training, by electrical stimulation or exercise, skeletal muscle adapts its metabolism. Adaptative metabolic changes consist of glycogen and PCr sparing effect and the use of glucose as the main fuel through aerobic glycolisis. </i>