Respostes adaptatives sanguínies i musculars en condicions d’arribada limitada d’oxigen

Abstract

Un programa de quatre setmanes d'exposició intermitent a hipòxia hipobàrica (HHI) de quatre hores per sessió, s'ha demostrat com un estímul eficaç per induir hematopoesi en rata, influir de manera variable en l'efecte angiogènic de diversos músculs (miocardi, tibialis anterior i diafragma) i preservar la pèrdua de massa corporal. Quatre grups experimentals van ser estudiats: hipòxic, Post-hipòxic 20 dies, Post-hipòxic 40 dies i els seus corresponents Controls, els quals s’uniren en un sol grup en no diferir entre si. Degut a l’augment de massa eritrocitària, seria d’esperar un increment de la viscositat de la sang. Tot i que s’observà una tendència coherent, les propietats hemoreològiques no van ser substancialment alterades, quan es van comparar els quatre grups entre si. Es proposen certs mecanismes compensatoris com serien el descens de la viscositat del plasma i possibles canvis microreològics eritrocítics (deformació i agregació). Malgrat l'increment del volum d'eritròcits i hemoglobina, els índexs indicadors de transport d'oxigen van ser similars per als grups experimentals. Es van estudiar paràmetres histoquímics-morfomètrics (tipus de fibra, capil.larització, densitat de fibres musculars, etc.), bioquímics (enzim lactat deshidrogenasa, enzim citrat sintasa, mioglobina i proteïnes totals) i indicadors d'estrès oxidatiu (enzims CAT i SOD, i TBARS) per a cada un dels músculs a dalt esmentats.

Per contrastar els resultats obtinguts després d'aplicar el protocol HHI amb unes condicions d’hipoxèmia sostinguda, es va dissenyar un procediment d’anemització que provoqués també una limitació en el subministrament d'oxigen als teixits. Es va dissenyar aquest protocol amb l'objectiu de no sotmetre els animals als efectes deleteris que indueix la hipòxia hipobàrica crònica. S’estudiaren paràmetres histoquímics (tipus de fibra, capil.larització, densitat de fibres musculars, etc.) i bioquímics dels músculs soleus i extensor digitorum longus. Una situació d'hipòxia provoca un estat d'estrès en la majoria d'animals que la pateixen. Per tal d’afrontar aquesta baixa disponibilitat d'oxigen, l'organisme desenvolupa respostes compensatòries per fer front a aquesta nova situació. D’aquesta manera, és capaç de dur a terme ajustaments fisiològics i morfològics per tal de mantenir un mínim nivell de metabolisme aeròbic durant aquestes condicions de transport limitat d'oxigen als teixits. Aquests ajustaments segueixen el principi de simmorfosi, mitjançant el qual la formació d'elements estructurals en els organismes animals s'orienta a aconseguir una reestructuració equilibrada amb l'objectiu d'adaptar-se a les noves situacions, però mai sense excedir els requeriments funcionals necessaris. En els nostres estudis aquest principi significaria que, les respostes perifèriques (hemàtiques i reològiques) i centrals (ventilació i control cardíac) induïbles per una situació hipòxica, han estat acompanyades d'uns ajustaments en el bescanvi de gasos i en la capacitat oxidativa, especialment en múscul esquelètic i miocardi. Després de dur a terme els nostres protocols HHI i d’anemització podem concloure que, els reajustaments fisiològics i morfològics desencadenats en les dues condicions, poden ser utilitzats com a procediments que permetin orientar aquestes respostes adaptatives cap a canvis transitoris o permanents. Tots aquests canvis fisiològics tindrien múltiples aplicacions en medicina de muntanya, de l'esport i en d’altres futures aplicacions biomèdiques.

An intermittent hypobaric hypoxia (IHH) program consisting of a daily 4-h sessions during four weeks of hypoxia exposure, has been proven as an effective stimulus to induce hematopoiesis in rats, influence in a variable way the angiogenic effect of various muscles (myocardium, tibialis anterior and diaphragm) and preserve the body mass loss. Four experimental groups were studied: hypoxic, post-hypoxic 20 days, post-hypoxic 40 days and their corresponding Controls. Due to the increase of red cell mass, an increase in blood viscosity would be expected. Although there was a consistent trend, the hemorheological properties were not substantially modified, when comparing the four groups. Some compensatory mechanisms are proposed such as the plasma viscosity decrease and microrheological erythrocyte changes. Despite the increase of volume of erythrocytes and hemoglobin, oxygen transport indicators rates were similar for the experimental groups. Histochemical, morphometric and biochemical parameters, as well as indicators of oxidative stress were studied for each muscle above mentioned. To compare the results obtained after applying the IHH protocol with sustained hypoxemia conditions, an anaemization procedure was designed to lead limitation in oxygen supply to tissues. This protocol was used in order to not submit the animals to the deleteric effects induced by chronic hypobaric hypoxia. Histochemical and biochemical parameters were also studied in soleus and extensor digitorum longus muscles. Hypoxia is a stressful situation for most animals. To cope with the oxygen requirements, the organism is able to perform physiological and morphological adjustments to maintain a minimum level of aerobic metabolism under conditions of poor oxygen delivery to the tissues. These adjustments follow the symmorphosis principle, which states that structural elements are formed to satisfy functional requirements without excess. In our studies, this principle would mean that peripheral and central responses, induced by a hypoxic situation, have been accompanied by some adjustments in gas exchange and oxidative capacity. After conducting our protocols IHH and anemia, we conclude that physiological and morphological adjustments triggered in the two different conditions can be used as procedures to lead these adaptive responses to transient or permanent changes. All these physiological changes would have multiple applications in mountain and sport medicine, and in other future biomedical applications.