ADAPTAÇOES PROMOVIDAS POR EXERCÍCIOS AGUDOS E CRÔNICOS EM DIFERENTES INTENSIDADES NO AUMENTO NA EXPRESSÃO GÊNICA E CONTEÚDO DA PROTEÍNA GLUT-4 NO MÚSCULO ESQUELÉTICO: MELHORA NA RESPONSIVIDADE À INSULINA

ADAPTAÇOES PROMOVIDAS POR EXERCÍCIOS AGUDOS E CRÔNICOS EM DIFERENTES INTENSIDADES NO AUMENTO NA EXPRESSÃO GÊNICA E CONTEÚDO DA PROTEÍNA GLUT-4 NO MÚSCULO ESQUELÉTICO: MELHORA NA RESPONSIVIDADE À INSULINA.

ADAPTATIONS PROMOTED BY ACUTE AND CHRONIC EXERCISES AT DIFFERENT INTENSITIES UPON GLUT-4 GENE AND PROTEIN CONTENT IN THE SKELETAL MUSCLE: IMPROVEMENTS IN INSULIN SENSITIVITY.

Henrique Quintas Teixeira Ribeiro¹, Waldecir Paula Lima¹, Luiz Carlos Carnevali Junior 1,2

¹ Grupo de Biologia Molecular da Célula, Instituto de Ciências Biomédicas I – Universidade de São Paulo – SP, Brasil.

² Faculdade Anhanguera de Taboão da Serra

INTRODUÇÃO

As células musculares esqueléticas são os mais importantes alvos da insulina na regulação da glicose sanguínea (1). Elas são responsáveis por pelo menos 80% da captação de glicose do sangue (2). Rodnick et al. (3) reportaram que o GLUT-4 está presente em estruturas tubulovesiculares agrupadas no retículo transgolgi, e que através da insulina ou do exercício físico, são translocados até a membrana sarcoplasmática, onde ocorre a captação de glicose. A diminuição da atividade muscular, que acarreta em mudanças no nível de expressão gênica dos receptores de glicose nas células musculares (GLUT-4), é um dos fatores que alteram a sensibilidade à insulina nestas células (4). Richter et al. (5) e Tabata et al. (6), através de seus estudos, apontaram que uma redução aguda no nível de atividades diárias, como por exemplo, em imobilizações de membros inferiores, ou até mesmo em um descanso deitado em uma cama, rapidamente diminuíram a sensibilidade à insulina dos músculos, bem como seu conteúdo de GLUT-4. Houmard et al. (7) mostraram que, em caso de um aumento do padrão de atividade, como, por exemplo, em treinamento, ocorre aumento do conteúdo protéico de GLUT-4 nas células musculares. Desta forma, pode-se esperar um aumento da sensibilidade à insulina, o que acarreta uma maior tolerância à glicose. Ainda seguindo esta linha de raciocínio, Kawanaka et al. (8) concluíram que a mudança da responsividade a insulina durante o destreinamento estava diretamente relacionada ao conteúdo de GLUT-4 muscular, e conseqüentemente quanto maior o aumento do conteúdo de GLUT-4 induzido pelo treinamento, tal efeito persiste por um período mais prolongado. O conteúdo total de GLUT-4 tem sido considerado um dos fatores determinantes da responsividade a insulina na musculatura esquelética (9), fato extremamente importante, particularmente para indivíduos que apresentam quadro de resistência à insulina, como diabetes, obesidade e hipertensão. Partindo desta premissa, o objetivo principal deste trabalho é revisar os estudos que apontam as modificações que exercício realizado em diferentes intensidades promove em relação à diminuição à resistência à insulina, providenciada pelo aumento do conteúdo de GLUT-4.

COMPARAÇÕES ENTRE EXERCÍCIOS DE DIFERENTES INTENSIDADES NA MODULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA E CONTEÚDO DE GLUT-4

Estudos prévios (10, 11) apontam que exercícios com altas intensidades também aumentam o conteúdo de GLUT-4 em células esqueléticas de ratos. A partir destes, Terada et al. (12), desenvolveram um estudo com a intenção de verificarem os efeitos do treinamento de natação de altíssima intensidade no conteúdo do GLUT-4 dos músculos epitrochlearis de ratos, bem como comparar este conteúdo com o observado nos treinamentos de duração prolongada e intensidade baixa. O estudo teve como resultados que o treinamento de altíssima intensidade (os ratos deveriam nadar 14 séries de 20 segundos nadando com 10 segundos de intervalo de descanso entre as séries, em um tempo total de 280 segundos, durante 8 dias, em que foi anexada aos corpos dos ratos uma carga equivalente a 14% de seus pesos corporais) teve um aumento de GLUT-4 semelhante ao aumento do treinamento de baixa intensidade (o grupo deveria nadar 2 séries de 3 horas de duração, com intervalo de descanso de 45 minutos entre as séries, também durante 8 dias, em um tempo total de 360 minutos), respectivamente 83% e 91%, que até então era tido como o estímulo mais forte para aumentar os níveis de GLUT-4 nos músculos epitrochlearis dos ratos (13). Neste estudo, foram estudados 2 fatores que podem ter induzido um aumento da expressão gênica de GLUT-4: os fatores neurotróficos e a AMPK. Especulou-se que durante o treinamento LIT (low intensity training) houve maior liberação de fatores neurotróficos nos músculos epitrochlearis, embora essa taxa de secreção seja bem menor se comparada à taxa secretada durante o treinamento HIT (high intensity training). É concebível a idéia de que em ambos os tipos de exercícios, a taxa secretada destes fatores foi suficientemente alta para induzir a expressão gênica de GLUT-4 nas células musculares de ratos. Em relação à AMPK, podem existir duas hipóteses distintas para a indução máxima da expressão gênica de GLUT-4. A primeira é baseada na afirmação de Hutber et al. (14), que apontou que a atividade da AMPK aumenta gradativamente durante o exercício. Desta forma, seria possível que durante o treinamento LIT haja um aumento considerável da atividade de AMPK, que acarreta em uma indução máxima da expressão gênica do GLUT-4. A segunda hipótese é baseada em Rasmussen et al. (15), que demonstrou que a atividade da AMPK é dependente da intensidade do exercício. Sendo assim, é possível que no treinamento HIT ocorra uma ativação máxima da AMPK dentro de poucos minutos. Embora estas hipóteses sejam divergentes, em ambos os casos houve indução máxima da expressão gênica de GLUT-4.

EFEITOS DO EXERCÍCIO AGUDO NO CONTEÚDO DE GLUT-4

A estimulação elétrica do músculo ou uma série única de exercícios por corrida em esteiras ou natação mostraram um aumento da captação de glicose em diversos estudos, como revisado por Ivi (16). O efeito agudo do exercício consiste em duas fases (17). O efeito inicial dura por algumas horas e não necessita a presença de insulina. A duração desta fase parece estar correlacionada com a ressíntese de glicogênio e pode ser prolongada pela manipulação na dieta, com o objetivo de adiar tal ressíntese (17). Ainda em relação a esta fase, durante a atividade física ocorre um aumento da via de translocação de GLUT-4 devido ao aumento intracelular de cálcio. No momento em que ocorre a despolarização, fundamental para que haja interação entre os filamentos de actina e miosina, ocorre liberação do cálcio do retículo endoplasmático liso, que também atua como mediador do transporte de glicose (figura 1). Holloszy et al. (18) observaram que a frequência da contração é responsável pelo aumento do transporte de glicose, não a duração, e nem tampouco a tensão do movimento. Este aumento de cálcio citoplasmático pode atuar iniciando ou facilitando a fosforilação de proteínas ou moléculas envolvidas nas cascatas de sinalização intracelulares, que desencadeiam os efeitos tanto agudos quanto crônicos do exercício em relação ao transporte de glicose. Pode-se citar como exemplo desta fosforilação a proteína quinase C (cálcio dependente e sinalizadora intermediária), que devido à contração muscular é ativada, e parece estar envolvida na regulação do transporte de glicose que é estimulado por esta contração (19). Na segunda fase, ocorre aumento da sensibilidade à insulina, que pode durar por até 24 horas ou até mesmo ao redor de 48 horas, dependendo da atividade realizada (mecanismos de ação da insulina figuras 2 e 3). Annuzzi et al. (20) observaram o efeito de uma única sessão de exercício (3 horas, 50% VO2 máx) em que após 24 horas a sensibilidade à insulina mantinha-se alta nos músculos que haviam sido utilizados. Etgen et al. (21), em um estudo em que ratos correram em uma esteira durante 5 dias/semana, entre 12-16 semanas, em que progressivamente atingiram velocidade de 32m/min após a oitava semana, mantendo esta velocidade posteriormente (estímulo intenso), apontaram que os efeitos deste treinamento em relação à responsividade à insulina ou à captação de glicose em músculos hindlimb (posteriores) de ratos saudáveis apresentaram vida curta (29% maior do que sedentários durante as primeiras 24 horas), e desapareceram dentro de 48 horas após o treinamento. Ren et al. (22) reportaram um grande aumento na expressão gênica (duas vezes maior se comparado ao conteúdo de RNA-m de ratos controle) e no conteúdo de GLUT-4 no músculo epitrochlearis de ratos saudáveis (aproximadamente 1,5 vezes maior) 16 horas após uma sessão de treinamento de natação (2 séries de 3 horas, sem carga acoplada, com 45 minutos de intervalo entre as séries), e apesar de não ter havido aumento na expressão gênica, houve aumento de aproximadamente duas vezes na quantidade de GLUT-4 16 horas após o fim de 2 sessões, realizadas em dias consecutivos. Kawanaka et al. (8), na tentativa de descobrirem se os efeitos do treinamento de natação em relação à responsividade à insulina poderiam ser mantidos por mais de 24 horas, submeteram um grupo de ratos a nadar 2 horas diárias, divididas em 4 séries de 30 minutos e separadas por um intervalo de 5 minutos, durante 5 dias. Após a primeira série, os ratos tinham anexado a seus corpos um peso correspondente a 2% de seus pesos corporais. O estudo apresentou como resultado que, após 18 horas após o treinamento, a responsividade à insulina e o conteúdo de GLUT-4 nos músculos epitrochlearis dos ratos aumentaram 85%, e mantiveram-se 50% maior do que o observado nos ratos controle após 42 horas de treino. Esses efeitos de treinamento retornaram ao nível controle após 90 horas após o treinamento. Após uma série aguda de exercício, o transporte de glicose nos músculos aumenta em um mesmo nível de um estímulo máximo de insulina. Durante o exercício agudo, é sabido que a ativação de AMPK estimula uma maior captação de glicose através da translocação do GLUT-4 até a superfície celular esquelética (23). Neufer e Dohm (24) mostraram que a indução pelo exercício no aumento de GLUT-4 é mediada em nível transcricional. O RNA-m dos GLUT-4 e GLUT-1, bem como as próprias proteínas em si aumentaram nos músculos treinados e imagina-se que são responsáveis pelo aumento máximo da captação de glicose estimulado pela insulina. O estudo de Zheng et al. (25) demonstrou que a expressão gênica do GLUT-4 é modulada em nível transcricional pela ativação da AMPK (figura 4), fornecendo evidências adicionais do seu envolvimento na regulação da expressão gênica muscular devida ao exercício.

EFEITOS DO EXERCÍCIO CRÔNICO NO CONTEÚDO DE GLUT-4

Diversos estudos em que indivíduos executaram atividades físicas demonstraram um aumento da sensibilidade à insulina. Alguns destes trabalhos sugeriram que o aumento da sensibilidade à insulina relacionada ao treinamento se deu devido aos efeitos da série final de exercício, ou seja, ao efeito agudo. No entanto, os efeitos crônicos de treinamento foram reportados por diversos dias após a última série de exercício, enquanto que o efeito agudo geralmente é mantido por pouco mais de 24 horas. Grimditch et al. (26), em um estudo no qual ratos deveriam correr em esteiras durante 5 dias/semana, num período de 10-12 semanas, com intensidade gradativa até que se chegasse a 1,8 km/h (velocidade mantida nas semanas seguintes) em 1 hora/dia, encontraram que o transporte basal de glicose se manteve inalterado, mas os níveis de insulina sérica foram reduzindo em quase 50%. O aumento na sensibilidade à insulina não foi resultado da ligação da insulina a seu receptor, pois não houve aumento nem no número de receptores de insulina, nem a afinidade da insulina com seu receptor. Ploug et al. (27) reportaram que 10 semanas de treino de endurance de natação (durante as 7 primeiras semanas, os ratos nadaram progressivamente até alcançarem o volume de 6 horas/dia, mantido nas últimas 3 semanas) aumentaram a captação de glicose estimulada pela insulina em fibras vermelhas de contração lenta dos músculos hindquarter em aproximadamente 33%, resultado de um aumento na ativação e no conteúdo de GLUT-4 translocado até a membrana sarcoplasmática. No estudo de Rodnick et al. (28), ratos correram em rodas adaptadas nas gaiolas com média de velocidade de 12,2km/dia durante 6 semanas. Após 27 horas da última série (com isso evitaram os efeitos agudos do exercício agudo em corridas, que duram em média 24 horas) reportaram um aumento na concentração de GLUT-4 no músculo plantaris, um músculo misto, e nenhuma mudança nas fibras oxidativas de contração lenta do músculo sóleo. Wake et al. (29) encontraram um aumento de 27% do RNA-m do GLUT-4 nos músculos hindlimb de ratos (os ratos treinaram durante 21-23 dias em rodas adaptadas nas gaiolas, não mais que 1 km/dia). Esses resultados indicam que o treinamento apresenta resultados adaptativos que não podem ser vistos com uma simples série de exercícios. Houmard et al. (30), através de um estudo em humanos, em que houve comparação entre homens de meia idade que previamente corriam entre 3-7 dias/semana pelo menos nos últimos 5 anos e sedentários confirmaram este dado, pois com somente uma série de exercícios dos sedentários, não houve alteração no conteúdo de GLUT-4 do músculo, enquanto que nos treinados esta concentração quase dobrou. Em um estado de não treinamento, a estimulação máxima de insulina resultou somente na depleção de 50% do pool de GLUT-4. Desta forma, poderia haver o questionamento se o aumento no conteúdo de GLUT-4 com o treinamento apresenta algum efeito com o aumento da sensibilidade de insulina ou se algum outro efeito limitante foi mudado. Henriksen et al. (31) verificaram que músculos com predominância de fibras I e IIa apresentavam maior conteúdo de GLUT-4, que se correlacionava com a máxima captação de glicose alcançada com insulina mais estimulação. Entretanto, Zheng et al (25), através de um estudo com um ativador de AMPK (AICAR), apontaram que os efeitos mais profundos desta substância na expressão de GLUT-4, tanto aguda quanto cronicamente, foram observados na porção branca do quadríceps (predominância de fibras tipo II b). Na porção vermelha do quadríceps (predominância de fibras tipo II a), estes efeitos não foram tão drásticos, e nenhum efeito foi observado no músculo sóleo (predominância de fibras tipo I). Apesar dos contrastes dos resultados, é fato que treinar regularmente aumenta a sensibilidade à insulina por diversos dias após a série final de exercícios. Não há alterações no número de receptores de insulina, mas o pool de GLUT-4 é aumentado (32).


EFEITO DA INATIVIDADE FÍSICA NO CONTEÚDO DE GLUT-4

Estudos baseados no conceito “bed-rest” ou descanso na cama, em que os sujeitos devem manter-se deitados em uma cama ao longo do dia, exceto para realizarem atividades como tomar banho e alimentar-se, apontaram uma diminuição na quantidade de GLUT-4 da musculatura envolvida. No estudo de Tabata et al. (6), indivíduos deveriam ficar expostos a 19 dias de repouso em uma cama, alterando esta posição somente para realizarem o treinamento resistido previsto pela manhã (30 contrações isométricas máximas de 3 segundos, constituindo-se, desta forma, de uma série total de 90 segundos), e para tomarem banho. O resultado deste experimento foi um aumento da quantidade de GLUT-4 no músculo vasto lateral dos indivíduos treinados (30% maior do que antes do experimento), enquanto que nos indivíduos que não treinaram (grupo controle), houve um decréscimo de 16%. A retirada de músculos ou denervação indicam que a inatividade física aumenta a resistência à insulina. Fushiki et al. (33) descobriram que 2 semanas de inatividade física em ratos diminuíram sua sensibilidade à insulina, em concentrações elevadas de insulina. Henriksen et al. (34), 3 dias após denervarem o músculo sóleo de ratos, observaram uma marcante diminuição da captação de glicose, assim como uma diminuição na concentração de GLUT-4. A inatividade física produz um aumento na resistência à insulina e diminuição no conteúdo GLUT-4 no músculo esquelético (32).

CONCLUSÃO

O aumento da expressão gênica e do conteúdo do GLUT-4 acarreta em um aumento à responsividade à insulina, algo favorável para indivíduos com quadro de resistência à insulina. A prática de atividade física de uma forma geral promove o aumento tanto da expressão gênica quanto do conteúdo protéico. A natação, se comparada à corrida em esteira, é capaz de promover manutenção da diminuição à resistência à insulina por mais tempo, agudamente. Atividades de alta intensidade e curta duração aparentemente, de forma aguda, são mais eficientes do que atividades de baixa intensidade e longa duração, por apresentarem menor tempo dispendido.

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