Microlesões celulares induzidas pelo exercício físico

Microlesões celulares
induzidas pelo exercício físico
e respostas adaptativas no
músculo esquelético
Microlesiones celulares inducidas por el ejercicio físico
y respuestas adaptativas en el músculo esquelético
Prof. de Anatomia Humana e Fundamentos de Cinesiologia e
Biomecânica
Departamento de Ciências Básicas da Saúde
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri – UFVJM
Diamantina, MG
Edson da Silva
[email protected]
(Brasil)
Resumo
O interesse acerca dos mecanismos de adaptação do músculo esquelético ao exercício físico
aumentou significativamente a partir da demonstração de lesões na estrutura muscular observadas após
o exercício. A adaptação nas miofibras tem relação direta com os componentes musculares e envolve a
matriz extracelular, as células satélites e o tecido conjuntivo. O dano muscular pode se apresentar em
resposta à sobrecarga mecânica imposta pela atividade física, sobretudo os exercícios de força com
predomínio de ações excêntricas, o exercício exaustivo ou inabitual. Após o dano as miofibras iniciam o
processo de regeneração através da destruição do tecido necrosado, reparo e remodelação de sua
estrutura. As adaptações podem ser agudas ou de inicio tardio e marcadas principalmente por processos
inflamatórios, necrose, rompimento de estruturas musculares, perda de proteínas intramusculares para o
plasma e a ocorrência de apoptose de núcleos das miofibras.
Unitermos: Exercício físico. Dano muscular. Alterações estruturais musculares. Regeneração
http://www.efdeportes.com/ Revista Digital - Buenos Aires - Año 14 - Nº 135 - Agosto de 2009
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Introdução
As funções primárias do músculo esquelético são as atividades de locomoção, postura e
respiração. O músculo é um tecido muito ativo, embora, é susceptível a danos após trauma
direto como atividade física intensa e lacerações, ou resultado de causas indiretas tais como
disfunção neurológica ou defeitos genéticos inatos. Alterações no processo de reparo desses
danos podem conduzir a perda de massa muscular, deficiência locomotora ou em alguns casos
ser letal. Pouco se conhece sobre as interações celulares sobre esse processo (CHARGÉ &
RUDNICKI, 2003). A extensão e o sucesso da regeneração variam com a natureza do dano,
mas em todas as situações o processo envolve revascularização, infiltração celular, fagocitose
de tecido muscular necrosado, proliferação de células satélites musculares e posterior fusão
para o interior das miofibras multinucleadas e finalmente, re-inervação (St PIERRE & TIDBAL,
1994; CHARGÉ & RUDNICKI, 2003; TIDBAL, 2005). As células satélites são células quiescentes
no adulto, mas podem ser ativadas iniciando a divisão celular em resposta ao estresse induzido
pela sobrecarga do exercício físico, do alongamento ou pelo trauma (SEALE & RUNDICKI,
2000).
Nestas últimas décadas os efeitos benéficos e nocivos do exercício físico estão sendo
evidenciados. O dano muscular pode ocorrer nas estruturas musculares em função da
sobrecarga mecânica imposta, destacam-se os exercícios de força, principalmente com ação
muscular excêntrica (FOSCHINI, PRESTES & CHARRARO, 2007) e o exercício físico exaustivo e
inabitual, cuja fisiopatologia é ainda pouco clara (DUARTE et al., 2001; FLÜCK, 2006).
Contudo, o objetivo desse estudo foi investigar os efeitos do exercício físico sobre as
adaptações celulares, o dano muscular e suas possíveis relações. Para tanto, foi realizada uma
revisão de literatura através de periódicos nacionais e internacionais e os principais
esclarecimentos foram reunidos neste trabalho.
Adaptações estruturais do tecido muscular
A musculatura esquelética de mamíferos adultos possui grande capacidade de adaptação a
demandas fisiológicas, como no crescimento, no treinamento e no trauma. Sendo as fibras
musculares esqueléticas adultas caracteristicamente bem diferenciadas, esse elevado potencial
adaptativo é atribuído à população de células satélites (FOSCHINI et al., 2004). Essa
capacidade de adaptação das fibras musculares em resposta a uma grande variedade de
estímulos é conhecida como plasticidade muscular. A ocorrência dessa plasticidade deve-se à
relação existente entre a fibra muscular e os demais componentes da unidade muscular básica:
matriz extracelular, junção neuromuscular e células satélites. Um exemplo dessa plasticidade é
a hipertrofia muscular, caracterizada pelo aumento do conteúdo protéico e dimensões das
fibras musculares, ocorrida respectivamente em resposta a um estímulo de sobrecarga (YONG,
1994) ou ao alongamento muscular (WILLIAMS & GOLDSPINK, 1973).
A regeneração muscular esquelética apresenta outro conhecido e importante exemplo da
capacidade plástica do músculo. Graças a esse processo a função primordial do tecido
muscular, de produzir movimento, pode ser completa ou parcialmente restabelecida após lesões
induzidas ou não pelos exercícios, evitando ou amenizando o estabelecimento de deficiências
ou incapacidades aos indivíduos (CARLSON & FAULKNER, 1983; GROUNDS, 1991; HURME &
KALIMO, 1992).
O organismo adapta-se ao aumento de intensidade do exercício físico (de suave para
moderado a intenso) pela utilização de maior número de miofibras em geral na seguinte ordem:
Tipo I, Tipo IIa e Tipo IIb. Maratonistas de elite, por exemplo, pode ter 95% de miofibras tipo
lentas (ANDERSEN et al., 2000). Evidências sugerem a existência de uma mudança na relação
de miofibras do tipo lla para llb com o treinamento de endurance, mas nenhum dado de estudo
longitudinal suporta a conversão de miofibras do tipo ll para l após o treinamento em humanos
(HAWLEY, 2002). As miofibras de contração lenta (tipo I) tornam-se 7% a 22% maiores que as
de contração rápida (tipo IIb). Sabendo-se as características dos tipos de miofibras, é fácil
entender porque o desempenho atlético pode ser facilmente prolongado de intensidade
submáxima e de curta duração até aquele de alta intensidade (FINK et al., 1977; CROWTHER,
2002).
Lesões e regeneração do tecido muscular
O tecido muscular estriado esquelético apresenta uma alta suscetibilidade a lesões tendo em
vista sua intensa solicitação durante o cotidiano dos indivíduos. O potencial regenerativo desse
tecido, documentado desde a segunda metade do século XVIII, ainda tem sido objeto de
pesquisa (CARLSON & FAULKNER, 1983). Järvinen et al., (2005) apresentaram três fases
identificadas no processo de regeneração muscular:
1. Fase de destruição: caracterizada pela ruptura e necrose de miofibras,
formação de hematoma entre miofibras rompidas e reação inflamatória.
2. Fase de reparo: constituída de fagocitose do tecido necrosado, regeneração de
miofibras, produção de tecido conjuntivo cicatricial e neovascularização dentro
da área lesada.
3. Fase de remodelação: período no qual ocorre maturação de miofibras
regeneradas, contração e reorganização do tecido cicatricial e recuperação da
capacidade funcional do músculo.
A remoção do tecido necrosado e dos produtos de lise celular do foco de lesão constitui um
fator determinante no processo de regeneração muscular. A retirada destes detritos é realizada
pelos macrófagos e leucócitos polimorfonucleares através da fagocitose. Essas células são
atraídas ao sítio de lesão por fatores quimiotáticos, sejam eles derivados do sistema de
complemento ou produzidos no tecido durante a fase de autólise (COLLINS, 2000).
O papel dos macrófagos na regeneração não se restringe apenas à fagocitose do tecido
necrosado. Atualmente reconhece-se sua atuação fundamental, por meio da síntese e liberação
de moléculas biologicamente ativas, na instalação do processo inflamatório e ativação das
células precursoras miogênicas (LESCAUDRON et al., 1999; TIDBALL, 2005; JÄRVINEN et al.,
2005). Essas ações são distintas com fagocitose e liberação de substâncias ativas realizadas por
subpopulações específicas de macrófagos, respectivamente, ED1 e ED2 (St. PIERRE & TIBDALL,
1994). Entretanto, não existem achados definitivos que mostrem quais fatores liberados pelos
macrófagos, in vivo, afetam o processo de reparo muscular (TIDBALL, 2005).
A revascularização tecidual, temporalmente associada à fase de mionecrose, é responsável
pelo restabelecimento da rede vascular, aporte sanguíneo e expansão de brotos vasculares a
partir dos vasos próximos não comprometidos pelo trauma. O estímulo para a sua ocorrência
provém do próprio tecido sob hipóxia, desencadeando a proliferação e reorganização das
células endoteliais vasculares. O sucesso do processo de regeneração muscular é dependente
da eficiência da fase de revascularização, sendo ela responsável pela gênese de um ambiente
tecidual favorável à ocorrência das fases subseqüentes do processo regenerativo (GROUNDS,
1991). Neste sentido, a expressão do fator de crescimento endotelial (EGF) parece aumentar no
músculo esquelético de ratos seguindo às contrações ou após uma simples série de corrida em
esteira. O EGF é um potente mitógeno de células endoteliais que tem sido implicado na
resposta angiogênica ao exercício físico (PRIOR et al., 2004).
A fase intermediária do processo de regeneração consiste em ativação, determinação,
proliferação e diferenciação das células satélites, encarregadas de restaurar, parcial ou
totalmente, as fibras lesadas. Entre os sinais biológicos diretamente relacionados à regulação
da atividade dessas células podemos citar citocinas, fatores neurotróficos e demais fatores de
crescimento liberados durante o processo inflamatório inicial (GROUNDS, 1991; HURME &
KALIMO, 1992; RENDE, et al., 2000; TIDBALL, 2005). Tais substâncias são capazes de
estimular, ou inibir, a proliferação celular assim como influenciar em seu processo de
citodiferenciação. São produzidos localmente no sítio de lesão e atuam de forma autócrina e/ou
parácrina via receptores encontrados na superfície da membrana celular (GROUNDS, 1991).
Os fatores de crescimento que estimulam a proliferação podem ainda, ser divididos em dois
grandes grupos. Os fatores de competência, tais como o fator básico de crescimento de
fibroblastos (FGF-b), fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF), fator de crescimento
de hepatócito (HGF) e o fator de crescimento mitógeno de Bischoff para células precursoras de
mioblastos, os quais atuam inicialmente e são diretamente responsáveis pela reentrada da
célula no ciclo de divisão celular, ou seja, pela sua passagem do estágio G0 para G1. Já os
fatores de progressão, como o fator de crescimento semelhante à insulina I e II (IGF-I e IGFII)
e o fator de crescimento endotelial (EGF), atuam posteriormente no ciclo celular e estimulam a
fase de replicação do DNA, que representa a passagem da fase G1 para S do ciclo (GROUNDS,
1991).
Da mesma forma que estão sujeitas à influência de fatores estimulantes, as células satélites
também são suscetíveis ao estímulo inibitório à sua proliferação e/ou diferenciação, tais como o
fator de crescimento transformante-β (TGF-β), interferon e o próprio contato com o
plasmalema intacto. Os mecanismos de controle dos processos de proliferação e diferenciação
não são determinados única e exclusivamente pela presença, ou não, dos fatores de
crescimento. A responsividade das células precursoras de mioblastos aos fatores, alterada
através da auto-regulação da expressão de seus receptores de membrana, contribui de forma
relevante (BISCHOFF, 1990).
Uma vez ativadas, as células satélites adquirem características citológicas específicas, tais
como um citoplasma mais abundante, organelas citoplasmáticas mais numerosas e núcleo
menos heterocromático. Essas células também passam a demonstrar mobilidade, permitindo
que células precursoras de mioblastos de outras regiões da fibra muscular, ou mesmo de outras
fibras, possam ser recuperadas para o sítio de lesão e participem do processo regenerativo
(HAWKE & GARRY, 2001; CHARGÉ & RUDNICKI, 2004).
A fase final do processo de regeneração é determinada pela reinervação das fibras
regeneradas, caso a inervação dessa fibra tenha sido comprometida, o que ocorre em
conseqüência de brotamentos axonais que se originam das terminações nervosas de regiões
íntegras adjacentes. Isso permite o restabelecimento da funcionalidade contrátil das fibras
(CARLSON & FAULKNER, 1983). Nesta fase, ocorre a maturação das miofibras regeneradas, a
contração e reorganização do tecido cicatrizado e da capacidade funcional do músculo
(JÄRVINEN et al., 2005).
Exercício físico e dano muscular
O exercício físico e o alongamento podem resultar em vários graus de desconforto,
sofrimento, rigidez ou dor de dois tipos gerais: o que ocorre durante ou imediatamente após o
exercício ou alongamento muscular e o que persiste por várias horas e que, geralmente não
apresenta dor até 24 ou 48 horas. O sofrimento muscular é explicado por pelo menos cinco
mecanismos: o músculo danificado ou rompido; o tecido conjuntivo danificado; acúmulo
metabólico ou aumento da pressão osmótica e tumefação; ácido láctico e espasmo localizado
de unidades motoras (MICHAEL, 1999).
Sabe-se que alguns tipos específicos de exercícios físicos, principalmente aqueles com um
maior componente excêntrico, podem causar danos as miofibras; contudo, porque o dano
estrutural resulta em dor ou porque a dor é de efeito tardio, ainda não está completamente
esclarecido (TRICOLI, 2001).
Após exercícios físicos exaustivos é possível identificar lesões no músculo esquelético. O grau
de lesão muscular depende da duração e intensidade do exercício, se realizados de forma
exaustiva, ambos provocam danos celulares, e a degeneração ocorre segundo níveis
crescentes, a partir das miofibrilas ou miofibrilas e sarcoplasma e segue para sarcolema; atinge
células, áreas de necrose segmentar e invasão leucocitária (CLEBIS & NATALI, 2001).
O dano as miofibras do músculo esquelético tem sido documentado através de mioglobinúria
e de evidências histológicas de necrose de miofibras. Um aumento da atividade de hidrolases
ácidas no músculo esquelético, seguido ao exercício exaustivo indica a ativação do sistema
lisossomal de regeneração muscular (CARLSON & FAULKNER, 1983).
No exercício físico intenso há um aumento de 10 a 20 vezes no consumo de total de oxigênio
do organismo e um aumento de 100 a 200 vezes na captação de oxigênio pelo tecido muscular.
Esse tipo de exercício pode ativar diferentes vias de formação de espécies reativas de oxigênio
(KOURY & DONANGELO, 2003).
As condições de exercícios de endurance parecem reduzir a quantidade de atividade das
hidrolases ácidas a um dado exercício de estresse (CARLSON & FAULKNER, 1983). Em um
estudo realizado por Saad et al. (2002) foi observado um significativo aumento da capacidade
oxidativa (no percentual de miofibras dos tipos I e IIa) no músculo intercostal paraesternal dos
ratos que nadaram 30, 45 e 60 dias respectivamente, e um aumento de miofibras do tipo I
apenas nos ratos que nadaram 60 dias. As miofibras do tipo IIb do músculo intercostal
paraesternal apresentaram-se diminuídas significativamente nos ratos que nadaram durante 30,
45 e 60 dias respectivamente, quando comparadas com os grupos controle sedentário e os
nadadores de 15 dias demostrando a transformação de miofibras relatada por McArdle et al.,
(1998).
Existem evidências de injúria às miofibras de músculos destreinados, imediatamente após a
realização de exercícios agudos, mais acentuadas nas contrações predominantemente
excêntricas. É possível observar desarranjos e rompimentos da estrutura de miofilamentos, de
linhas Z, de sarcômeros, rompimento da arquitetura e desorganização das organelas,
rompimento do sarcolema, atividade lisossomal acentuada, e infiltração de células
mononucleadas, principalmente macrófagos (ARMSTRONG, 1990; CLEBIS & NATALI, 2001).
Uma perda de proteínas intramusculares (enzimas creatina cinase) para o plasma, indica dano
do sarcolema (ARMSTRONG, 1990). Em função do incremento do consumo de oxigênio, o
exercício agudo promove ainda um aumento da formação de espécies reativas de oxigênio
(SCHNEIDER & OLIVEIRA, 2004).
Outro fenômeno celular influenciado pelo exercício é a apoptose de núcleos das miofibras. O
termo apoptose foi proposto por Kerr et al., (1972) para descrever um específico padrão
morfológico de morte celular, observado nas células eliminadas durante o período de
desenvolvimento embrionário, na renovação de tecidos e na atrofia por carência hormonal. A
morte apoptótica tem despertado o interesse de especialistas da área de fisiologia do exercício,
em função da detecção de apoptose nas miofibras de animais submetidos a exercício,
sobretudo do tipo exaustivo e predominantemente com contrações excêntricas (PODHORSKAOKOLOW et al., 1998; PHANEUF & LEEUWENBURGH, 2001). Os mecanismos envolvidos na
ocorrência de apoptose no tecido muscular normal e saudável seguidos ao exercício ainda são
pouco conhecidos (ADHIHETTY & HOOD, 2003), entretanto, núcleos apoptóticos têm sido
demonstrados pela técnica de TUNEL no músculo esquelético de ratos depois de corrida
espontânea em roda (PODHORSKA-OKOLOW et al., 1998; ARSLAN et al., 2002). Siu et al.,
(2004 e 2005), demonstraram os efeitos anti-apoptóticos em miócitos de músculos esquelético
e cardíaco submetidos a treinamentos em esteira. Evidências sugerem que o exercício físico
bem indicado pode retardar a morte celular enquanto a exaustão e a prática de exercícios por
iniciantes em um programa de treinamento podem desencadear os mecanismos de apoptose
nas miofibras. Siu et al., (2004) estudando o efeito do exercício físico moderado sobre a
ocorrência de apoptose em músculos esquelético e cardíaco de ratos, mostram que o
treinamento pode atenuar a ocorrência deste processo.
O dano muscular induzido pelo exercício físico pode ser analisado efetuando métodos diretos
e indiretos. Os métodos indiretos são realizados através da análise de amostras do músculo ou
de imagem por ressonância magnética. Os métodos indiretos são obtidos principalmente por
meio do registro de valores de ação voluntária máxima, aquisição de respostas subjetivas de
dor, usando escalas de percepção da dor muscular, e análise das concentrações de enzimas
plasmáticas, proteínas musculares e mioglobina no sangue entre outras (CLARKSON & HUBAL,
2002). Os métodos indiretos são os mais utilizados para a análise do dano muscular em função
da facilidade de coleta e do baixo custo. A creatina cinase (CK), lactato desidrogenase (LDH),
fragmentos da cadeia pesada de miosina (MHC), troponina-I e mioglobina são encontradas
como marcadores de dano muscular, pois essas moléculas são citoplasmáticas e não tem a
capacidade de atravessar a membrana sarcoplasmática. Assim, o aumento da concentração
sérica dessas moléculas é utilizado como indicativo de dano na miofibra (FOSCHINI et al.,
2007).
Conclusão
Sabe-se que a musculatura esquelética possui grande capacidade de adaptação a demandas
fisiológicas como no exercício físico e no treinamento. Essa capacidade de adaptação ou
plasticidade tem relação direta com os demais componentes musculares como matriz
extracelular, células satélites e o tecido conjuntivo, assim a capacidade plástica do músculo
pode ser afetada por danos às miofibras.
O exercício físico e o exercício exaustivo, sobretudo aqueles com predominância de
contrações excêntricas, podem induzir dificuldades ou incapacidades aos indivíduos que sofrem
danos a estrutura muscular. As adaptações podem ser de início agudo ou tardio caracterizandose principalmente por processos inflamatórios, necrose, rompimento de estruturas das
miofibras, perda de proteínas intramusculares para o plasma, formação de espécies reativas de
oxigênio e o desenvolvimento de apoptose de núcleos das miofibras.
Diferentes formas de estímulo desencadeiam as adaptações celulares e o dano muscular
como pode ser observado nesta revisão de literatura, contudo mais pesquisas devem ser
realizadas para uma determinação precisa da relação entre esses diferentes estímulos em
resposta ao exercício físico e o exercício exaustivo.
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