Efeito do desequilíbrio metabólico, exercício agudo aeróbio e treinamento de força sobre as proteínas de choque térmico (HSP70), inflamação e estresse oxidativo em humanos

Abstract

Justificativa: As proteínas de choque térmico de 70 kDa no meio intracelular (iHSP70) auxiliam na proteostase celular e também possuem ação anti-inflamatória. Quando liberada de maneira aguda (ex: exercício) no meio extracelular (eHSP72), essa proteína inicialmente ativa o sistema imunitário gerando uma resposta frente ao estresse celular. No entanto, quando cronicamente elevada, ela possui ação pró-inflamatória e se correlaciona positivamente com diversas doenças crônicas, induzindo disfunção celular, resistência à insulina e atrofia muscular. Tanto as desordens metabólicas (obesidade, síndrome metabólica e diabetes tipo 2) quanto o envelhecimento estão relacionados com a inflamação crônica de baixo grau, que parece atenuar a expressão de iHSP70 e está associada com elevação crônica de eHSP72. O exercício agudo parece aumentar a eHSP72, indicando uma resposta adequada frente ao estresse gerado pelo exercício. Já o treinamento crônico parece aprimorar os níveis de iHSP70 e reduzir os níveis basais de eHSP72, o que seria importante para atenuar a inflamação crônica associada ao envelhecimento. Objetivos: (ARTIGO 1)Sintetizar os dados relacionados com os níveis de HSP70(intra e extracelular) em sujeitos com desordens metabólicas (obesos, síndrome metabólica - SM e Diabetes Mellitus Tipo 2 - DM2) em comparação com sujeitos saudáveis, por meio de uma revisão sistemática e metanálise; (ARTIGO 2)Avaliar a influência da composição corporal e capacidade cardiorrespiratória (VO2max) na concentração plasmática de eHSP72, noradrenalina, insulina e glicose, em resposta a uma sessão de exercício aeróbico de intensidade moderada; (ARTIGO 3) Investigar o efeito de um protocolo de treinamento de força na expressão de iHSP70, concentração plasmática de eHSP72, na resposta ao choque térmico (HSR), na inflamação, estresse oxidativo, parâmetros de força, na massa muscular e na capacidade funcional de sujeitos de meia-idade. Metodologia: (ARTIGO 1) Estudos observacionais e dados basais de estudos experimentais que avaliassem iHSP70 e/ou eHSP72 em adultos com desordens metabólicas e sujeitos saudáveis foram incluídos. Para a busca de estudos elegíveis foram usadas as bases de dados PubMed, Embase, Scopus and Web of Science. O risco de viés foi avaliado pela escala de Newcastle-Ottawa. Na metanálise a eHSP72 foi estimada usando a diferença média e para iHSP70 a diferença média padronizada. (ARTIGO 2) Foram recrutados sujeitos sedentários com sobrepeso, eutróficos sedentários e eutróficos fisicamente ativos. Os voluntários realizaram uma sessão aguda de exercício aeróbio na esteira em 70% of VO2 pico. Amostras de sangue foram coletadas antes do exercício, imediatamente e 1 hora após o exercício. (ARTIGO 3) Voluntários com idade entre 40 e 59 anos foram alocados em dois grupos: Treinado (n = 7), que realizaram 12 semanas de treinamento de força; ou Controle (n = 9), que não realizaram nenhum tipo de exercício. Antes e depois das 12 semanas, composição corporal, massa e força muscular, capacidade funcional e amostra de sangue foram coletadas para avaliação de perfil lipídico, insulina, glicemia, dano oxidativo, TNF-α e HSP70. Resultados:(ARTIGO 1) Não houve diferença na eHSP72 entre sujeitos com desordens metabólicas e controles (MD = 0.11; 95% confidence interval (CIs) = -0.05 to 0.27; I2 = 95%). Análise de subgrupos mostrou maiores níveis de eHSP72 em sujeitos com DM2 do que saudáveis (MD = 0.32; 95% confidence interval (CIs) = 0.17 to 0.47; I2 = 92%). Para iHSP70 não foi encontrada diferença entre grupos (SMD = - 0.24; 95% confidence interval (CIs) = - 1.62 to 1.15; I2 = 86%). (ARTGO 2) No estado pré-treino alimentado, os níveis plasmáticos de eHSP72 não são afetados pelo IMC ou nível de atividade física, mas o IMC influência a resposta da insulina e glicemia em uma sessão de exercício. Nos sujeitos com sobrepeso o aumento de noradrenalina plasmática pode indicar elevada atividade simpática, ao passo que nos sujeitos fisicamente ativos a reduzida concentração de noradrenalina pode indicar uma aprimorada atividade simpática. (ARTIGO 3) Sujeitos de meia-idade possuem a HSR (resposta ao choque térmico) preservada, independente do treinamento. O treinamento de força aprimorou parâmetros de força, massa muscular e capacidade funcional. Ainda que não tenha ocorrido alterações nas defesas antioxidantes avaliadas, houve redução da peroxidação lipídica em virtude do treinamento. Conclusão:(ARTIGO 1) Níveis plasmáticos de eHSP72 não diferem entre sujeitos com desordem metabólica e saudáveis, mas parecem ser afetados pela condição clínica do indivíduo, particularmente a presença de diabetes. A iHSP70 não é diferente entre os dois grupos. (ARTIGO 2) No estado pré-treino alimentado, os níveis plasmáticos de eHSP72e sua resposta ao exercício não são afetados pelo IMC ou nível de atividade física. No entanto, o grau elevado de adiposidade parece impactar no perfil metabólico e na atividade simpática. Por outro lado, a elevada capacidade cardiorrespiratória parece atenuar atividade simpática. (ARTIGO 3) Sujeitos de meia-idade, sem complicações metabólicas, possuem a HSR preservada, não sendo essa modificada pelo treinamento de força. O treinamento de força reduz a peroxidação lipídica e pode retardar as perdas de força e massa muscular associadas ao envelhecimento.

Hypothesis: The heat shock proteins of 70 kDa in the intracellular milieu (iHSP70) collaborates in the cellular propeostasis and also have anti-inflammatory properties. In situations that this protein is released to the extracellular environment (eHSP72) acutely (e.g. exercise), the eHSP72 activates the immune system to overcome the cellular stress. However, when chronically elevated, this chaperone possess pro-inflammatory properties and is related with many chronic diseases, generating cellular dysfunction insulin resistance and muscle atrophy. As metabolic disorders (obesity, metabolic syndrome and type 2 diabetes), aging is also related with chronic low-grade inflammation, which seems to attenuate the iHSP70 expression and is associated with chronic increase of eHSP72. Acute exercise seems to increase the eHSP72, producing an adequate response in face of the stress produced during exercise. Moreover, the exercise training seems to aprimove the iHSP70 levels and reduce basal levels of eHSP72, which is important to attenuate the chronic inflammation associated with aging. Aims:(STUDY 1)to summarize the existing data related to the levels of HSP70 in adult people (young, middle age, older) with and without metabolic disorders (obesity, T2DM, MS), producing a systematic review and meta-analysis; (STUDY 2)To assess the influence of body composition and cardiorespiratory fitness on plasma heat shock protein 72 kDa (HSP72), norepinephrine (NE), insulin and glucose responses to an acute aerobic exercise bout in the fed state; (STUDY 3) To assess the effects of resistance training on heat shock response (HSR), intra and extracellular HSP70, oxidative stress, inflammation, body composition and metabolism in middle-aged subjects. METHODS:(STUDY 1) Observational and basal data of experimental studies that assess iHSP70 and/or eHSP72 in adults with metabolic disorders and healthy subjects were included. PubMed, Embase, Scopus and Web of Science databases were used to search potential eligible studies. The risk of bias was assessed using the Newcastle-Ottawa scale. In the meta-analysis, the eHSP72 was estimated using the mean difference and for iHSP70 standardized mean difference. (STUDY 2) Twenty-four healthy male adults were recruited and allocated into three groups: overweight sedentary (n=8), normal weight sedentary (n=8) and normal weight active (n=8). The volunteers performed an acute moderate exercise session on a treadmill at 70% of VO2 peak. Blood samples were drawn at baseline, immediately post-exercise and at 1 hour post-exercise. (STUDY 3)Sixteen volunteers (40 – 59 years) were allocated in two groups: trained group (n = 7), that performed 12-weeks of RT; or sedentary control (n = 9) group, that did not perform any type of exercise. Before and after the intervention, body composition, muscle mass, strength, functional capacity and blood sample measurements (lipid profile, glucose, insulin, oxidative damage, TNF-α and HSP70) were performed. RESULTS: (STUDY 1) There was no difference in eHSP72 between metabolic disorders and healthy controls (MD = 0.11; 95% confidence interval (CIs) = -0.05 to 0.27; I2 = 95%). Subgroup analysis showed higher levels of eHSP72 in T2DM than healthy ones (MD = 0.32; 95% confidence interval (CIs) = 0.17 to 0.47; I2 = 92%). For iHSP70 no difference was found (SMD = - 0.24; 95% confidence interval (CIs) = - 1.62 to 1.15; I2 = 86%). (STUDY 2)The plasma levels of HSP72 were not affected by body mass index or physical fitness, but body mass index has effect in insulin and glycemic response in an acute exercise session. In overweight subjects the norepinephrine increase may indicate elevated sympathetic activity while in physically active subjects the reduced norepinephrine concentration may indicated an improved sympathetic activity. (STUDY 3) The HSR (heat shock response) analysis demonstrated that this response is maintained at normal levels in middle-aged people and that RT did not cause any improvement. Also, resistance training increased muscle mass, strength and functional capacity. Despite no additional changes of RT on the antioxidant defenses, lipid peroxidation was diminished by RT. Conclusion:(STUDY 1) Levels of eHSP72 in the circulation were not different between subjects with metabolic disorders and healthy controls, but are dependent of metabolic condition, especially the presence of diabetes. There is no difference in iHSP70 between groups. (STUDY 2) The plasma levels of eHSP72 and the exercise response were not affected by body mass index and physical fitness. However, the degree of adiposity seems to impact the metabolic profile and sympathetic activity. On the other hand, the elevated cardiorespiratory fitness seems to attenuate sympathetic activity. (STUDY 3) HSR is preserved in middle-aged subjects without metabolic complications. In addition, RT reduces lipid peroxidation and can retard muscle mass and strength loss-related to aging process.