Efeitos do treinamento físico sobre a regeneração do nervo isquiático no diabetes experimental

Abstract

O objetivo deste estudo foi descrever os efeitos do treinamento físico sobre a regeneração nervosa periférica no diabetes experimental. Ratos Wistar machos foram aleatoriamente distribuídos nos grupos não-diabético (ND; n=6), não-diabético treinado (NDT; n=6), não-diabético com lesão isquiática por esmagamento (NDE; n=6), não-diabético com lesão isquiática por esmagamento e treinado (NDET; n=6), diabético (D; n=6), diabético treinado (DT; n=8), diabético com lesão isquiática por esmagamento (DE; n=9) ou diabético com lesão isquiática por esmagamento e treinado (DET; n=7). O diabetes foi induzido pela injeção intravenosa de estreptozotocina (50 mg/kg) e o treinamento na esteira ergométrica (2X ao dia, 5 dias/semana/10 semanas) foi iniciado 4 semanas após o esmagamento cirúrgico do nervo isquiático direito. Semanalmente após o procedimento cirúrgico a recuperação funcional da marcha foi monitorada através do índice de funcionalidade no nervo isquiático (IFI). Testes de esforço máximo foram realizados para cada rato antes (TEM 1), durante (TEM 2) e após o término do protocolo de treinamento físico (TEM 3). A glicemia capilar e o peso corporal foram monitorados desde o início até o final do protocolo experimental. Os animais foram mortos e porções do nervo isquiático (segmento proximal e segmento distal à lesão) e do músculo sóleo foram retiradas, seccionadas transversalmente e usadas para análises histomorfométricas. Adicionalmente também foram realizadas análises ultraestruturais de secções transversais e longitudinais do músculo sóleo. Os TEM 1 dos grupos DE e DET foram menores que os valores do grupo ND (p=0,001) e os grupos NDET e DET mostraram progressivo aumento nos valores de TEM ao longo do período de treinamento (p<0,05). Não houve alterações nos valores de TEM nos grupos sedentários. Os grupos NDE, NDET, DE e DET atingiram valores normais de IFI na 4ª, 4a, 9ª e 7a semana após a lesão nervosa, respectivamente. Após 13 semanas da lesão isquiática por esmagamento, o segmento distal do nervo de todos os grupos lesionados e o segmento proximal do grupo DE apresentaram parâmetros histomorfométricos anormais, como diminuição do diâmetro de fibras nervosas mielínicas (~7,4±0,3μm vs ~4,8±0,2μm), do diâmetro axonal (~5±0,2μm vs ~3,5±0,1μm) e da espessura da bainha de mielina (~1,2±0,07μm vs ~0,65±0,07μm) e um aumento do percentual de área ocupada conjuntamente por endoneuro, tecido de degeneração e fibras amielínicas (~28±3% vs ~60±3%). Em adição, no grupo NDE, o segmento proximal do nervo mostrou uma diminuição do diâmetro das fibras mielinizadas (7,4±0.3μm vs 5,8±0.3μm) e da espessura da bainha de mielina (1,29±0,08μm vs 0,92±0,08μm). As alterações histomorfométricas do segmento proximal dos grupos DE e NDE foram prevenidas/revertidas a valores similares aos atingidos pelo grupo ND pela prática do treinamento físico. Foram observadas maiores densidades e menores áreas de fibras musculares nos grupos DE (468 fibras/mm2; 1647,1 μm2) e DET (385 fibras/mm2; 1839,4 μm2) quando comparados com os outros grupos (p<0,05). No grupo DET a densidade de fibras musculares e o percentual de pequenas fibras musculares foram menores que no grupo DE. O grupo DE mostrou desalinhamento dos sarcômeros das linhas-Z, alterações estruturais nos vasos sanguíneos, sarcolema e na forma do núcleo e de mitocôndrias. No grupo DET as fibras musculares e os vasos sanguíneos apresentaram aspecto muito similar ao normal. Adicionalmente este grupo apresentou polirribossomos, retículo sarcoplasmático rugoso, complexo de Golgi desenvolvido e novas miofibrilas localizadas entre condensações de mitocôndrias localizadas próximas ao sarcolema e ao núcleo. Nossos achados indicam que em ratos com lesão por esmagamento do nervo isquiático, o diabetes causa atraso na regeneração nervosa assim como atrofia e alterações ultraestruturais no músculo sóleo. O treinamento físico pode acelerar a recuperação funcional da marcha em ratos diabéticos lesionados, prevenir/reverter alterações histomorfométricas do segmento proximal do nervo isquiático de ratos não-diabéticos e diabéticos lesionados e reverter parcialmente as alterações morfológicas do músculo sóleo de ratos diabéticos lesionados.

The aim of this study was to describe the effects of physical training in the peripheral nerve regeneration in experimental diabetic. Male Wistar rats were assigned to either a non-diabetic (N; n=6), trained non-diabetic (TN; n=6), non-diabetic with sciatic nerve crush (NC; n=6), trained non-diabetic with sciatic nerve crush (TNC; n=6), diabetic (D; n=6), trained diabetic (TD; n=8), diabetic with sciatic nerve crush (DC; n=9) or trained diabetics with sciatic nerve crush group (TDC; n=7). Diabetes was induced by intravenous injection of streptozotocin (50 mg/kg) and treadmill training (twice a day, 5 days/week/10 weeks) was begun 4 weeks after right sciatic nerve crush, realized surgically. Over the period after surgical procedures, functional recovery was monitored weekly using the sciatic functional index (SFI). Maximal exercise tests were performed for each rat before (MET 1), at the middle (MET 2) and at the end of the training protocol (MET 3). Glycemia and body weight were monitored since began until the end of experimental protocol. Animals were killed and the right proximal and distal sciatic nerve portions (PS and DS, respectively) and soleus muscle portions were cross-sectioned and used in histomorphometrical analysis. In addition, soleus muscle transverse and longitudinal sections were used to ultrastructural analyses. The MET1 of the DC and TDC groups was lower than the values of the N group (p=0.001) and the TNC and TDC groups showed a progressive increase in MET values along the training period (p<0.05).There were no significant alterations in MET values in the sedentary groups over time. The NC, TNC, DC and TDC groups attained normal SFI from the 4th, 4th, 9th to the 7th week after injury, respectively. At post-injury week 13, the distal nerve portion of all injured groups and the proximal nerve portion of the diabetic with sciatic nerve crush group presented altered morphometric parameters, such as decreased myelinated fiber diameter (~7.4±0.3μm vs ~4.8±0.2μm), axonal diameter (~5±0.2μm vs ~3.5±0.1μm) and myelin sheath thickness (~1.2±0.07μm vs ~0.65±0.07μm) and an increase in the percentage of area occupied by endoneurium (~28±3% vs ~60±3%). In addition, in the non-diabetic with sciatic nerve crush group the proximal nerve portion showed a decreased myelinated fiber diameter (7.4±0.3μm vs 5.8±0.3μm) and myelin sheath thickness (1.29±0.08μm vs 0.92±0.08μm). Morphometric alterations in the proximal nerve portion of the diabetic with sciatic nerve crush and non-diabetic with sciatic nerve crush groups were either prevented/reverted to values similar to the non-diabetic group by treadmill training. The soleus muscle showed higher fiber density and a smaller average muscle fiber area in both the DC (468 fiber/mm2; 1647.1 μm2) and TDC (385 fiber/mm2; 1839.4 μm2) groups when compared with the others groups (p<0.05). Furthermore, in the TDC group the muscle fiber density and percentage of small muscle fiber area were lower than in the DC. The DC group showed misalignment of the sarcomeres and Z-lines, and structural alterations in the blood vessels, sarcolemma and in the shape of the nucleus and mitochondria. In the TDC group the myofibers and blood vessels were seen to have a similar, normal aspect. Additionaly, polyribosomes, rough sarcoplasmic reticulum, developed Golgi apparatus and new myofibrils were observed located among condensed mitochondria near of the sarcolemma. We conclude that in rats with sciatic nerve crush nerve, the diabetic condition promoted delay in sciatic nerve regeneration and soleus muscle atrophy and ultrastructural alterations. The physical training could accelerate motor functional recovery of injured diabetic rats, prevent/revert morphometric alterations in proximal nerve portions in non-diabetic and diabetic injured rats and partially revert the morphologic alterations of the soleus muscle in diabetic injured rats.