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Crecimiento muscular periódico en humanos

Crecimiento muscular periódico en humanos


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Si un humano sano se encuentra en cierto estado muscular y luego experimenta atrofia muscular únicamente debido al desuso / falta de ejercicio, es más fácil recuperar ese músculo que si el humano nunca hubiera alcanzado ese cierto estado muscular. Si es así, ¿hay un nombre para este efecto? La razón por la que me pregunto es porque parece que la masa muscular era definitivamente periódica en la antigüedad, cuando la comida escaseaba durante el invierno, y que una mayor capacidad para recuperar músculo podría haberse desarrollado evolutivamente. Pensé que esto encajaría mejor en biología, avíseme si este no es el caso.


Memoria muscular específicamente en los efectos de la hipertrofia. También existe una memoria muscular para las habilidades que comparte algunos factores, pero en su mayoría difiere.

Cuando los músculos se hipertrofian o "se hacen más grandes", se reclutan núcleos adicionales para producir más sarcómeros o proteínas involucradas en la acción muscular. Una vez que estos núcleos han sido reclutados y esencialmente activados una vez, se vuelven a activar mucho más fácilmente.

Arriba hay una respuesta basada en mi conocimiento, pero puede esperar a Atl LED si necesita referencias.


El desuso y la falta de ejercicio son en realidad problemas extremadamente nuevos cuando se consideran en una escala evolutiva. La mayor presión evolutiva durante los últimos millones de años no ha estado muriendo de hambre, por lo tanto, no ha mantenido costosas fibras musculares a menos que fueran absolutamente necesarias.

No he encontrado ninguna evidencia de que la musculatura anterior afecte el crecimiento, pero lo investigaré más (solo algunas búsquedas rápidas en pubmed) y editaré esta respuesta. Si alguien más lo sabe de inmediato, no dude en responder.


Crecimiento muscular periódico en humanos - Biología

Si bien hay algunas células en el cuerpo que no se someten a división celular (como los gametos, los glóbulos rojos, la mayoría de las neuronas y algunas células musculares), la mayoría de las células somáticas se dividen con regularidad. A célula somatica es un término general para una célula del cuerpo, y todas las células humanas, excepto las células que producen óvulos y espermatozoides (que se conocen como células germinales), son células somáticas. Las células somáticas contienen dos copias de cada uno de sus cromosomas (una copia recibida de cada padre).

A homólogo par de cromosomas son las dos copias de un solo cromosoma que se encuentran en cada célula somática. El humano es un diploide organismo, que tiene 23 pares homólogos de cromosomas en cada una de las células somáticas. La condición de tener pares de cromosomas se conoce como diploidía. Las células del cuerpo se reemplazan a sí mismas durante la vida de una persona. Por ejemplo, las células que recubren el tracto gastrointestinal deben reemplazarse con frecuencia cuando se “desgastan” constantemente por el movimiento de los alimentos a través del intestino. Pero, ¿qué hace que una célula se divida y cómo se prepara y completa la división celular? los ciclo celular es la secuencia de eventos en la vida de la célula desde el momento en que se crea al final de un ciclo anterior de división celular hasta que luego se divide, generando dos nuevas células.


Ciencia muscular

May & # 1602011 - Popeye se entusiasmó con su "músculo lotta". Arnold Schwarzenegger no sería Arnold si no fuera por sus pectorales explosivos. Sin embargo, aunque nos maravillamos con los antebrazos abultados y los abdominales marcados, los músculos todavía presentan a los biólogos muchas preguntas sin resolver, como los detalles específicos de cómo se forman y por qué se atrofian.

En Johns Hopkins, tres investigadores están examinando estas cuestiones, utilizando tres enfoques muy diferentes.

Los podosomas de la célula migratoria púrpura (derecha) se introducen en el territorio de la célula estacionaria gris.

Fusión de músculos

Los músculos pueden ser las células más comunitarias. A diferencia de la mayoría de los otros tipos de células, las células del músculo esquelético, conocidas como mioblastos, se fusionan durante el desarrollo, agrupan el contenido de su citoplasma y forman una célula gigante (una fibra muscular) que contiene múltiples núcleos. “La fusión de mioblastos permite que cientos, o incluso miles, de células musculares individuales coordinen sus funciones como una sola unidad”, dice Elizabeth Chen, profesora asistente de Biología Molecular y Genética. Esta gran unidad multinucleada puede actuar como una poderosa máquina contráctil.

Chen se centra en los cómo y por qué moleculares de este extraordinario proceso, utilizando el embrión de mosca de la fruta en desarrollo como sistema modelo.

Los investigadores han sabido que dos tipos de células están involucradas en la fusión de mioblastos en la mosca de la fruta: una célula estacionaria, que permanece en una posición fija durante la unión de dos células, y una célula migratoria, que se acerca y se adhiere a la célula estacionaria. Pero los mecanismos más detallados, dice Chen, han sido "una caja negra".

Chen, sin embargo, ha aclarado recientemente una parte importante del misterio utilizando microscopía óptica y electrónica. Su grabación de video de 20 minutos del proceso muestra una estructura invasiva que sobresale de la membrana de la célula migratoria cuando la célula se acerca a la célula estacionaria. Los estudios de microscopía electrónica revelaron además protuberancias en forma de dedos, que Chen llama podosomas, que penetran en el territorio de la célula estacionaria. "Es como una pequeña mano que se extiende para empujar la membrana de la otra célula", dice Chen.

En cuanto a la célula migratoria, parece formar un anillo, o sello similar a una junta, alrededor de cada podosoma. Las dos membranas celulares en estas regiones luego se mezclan para formar una.

Chen cree que las células musculares humanas emplean un mecanismo similar para la fusión celular, ya que la mayoría de los componentes moleculares descubiertos en las moscas también se encuentran en las células humanas.

Aunque su trabajo se centra en la biología fundamental, Chen dice que sus hallazgos podrían algún día ayudar a los médicos a mejorar ciertos tipos de terapia con células madre diseñadas para tratar a pacientes con distrofia muscular. Una vez introducidas en un paciente, las células madre musculares deberán fusionarse para formar fibras musculares. Comprender el mecanismo normal podría ayudar a los médicos a mejorar la eficiencia de la fusión celular en los tratamientos con células madre.

Los "ratones poderosos" (derecha) carecen del gen de la miostatina, lo que les da músculos dos veces más grandes de lo normal.

Desactivar un gen muscular, en busca de una terapia

En 1997, el profesor de Biología Molecular y Genética Se-Jin Lee atrajo la atención mundial cuando generó una raza especial de "ratones poderosos" al desactivar un gen llamado miostatina. Los ratones de laboratorio mostraron músculos dos veces más grandes de lo normal. Aunque el hallazgo despertó el interés de muchos aspirantes a culturistas, Lee dice que no está interesado en la estética muscular, sino en comprender la biología básica del gen y la proteína de la miostatina, y aprender a aprovechar ese conocimiento para beneficiar a los pacientes con distrofia muscular, músculo relacionado con la edad. pérdida y otras enfermedades musculares.

Así que durante los últimos 14 años se ha centrado en comprender cómo la proteína miostatina interactúa con otras proteínas en lo que parece ser una vía de señalización compleja. Y ha realizado decenas de experimentos destinados a identificar fármacos que puedan inhibir la miostatina.

La miostatina es como la policía a granel del cuerpo, dice Lin, su trabajo es mantener bajo control el crecimiento de los músculos. Entonces, en teoría, la inhibición de la miostatina u otras proteínas de la vía de la miostatina permitiría que los músculos crecieran más y quizás compensaría la pérdida de masa muscular en enfermedades como la distrofia muscular.

"Existe un gran interés farmacéutico en seguir esta estrategia", dice Lee. Al menos cinco empresas han realizado o están realizando ensayos clínicos de inhibidores de miostatina.

Uno de los más prometedores, según Lee, es una terapia basada en proteínas desarrollada por Acceleron Pharma. El fármaco en investigación se basa en una molécula generada por Lee, que demostró que aumentó drásticamente el crecimiento muscular en ratones. Ahora, Acceleron ha realizado pruebas de fase 1 de su producto en mujeres posmenopáusicas y ha demostrado que el fármaco en investigación aumenta la masa muscular magra en todo el cuerpo. La compañía también inició ensayos de fase 2 del fármaco en niños con distrofia muscular de Duchenne, pero detuvo el ensayo prematuramente porque algunos pacientes desarrollaron hemorragias nasales y otros problemas menores de hemorragia. La compañía planea abordar esos problemas y lanzar un estudio rediseñado.

"Los resultados de la fase 1 son bastante emocionantes", dice Lee. Sin embargo, es cauteloso. El estudio de fase 1 se diseñó para probar la seguridad del fármaco en voluntarios sanos, no su potencial terapéutico. En la distrofia muscular, las fibras musculares son frágiles y más susceptibles al daño. Por lo tanto, la construcción de versiones más grandes de esas fibras puede o no compensar su debilidad.

Solo un estudio de fase 2, realizado por Acceleron u otra empresa, demostrará si la inhibición de la miostatina puede mejorar la función muscular en pacientes con distrofia muscular de Duchenne. Hasta entonces, Lee tiene la esperanza de que los inhibidores de la miostatina puedan ofrecer algún valor terapéutico, si no como tratamiento para la distrofia muscular. La miostatina es fundamental para la regulación del crecimiento muscular, dice. "Es difícil imaginar que un inhibidor de miostatina no funcione para alguna enfermedad".

Pistas de ardillas

De noviembre a abril, Ronni Cohn guarda algo inusual en los refrigeradores de su laboratorio: ardillas de tierra hibernando. Las bajas temperaturas del frigorífico hacen que los animales entren en su ciclo natural de hibernación.
En la primavera, cuando las ardillas se levantan de su letargo invernal, Cohn estudia su biología muscular.

Los animales están ayudando a dilucidar los mecanismos moleculares que subyacen a la atrofia muscular, dice Cohn, profesor asistente de pediatría, neurología y del Instituto de Medicina Genética McKusick-Nathans. Los músculos se encogen y debilitan si no se ejercitan. La pérdida de masa muscular también se produce en determinadas enfermedades y es una consecuencia inevitable del envejecimiento. La pérdida de masa muscular relacionada con la edad, o sarcopenia, afecta al 40 por ciento de las personas que tienen 80 años o más. Tales debilidades aumentan el riesgo de caídas y plantean un problema de salud pública significativo, cuyos costos ascendieron a 18.500 millones de dólares en 2000, según un análisis.

Las ardillas terrestres, sin embargo, parecen desafiar la regla que dice que los músculos disminuyen si no se usan. "Durante seis meses, no se mueven, ni comen ni beben", dice Cohn. "Y luego se despiertan, caminan y saltan como si nada hubiera pasado".
En sus mediciones de varios genes y proteínas asociados a los músculos en ardillas que salen de la hibernación, Cohn encuentra que los perfiles moleculares de los animales son similares a los observados en los atletas de resistencia, como los corredores de maratón, y en los atletas cuyo deporte requiere fuerza, como como levantadores de pesas. "Está resultando ser un sistema increíblemente afinado de muchas vías", dice.

Iluminar aún más esas vías podría ayudar a los científicos a encontrar formas de imitar sus características en pacientes que buscan tratamientos para la pérdida de masa muscular.

Dicha investigación solo se volverá más vital a medida que la población envejezca, agrega Cohn, y más de nosotros ve que nuestros físicos que alguna vez estaban tensos disminuyen. Los Popeyes y Arnolds del mundo no permanecerán aficionados para siempre. Quizás algún día la medicina les ofrecerá a ellos ya todos nosotros nuevas estrategias para mantener los músculos sanos y fuertes incluso a medida que envejecemos.


¿Cómo afecta la hormona del crecimiento al crecimiento muscular y la síntesis de proteínas?

Aunque la hormona del crecimiento (somatotropina, HGH) no es una hormona androgénica, juega un papel importante en la construcción y mantenimiento de la masa muscular, y esto es más cierto para el cuerpo masculino.

Tenga en cuenta que después del período de la pubertad, los niveles de la hormona del crecimiento en hombres y mujeres son casi idénticos. Sin embargo, debido a la presencia de varios andrógenos en el cuerpo masculino, la GH muestra una serie de propiedades interesantes.

El efecto de la hormona del crecimiento sobre el crecimiento de la masa muscular es multifactorial.

Consideremos estos factores:

1. El sinergismo de la somatotropina y otras hormonas anabólicas del crecimiento

La hormona del crecimiento (somatotropina) se considera un antagonista de la insulina, pero debido a su naturaleza no esteroidea, muestra propiedades anabólicas en determinadas condiciones. La acción combinada de la somatotropina con la testosterona (así como la dihidrotestosterona) acelera significativamente la síntesis de proteínas, lo que permite una recuperación mucho más efectiva después de un entrenamiento regular, incluso entrenamientos de fuerza de alta intensidad.

Cabe señalar que la hormona del crecimiento interactúa con receptores completamente diferentes a los de la testosterona y, a menudo, pasa a las membranas celulares mucho más fácilmente que esta última. El único competidor de la somatotropina en esta área es la insulina, que tiene cierta prioridad en el metabolismo humano, pero la somatotropina también puede entrar en sinergia mutua con ella.

A través de la interacción con receptores de testosterona distintos de la testosterona, los receptores de la hormona del crecimiento pueden afectar simultáneamente a las células musculares, lo que permite un crecimiento de masa muscular más eficaz. También debe recordarse que la somatotropina hace que los músculos sean resistentes a la insulina (la resistencia a la insulina es una violación de la respuesta metabólica a la insulina endógena o exógena), de manera positiva.

En este estado (resistencia a la insulina), la grasa se utiliza para restaurar el metabolismo energético y los carbohidratos alimentan el sistema nervioso central. Por lo tanto, las personas con un nivel más alto de la hormona del crecimiento son mucho menos propensas al sobreentrenamiento. Su sistema nervioso siempre recibe la cantidad adecuada de energía.

La hormona del crecimiento restringe la nutrición de la célula hasta cierto punto durante un cierto período de tiempo, lo que crea un ligero efecto estresante, que se superpone debido a la supercompensación. Como resultado, los simplastos (células musculares) obtienen un poco más de nutrientes.

2. Retención de nitrógeno

La hormona del crecimiento contribuye a una fuerte retención de nitrógeno, es decir, al anabolismo, que acelera activamente la síntesis de proteínas y conduce a una rápida ganancia muscular. Además, esta GH aporta energía a este proceso. El hecho es que la síntesis de proteínas es uno de los procesos que consumen energía.

La somatotropina moviliza recursos, en particular mediante el uso de ácidos grasos, lo que le permite ahorrar condicionalmente carbohidratos y proteínas para los músculos, y grasas directas para mantener la síntesis de proteínas. Los niveles altos de esta hormona conducen a niveles más altos de hormonas corticoides (cortisol y otras).

Y esta es una opinión preocupante para muchos deportistas que la conocen, ya que otra opinión sugiere que el cortisol y sus análogos están destruyendo las células musculares. Sin embargo, el cortisol (y otros glucocorticoides) no solo destruye las células musculares sino también las grasas (adipocitos). La hormona del crecimiento bloquea el consumo de nitrógeno y protege las fibras musculares, dejando que los adipocitos & # 8220 rompan el cortisol (glucocorticoides) & # 8221.

En general, se puede decir que los niveles altos de hormona del crecimiento son tan importantes para la ganancia de músculo como las cantidades elevadas de testosterona. Ambas hormonas retienen nitrógeno y ponen al cuerpo en modo anabólico.

3. Fortalecimiento del aparato ligamentoso

La somatotropina mejora significativamente el estado de articulaciones y ligamentos. Fortalece su estructura y promueve la regeneración de las células dañadas. Este es un tipo de prevención de diversas lesiones durante el entrenamiento de fuerza.

En el período prepuberal, la hormona del crecimiento promueve el crecimiento óseo y prácticamente no fortalece su estructura, pero luego de superar la pubertad la somatotropina permite acumular calcio en el tejido óseo, lo que fortalece su estructura.

Estas propiedades tienen un efecto positivo en un entrenamiento intenso. Los huesos y las articulaciones fuertes le permiten trabajar con pesos pesados ​​porque los órganos tendinosos de Golgi obtienen un umbral más alto de activación. (Los órganos tendinosos de Golgi protegen los ligamentos de las roturas al reducir el umbral límite de los impulsos nerviosos enviados a las fibras musculares).

4. Quema de grasas

Parecería que la quema de grasa no pertenece al conjunto de masa muscular, porque se trata de dos procesos bioquímicos completamente diferentes, pero no en este caso. El hecho es que un alto nivel de somatotropina cambia el metabolismo energético por el uso de ácidos grasos libres, incluso de sangre y adipocitos (células grasas), lo que permite quemar grasa incluso en reposo.

La quema de grasa efectiva le permite aumentar la masa muscular de manera más eficiente. Y perder grasa y al mismo tiempo acelerar la síntesis de proteínas es posible solo cuando tienes niveles altos de hormona del crecimiento.

5. Crecimiento lento de las fibras musculares

La hormona del crecimiento es una de las pocas hormonas anabólicas que pueden influir positivamente en el crecimiento de la fibra muscular lenta, que es más responsable de la resistencia. Esta propiedad en combinación con el fortalecimiento del aparato del ligamento articular le permite aumentar la fuerza del atleta en ejercicios de cualquier tipo. Esto se debe al hecho de que cualquier actividad física involucra a todas las fibras musculares, aunque en diversos grados.

Los resultados

La somatotropina no es un iniciador directo del crecimiento de la masa muscular. Esta tarea en el cuerpo se asigna a la testosterona y otros andrógenos. Sin embargo, la somatotropina & # 8220 & # 8221 junto con la testosterona, provocando un efecto sinérgico: retiene el nitrógeno y favorece los procesos de recuperación.

Por lo tanto, podemos recomendar con seguridad aumentar los niveles de somatotropina a través de una nutrición adecuada y los mejores suplementos de HGH, sueño de calidad y, por supuesto, nutrición deportiva especializada (aminoácidos).

Mike Lilley es el autor de muchos artículos y reseñas en nuestro sitio. Es un bloguero de fitness y culturismo y cofundador de Boost Hormone. Escribe reseñas de productos basándose en los resultados de la investigación científica. De la gran variedad de información y productos en este nicho, recomienda solo aquellos que incluyen ingredientes nutricionales basados ​​en la ciencia. Encuentra a Mike Lilley en SelfGrowth.


Fondo

Hay un total de veinte aminoácidos que componen la proteína muscular. Nueve de los veinte se consideran aminoácidos esenciales (EAA), lo que significa que el cuerpo no puede producirlos en cantidades fisiológicamente significativas y, por lo tanto, son componentes cruciales de una dieta equilibrada. La proteína muscular se encuentra en un estado constante de renovación, lo que significa que la síntesis de proteínas se produce de forma continua para reemplazar las proteínas perdidas como consecuencia de la degradación de las proteínas. Para la síntesis de nueva proteína muscular, todos los EAA, junto con los once aminoácidos no esenciales (NEAA) que se pueden producir en el cuerpo, deben estar presentes en cantidades adecuadas. Los aminoácidos de cadena ramificada leucina, isoleucina y valina son tres de los nueve EAA. La leucina no solo es un precursor de la síntesis de proteínas musculares, sino que también puede desempeñar un papel como regulador de las vías de señalización intracelular que participan en el proceso de síntesis de proteínas (p. Ej., [1]).

El concepto de que los BCAA pueden tener una capacidad única para estimular la síntesis de proteínas musculares se ha propuesto durante más de 35 & # x000a0 años. Los datos que apoyan esta hipótesis se han obtenido a partir de estudios de las respuestas de las ratas. En 1981, Buse [2] informó que en ratas los BCAA pueden limitar la velocidad de síntesis de proteínas musculares. Estudios adicionales apoyaron el concepto de un efecto único de los BCAA sobre la síntesis de proteínas musculares en ratas, aunque pocos han estudiado la respuesta al consumo oral de solo BCAA. Garlick y Grant demostraron que la infusión de una mezcla de BCAA en ratas aumentaba la tasa de síntesis de proteínas musculares en respuesta a la insulina [3], pero no midieron los efectos de los BCAA por sí solos.La infusión de BCAA solos en ratas por Kobayashi et al. Se demostró que [4] induce un aumento en la síntesis de proteínas musculares, pero la respuesta fue solo transitoria. Es de suponer que la velocidad de síntesis se vio rápidamente limitada por la disponibilidad de los otros EAA.

Los estudios de síntesis de proteínas musculares en ratas tienen una relevancia limitada para las respuestas humanas. El músculo esquelético comprende un porcentaje mucho menor de la masa corporal total en ratas en comparación con los humanos y la regulación de la síntesis de proteínas musculares difiere en muchos aspectos. Por tanto, en su histórico libro sobre el metabolismo de las proteínas, Waterlow y colaboradores concluyeron a partir de los datos disponibles que los aminoácidos de la dieta no estimulan la síntesis de proteínas musculares en ratas [5]. Si bien un trabajo reciente desafía esta afirmación, el efecto estimulador limitado de los aminoácidos de la dieta sobre la síntesis de proteínas en la rata refleja el hecho de que, en condiciones normales de posabsorción, hay un exceso de aminoácidos endógenos disponibles para permitir un aumento en la síntesis de proteínas si la actividad intracelular Se estimulan los factores implicados en el inicio de la síntesis de proteínas. Expresado de manera diferente, la síntesis de proteínas musculares en la rata aparentemente está limitada por el proceso de iniciación más que por el proceso de traducción. En contraste, como se discutirá más adelante, ese no parece ser el caso en humanos. Otra distinción importante entre los estudios que investigan los efectos de los aminoácidos en la síntesis de proteínas musculares en humanos y ratas se relaciona con las metodologías comúnmente utilizadas. La técnica de & # x0201c dosis de inundación & # x0201d [6] se ha utilizado habitualmente en estudios con ratas. Este procedimiento implica la medición de la incorporación de un marcador de aminoácidos en la proteína muscular durante un período de tiempo muy corto, a menudo tan corto como 10 & # x000a0min. Este enfoque no distingue entre una estimulación transitoria y sostenida de la síntesis de proteínas. Sólo una estimulación sostenida de la síntesis es relevante desde el punto de vista fisiológico. El consumo de una mezcla desequilibrada de aminoácidos, como los BCAA, puede estimular transitoriamente la síntesis de proteínas mediante la utilización de reservas endógenas de los otros precursores de la síntesis de proteínas. Sin embargo, las reservas endógenas de aminoácidos, como las del plasma y las reservas intracelulares libres, son bastante limitadas y pueden agotarse rápidamente. Si no se puede mantener la estimulación de la síntesis de proteínas, hay poca importancia fisiológica. En consecuencia, la técnica de dosis de inundación comúnmente utilizada para medir la síntesis de proteínas musculares en la rata produce resultados con una relevancia incierta para la nutrición humana. Dado que los suplementos dietéticos de BCAA están destinados al consumo humano, el enfoque de esta breve revisión será la investigación en seres humanos.

La venta de BCAA como suplementos nutricionales se ha convertido en un negocio multimillonario. En el centro del marketing de estos productos se encuentra la creencia generalizada de que el consumo de BCAA estimula la síntesis de proteínas musculares y, como resultado, provoca una respuesta anabólica. Los BCAA también se pueden consumir con el propósito de mejorar el & # x0201cmental focus & # x0201d, pero no consideraremos esa aplicación. El propósito principal de este artículo de evaluar la afirmación de que los BCAA por sí solos son anabólicos está respaldado de manera adecuada, ya sea teórica o empíricamente, por estudios en seres humanos. Implícito en nuestra evaluación estará el examen de si el estado de fosforilación de los factores de iniciación eucariotas juega un papel de control de la velocidad en la regulación de la síntesis de proteínas musculares en humanos.

Recambio de proteínas musculares e ingesta de proteínas dietéticas

La proteína muscular se encuentra en un estado constante de renovación, lo que significa que se produce continuamente nueva proteína mientras que las proteínas más antiguas se degradan. El estado anabólico no tiene una definición específica, pero generalmente se refiere a la circunstancia en la que la tasa de síntesis de proteínas musculares excede la tasa de degradación de las proteínas musculares. Los resultados en una ganancia de masa muscular. Convencionalmente, se considera que el estado anabólico está impulsado por una estimulación de la síntesis de proteínas musculares, pero teóricamente también podría resultar de una inhibición de la degradación de las proteínas musculares.

El objetivo metabólico primordial de consumir suplementos de BCAA es maximizar el estado anabólico. Se afirma ampliamente que los BCAA inducen un estado anabólico al estimular la síntesis de proteínas musculares. Una disponibilidad abundante de todos los EAA es un requisito para una estimulación significativa de la síntesis de proteínas musculares [7]. La síntesis de proteínas musculares estará limitada por la falta de disponibilidad de cualquiera de los EAA, mientras que la escasez de NEAA puede compensarse mediante una mayor producción de novo de los NEAA deficientes [7]. En el estado posprandial después de una comida que contiene proteínas, todos los precursores de EAA necesarios para la síntesis de nuevas proteínas musculares pueden derivarse de las concentraciones plasmáticas elevadas resultantes de la digestión de la proteína consumida o del reciclaje de la degradación de proteínas. En esta circunstancia de abundante disponibilidad de EAA, la tasa de síntesis de proteínas musculares excede la tasa de degradación, produciendo así un estado anabólico. En el estado post-absortivo, los niveles plasmáticos de EAA caen por debajo de los valores post-prandiales porque los aminoácidos ya no se absorben. Como resultado, los EAA ya no son absorbidos por los músculos, sino que los liberan al plasma [8]. Este estado catabólico de la proteína muscular en el estado post-absortivo permite la disponibilidad continua de EAA para otros tejidos para mantener la tasa de síntesis de proteínas a expensas de la proteína muscular, que puede considerarse que juega un papel como reservorio de EAA para el resto. del cuerpo al que recurrir.

Dado que los EAA no se pueden producir en el cuerpo y hay una liberación neta de EAA del músculo, en el estado post-absortivo la única fuente de precursores de EAA para la síntesis de proteínas musculares son los EAA intracelulares derivados de la degradación de las proteínas musculares [8]. Además de reincorporarse a la proteína muscular a través de la síntesis, algunos EAA liberados por la degradación de las proteínas musculares pueden oxidarse parcialmente dentro del músculo, por lo que no están disponibles para su reincorporación en la proteína muscular. Los EAA liberados de la degradación de las proteínas musculares que no se reincorporan a la proteína muscular ni se oxidan en el tejido muscular se liberan al plasma, después de lo cual pueden ser absorbidos por otros tejidos como precursores de la síntesis de proteínas o oxidarse irreversiblemente [9]. Por tanto, la tasa de síntesis de proteínas musculares siempre será menor que la tasa de degradación de proteínas musculares en el estado post-absortivo, debido al flujo neto de EAA desde la degradación de proteínas en plasma y las vías oxidativas. Expresado de otra manera, es imposible que la síntesis de proteínas musculares supere la tasa de degradación de las proteínas musculares cuando los precursores se derivan por completo de la degradación de proteínas y, por lo tanto, no puede producirse un estado anabólico en ausencia de la ingesta de aminoácidos exógenos.

¿Los BCAA son anabólicos en el estado post-absortivo?

Consideraciones teóricas

Todos los precursores de EAA para la síntesis de proteínas musculares en el estado posabsorción se derivan de la degradación de las proteínas musculares. Se ha informado sistemáticamente que en humanos normales post-absortivos, la tasa de degradación de las proteínas musculares excede la tasa de síntesis de proteínas musculares en aproximadamente un 30% [10]. El consumo de BCAA solo (es decir, sin los otros EAA) solo puede aumentar la síntesis de proteínas musculares en el estado post-absortivo al aumentar la eficiencia del reciclaje de EAA desde la descomposición de proteínas hacia la síntesis de proteínas, en lugar de ser liberados al plasma o oxidado. Esto se debe a que los 9 EAA (así como los 11 NEAA) son necesarios para producir proteína muscular, y los EAA no se pueden producir en el cuerpo. Si solo se consumen 3 EAA, como es el caso del consumo de BCAA, la degradación de las proteínas es la única fuente de los EAA restantes necesarios como precursores para la síntesis de proteínas musculares. Por lo tanto, es teóricamente imposible que el consumo de solo BCAA cree un estado anabólico en el que la síntesis de proteínas musculares supere la degradación de las proteínas musculares. Si se asume generosamente que el consumo de BCAA mejora en un 50% la eficiencia del reciclaje de los EAA de la degradación de las proteínas musculares a la síntesis de proteínas musculares, esto se traduciría en un aumento del 15% en la tasa de síntesis de proteínas musculares (30% reciclado en la síntesis de proteínas musculares). estado X 50% de mejora en el reciclaje & # x000a0 = & # x000a015% de aumento en la síntesis). Además, una reducción del 50% en la liberación de EAA en el plasma desde el músculo también reduciría las reservas de plasma e intracelulares de EAA libres. La figura 1 ilustra esquemáticamente estos principios. Dado que una mejora del 50% en la eficiencia del reciclaje sería aproximadamente el límite máximo razonable, esto significa que la estimulación máxima de la síntesis de proteínas musculares no podría exceder el 15%. Esto correspondería a un aumento en la tasa sintética fraccional de músculo desde un valor basal de aproximadamente 0.050% / h en el estado basal a 0.057% / h, y esta diferencia en la tasa sintética fraccional (FSR) de proteína sería difícil de determinar. medir con precisión [11].

Representación esquemática del reciclaje de aminoácidos esenciales (EAA) de la degradación de las proteínas musculares a la síntesis de proteínas musculares en el estado post-absortivo. Las unidades arbitrarias se utilizan para simplificar y se basan en las tasas medidas de cada vía en sujetos humanos post-absortivos [10]. a Circunstancia normal en el estado post-absortivo. Aproximadamente el 70% de los EAA de la degradación de las proteínas musculares se reciclan en la síntesis de proteínas [10]. Hay una salida neta de aproximadamente el 85% de los EAA liberados por la degradación de las proteínas, que pueden absorberse e incorporarse a las proteínas de otros tejidos u oxidarse. Aproximadamente el 15% de los EAA de la degradación de proteínas se oxidan parcialmente en el músculo y no están disponibles para la síntesis de proteínas. Las cifras del flujo hacia el exterior y la oxidación intracelular de los EAA son promedios, ya que algunos EAA, como la fenilalanina, no se oxidan en absoluto en el músculo. B Representación de un aumento del 50% en la eficiencia del reciclaje de EAA desde la descomposición de proteínas musculares en síntesis de proteínas. En este ejemplo, habría un aumento en la síntesis de 70 a 80 & # x000a0unidades, o 20%. La síntesis de proteínas nunca puede exceder la degradación de proteínas en el estado post-absortivo, ya que la degradación de proteínas es la única fuente de EAA.

Resultados empíricos

Los BCAA se han administrado por vía intravenosa en los únicos estudios que determinan la respuesta del metabolismo de las proteínas musculares en sujetos humanos a los BCAA solos. Si bien la infusión de BCAA no es la forma convencional en la que se consumiría un suplemento dietético, se ha demostrado que los aminoácidos infundidos por vía intravenosa e ingeridos por vía oral provocan efectos comparables sobre la síntesis de proteínas musculares en otras circunstancias [12]. En consecuencia, es razonable evaluar los trabajos en los que se analiza la respuesta de la síntesis de proteínas musculares a la infusión intravenosa de BCAA en sujetos humanos.

Louard y col. [13] utilizó el método del equilibrio del antebrazo para cuantificar la respuesta a la infusión intravenosa de una mezcla de BCAA durante 3 & # x000a0h en 10 sujetos post-absortivos. El método del equilibrio del antebrazo implica la medición de la captación y liberación de EAA individuales (leucina y fenilalanina en este caso) y sus homólogos marcados isotópicamente. Se calculan las tasas de desaparición (Rd) y aparición (Ra) de fenilalanina y leucina. Suponiendo que el equilibrio a través del músculo de leucina y fenilalanina es representativo de todos los EAA, Rd. de fenilalanina se considera un reflejo de la síntesis de proteínas musculares, ya que la síntesis de proteínas es el único destino de la fenilalanina captada por el músculo del plasma. La Rd. de leucina no se puede interpretar con respecto a la síntesis de proteínas, ya que la leucina captada por el músculo puede oxidarse e incorporarse a las proteínas. La infusión de 3 & # x000a0h de BCAA aumentó cuatro veces las concentraciones plasmáticas de los 3 BCAA, mientras que las concentraciones de otros EAA disminuyeron [13]. En lugar de ser estimulada por la infusión de BCAA, la síntesis de proteínas musculares disminuyó de 37 + / & # x02212 3 a 21 + / & # x02212 2 & # x000a0nmol / min / 100 & # x000a0ml pierna (estadísticamente significativo, pag& # x000a0 & # x0003c & # x000a00.05) [13]. No hubo cambios significativos en el balance neto de fenilalanina, lo que indica que la degradación de las proteínas musculares también se redujo en una cantidad similar a la reducción en la síntesis de proteínas musculares. El equilibrio entre la síntesis y degradación de proteínas musculares siguió siendo negativo, lo que significa que el estado catabólico persistió y no se produjo un estado anabólico. Las disminuciones simultáneas en la síntesis y degradación de proteínas musculares durante la infusión de BCAA pueden describirse como una disminución del recambio de proteínas musculares.

Los mismos investigadores obtuvieron resultados similares cuando extendieron la infusión de BCAA a 16 & # x000a0h en 8 voluntarios normales y determinaron si la elevación crónica de BCAA estimulaba la síntesis de proteínas musculares [14]. Se utilizó la misma metodología de equilibrio del antebrazo que en el estudio anterior para calcular la síntesis y degradación de proteínas musculares. La infusión de 16 & # x000a0h aumenta las concentraciones de BCAA de 5 a 8 veces [14], que es tanto como el doble de los niveles alcanzados con una dosis normal de BCAA ingerida por vía oral [15]. Como en el estudio anterior, la síntesis de proteínas musculares (reflejada por la fenilalanina Rd) se redujo en los sujetos que recibieron BCAA en comparación con la infusión de solución salina de 36 + / & # x02212 5 a 27 + / & # x022122 & # x000a0nmol / min / 100 & # También se redujo la degradación de las proteínas musculares, lo que significa que también se redujo el recambio de proteínas musculares y persistió un estado catabólico.

Podemos concluir a partir de estos dos estudios que la infusión de BCAA no solo no aumenta la tasa de síntesis de proteínas musculares en sujetos humanos, sino que en realidad reduce la tasa de síntesis de proteínas musculares y la tasa de renovación de proteínas musculares. El estado catabólico no se revirtió a un estado anabólico en ninguno de los estudios. Además, se esperaría que una reducción sostenida en la tasa de renovación de proteínas musculares tuviera un efecto perjudicial sobre la fuerza muscular, incluso si se mantiene la masa muscular. El recambio de proteínas musculares renueva las fibras musculares y da como resultado una mayor eficiencia de la contracción a nivel de una sola fibra [16], lo que se refleja en un aumento de la fuerza in vivo, independientemente de la masa muscular [17, 18].

El fracaso de la síntesis de proteínas musculares para aumentar significativamente en respuesta a la infusión de BCAA solo es el esperado según las consideraciones teóricas discutidas anteriormente e ilustradas en la Fig. Fig. 1 con respecto al requisito de que todos los EAA mantengan un aumento. En cambio, dado que la degradación de las proteínas musculares disminuyó, la disponibilidad de EAA también disminuyó, lo que a su vez redujo la tasa de síntesis de proteínas musculares.

¿Son los factores de señalización anabólicos limitantes de la velocidad en el estado post-absortivo?

La afirmación de que los BCAA estimulan la síntesis de proteínas musculares se debe, al menos en parte, a la observación de que aumenta la señalización anabólica intracelular, incluido el estado de activación de los factores clave implicados en el inicio de la síntesis de proteínas [1]. La teoría de que la activación de factores de señalización anabólicos intracelulares provoca un aumento de la tasa de síntesis de proteínas musculares se ha afianzado en los conceptos modernos de la regulación de la síntesis de proteínas musculares. Se ha citado el aumento de la señalización anabólica en respuesta a los BCAA como evidencia de una estimulación de la síntesis de proteínas musculares, incluso en ausencia de la medición de la síntesis de proteínas musculares (p. Ej., [1]). Sin embargo, la activación de las vías de señalización anabólica solo puede coincidir con un aumento de la síntesis de proteínas musculares si hay suficientes EAA para proporcionar los precursores necesarios para producir una proteína completa.

La disociación del estado de fosforilación de los factores de señalización y la síntesis de proteínas musculares en humanos se ha demostrado en una variedad de circunstancias cuando la disponibilidad de todos los EAA es limitada. Por ejemplo, un aumento en la concentración de insulina (por ejemplo, como resultado de la ingesta de glucosa) es un potente activador de las vías de señalización anabólica, pero esto no logra aumentar la FSR muscular debido a una deficiencia de EAA [19]. Por el contrario, el consumo de una pequeña cantidad (3 & # x000a0g) de EAA estimula la síntesis de proteínas musculares sin afectar la actividad del factor de iniciación, por ejemplo, Akt, quinasa S6 y 4E & # x02013BP1 [20]. Un pequeño aumento en las concentraciones plasmáticas de EAA no tendría ningún efecto si la síntesis de proteínas estuviera limitada por el estado de activación de los factores de iniciación. En los estudios citados anteriormente en los que se infundieron BCAA por vía intravenosa, es razonable suponer que un aumento tan grande en las concentraciones de BCAA habría activado los factores de señalización, sin embargo, la síntesis de proteínas musculares en realidad disminuyó debido a la falta de disponibilidad de EAA como resultado de una disminución en degradación de proteínas. Por tanto, en sujetos humanos, la provisión de EAA puede aumentar la síntesis de proteínas musculares en ausencia de cualquier cambio en la activación de los factores de iniciación, y la activación de los factores de iniciación en ausencia del consumo de todos los EAA no tiene ningún efecto sobre la síntesis de proteínas musculares. Estos resultados solo pueden interpretarse como una demostración de que el control que limita la velocidad de la síntesis de proteínas del músculo basal en humanos es la disponibilidad de todos los EAA en oposición a la actividad del factor de señalización anabólica. Esta conclusión arroja más dudas sobre el papel del suplemento dietético de BCAA solo como estimuladores de la síntesis de proteínas musculares.

Cuando toda la evidencia y la teoría se consideran juntas, es razonable concluir que no hay evidencia creíble de que la ingestión de un suplemento dietético de BCAA solo resulte en una estimulación fisiológicamente significativa de la proteína muscular. De hecho, la evidencia disponible indica que los BCAA en realidad disminuyen la síntesis de proteínas musculares. Todos los EAA deben estar disponibles en abundancia para que el aumento de la señalización anabólica se traduzca en una síntesis acelerada de proteínas musculares.

Co-ingestión de BCAA con otros nutrientes

El enfoque de esta revisión ha sido la respuesta solo a los BCAA, ya que esta es la intención lógica de los suplementos nutricionales de BCAA. Como en el caso del consumo de BCAA solo, existen estudios limitados sobre la co-ingestión de BCAA con otros nutrientes. Cuando se administraron BCAA o una mezcla isonitrogena de treonina, metionina e histidina a sujetos humanos junto con carbohidratos, la tasa de síntesis de proteínas musculares disminuyó por igual en ambos grupos, lo que indica que los BCAA no tienen un papel único [21]. De manera similar, el consumo de una mezcla de BCAA con carbohidratos después del ejercicio de fuerza no aumentó los factores de señalización anabólicos en mayor medida que los carbohidratos solos [22]. Por lo tanto, la evidencia disponible no respalda la noción de un efecto anabólico especial de los BCAA cuando se administran con carbohidratos.

En contraste con la falta de un efecto interactivo entre los BCAA y los carbohidratos, los BCAA pueden mejorar el efecto anabólico de una comida proteica. Por ejemplo, la adición de 5 & # x000a0g de BCAA a una bebida que contiene 6,25 & # x000a0g de proteína de suero aumentó la síntesis de proteína muscular a un nivel comparable al inducido por 25 & # x000a0g de proteína de suero [23].Este resultado sugiere que uno o más de los BCAA podrían limitar la velocidad para la estimulación de la síntesis de proteínas musculares por la proteína del suero, o que los BCAA adicionales indujeron un mayor potencial para una respuesta anabólica del músculo a la proteína del suero activando los factores de iniciación. En cualquier caso, la respuesta de los BCAA junto con la proteína intacta es un tema diferente que el efecto de los BCAA solos, ya que la proteína intacta proporciona todos los EAA necesarios para producir una proteína intacta.

Efectos individuales de leucina, valina e isoleucina

En este artículo hemos considerado solo la respuesta a mezclas de BCAA. Las respuestas a los BCAA individuales (es decir, leucina, valina o isoleucina) pueden diferir de la combinación de los tres por varias razones. La evidencia indica que la leucina sola puede ejercer una respuesta anabólica (por ejemplo, [24]), mientras que no existen tales datos para isoleucina o valina. Por tanto, se podría esperar que la leucina sola fuera más eficaz que la combinación de todos los BCAA. Sin embargo, existen dos limitaciones importantes de un suplemento dietético de leucina sola. Primero, los mismos problemas que limitan el grado de estimulación de la síntesis de proteínas musculares por los BCAA solos con respecto a la disponibilidad de los otros EAA necesarios para la producción de proteína muscular intacta también limitan la respuesta a la leucina sola. En segundo lugar, la elevación de la concentración plasmática de leucina activa la vía metabólica que oxida todos los BCAA. Como resultado, la ingestión de leucina sola da como resultado una disminución de las concentraciones plasmáticas de valina e isoleucina. Por lo tanto, la disponibilidad de valina e isoleucina puede convertirse en un factor limitante para la síntesis de proteínas musculares cuando se consume leucina sola. Ésta puede ser la razón por la que los estudios de resultados a largo plazo con suplementos de leucina en la dieta no han dado resultados positivos [25]. La razón principal para un suplemento dietético que contiene todos los BCAA en lugar de leucina sola es superar las disminuciones en las concentraciones plasmáticas de valina e isoleucina que ocurrirían cuando se administra leucina sola.

Si bien un suplemento dietético con todos los BCAA superará las disminuciones en la concentración que resultan del consumo de leucina sola, la adición de valina e isoleucina puede limitar la efectividad de la leucina sola debido a la competencia por el transporte a las células musculares. Todos los BCAA se transportan activamente al interior de las células, incluidas las células musculares, por el mismo sistema de transporte. Por lo tanto, cuando se proporcionan juntos, los BCAA compiten entre sí por el transporte al interior de las células. Si uno de los BCAA (p. Ej., Leucina) limita la velocidad de síntesis de proteínas, la adición de los otros dos BCAA podría limitar la estimulación de la síntesis de proteínas debido a la entrada reducida de leucina en la célula. Los BCAA también compiten con otros aminoácidos para el transporte, incluida la fenilalanina, y esta competencia podría afectar la disponibilidad intramuscular de otros EAA. Como resultado de la competencia por los transportadores, es posible que la leucina sola, por ejemplo, pueda tener un efecto estimulante transitorio sobre la síntesis de proteínas musculares (p. Ej., [21]) donde los BCAA no provocan dicha respuesta [13, 14].


Abstracto

Objetivo-

La aceleración periódica de cuerpo entero (WBPA) se ha desarrollado como una técnica de ejercicio pasivo para mejorar la función endotelial al aumentar el esfuerzo cortante mediante movimientos repetitivos en la dirección del eje espinal. Investigamos los efectos de la WBPA sobre la recuperación del flujo sanguíneo en un modelo de ratón de isquemia de las patas traseras y en pacientes con enfermedad arterial periférica.

Métodos y resultados

Después de la escisión unilateral de la arteria femoral, los ratones se asignaron al grupo WBPA (n = 15) o al grupo de control (n = 13). Se aplicó WBPA a 150 cpm durante 45 minutos bajo anestesia una vez al día. WBPA aumentó significativamente la recuperación del flujo sanguíneo después de la cirugía isquémica, según lo determinado por imágenes de perfusión láser Doppler. Las secciones de músculo aductor isquémico teñidas con anticuerpo anti-CD31 mostraron un aumento significativo en la densidad capilar en ratones WBPA en comparación con ratones de control. WBPA aumentó la fosforilación de la óxido nítrico sintasa endotelial (eNOS) en el músculo esquelético. El efecto proangiogénico de WBPA sobre la extremidad isquémica se redujo en ratones con deficiencia de eNOS, lo que sugiere que los efectos estimulantes de WBPA sobre la revascularización dependen de eNOS. El análisis cuantitativo de la reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real mostró aumentos significativos en la expresión del factor de crecimiento angiogénico en la extremidad trasera isquémica por WBPA. Se observó una recuperación del flujo sanguíneo facilitada en un modelo de diabetes de ratón a pesar de que no hubo cambios en la tolerancia a la glucosa y la sensibilidad a la insulina. Además, tanto una sola sesión como las sesiones repetidas de 7 días de WBPA mejoraron significativamente el flujo sanguíneo en la extremidad inferior de los pacientes con enfermedad arterial periférica.

Conclusión-

WBPA aumentó el suministro de sangre a las extremidades inferiores isquémicas a través de la activación de la señalización de eNOS y la regulación positiva del factor de crecimiento proangiogénico en el músculo esquelético isquémico. WBPA es una intervención no invasiva potencialmente adecuada para facilitar la angiogénesis terapéutica.

Introducción

Los pacientes con enfermedad arterial periférica (EAP) corren el riesgo de pérdida de una extremidad y deterioro de la calidad de vida. 1 La terapia con ejercicios es un tratamiento primario no farmacológico eficaz para pacientes con EAP. 2,3 Los mecanismos propuestos para los efectos beneficiosos del entrenamiento físico sobre la EAP incluyen la formación de vasos colaterales, la mejora de la vasodilatación dependiente del endotelio y el metabolismo del músculo esquelético, y una mayor secreción de factores de crecimiento proangiogénicos. 2,4-6 Con base en esta evidencia, las guías actuales recomiendan el ejercicio supervisado para pacientes con EAP. Sin embargo, a veces es difícil proporcionar una terapia de ejercicio adecuada para los pacientes con PAD que son incapaces de realizar ejercicio activo, como aquellos con enfermedades neurodegenerativas y reumatológicas o atrofia del músculo esquelético relacionada con la edad conocida como sarcopenia.

La aceleración periódica de cuerpo entero (WBPA) es un ejercicio pasivo no invasivo que produce movimientos repetitivos del cuerpo en la dirección de la cabeza a los pies. 7,8 Matsumoto et al 9 demostraron que un curso de 4 semanas de WBPA aumentó la dilatación de la arteria braquial mediada por el flujo en adultos con bajos niveles de condición física. Los estudios de nuestro grupo han demostrado recientemente que una sola sesión de WBPA aumenta la reserva de flujo de la arteria coronaria en sujetos sanos y pacientes con enfermedades de las arterias coronarias. Se informa que la WBPA causa la liberación de cantidades significativas de óxido nítrico (NO) en la circulación periférica al aumentar el esfuerzo cortante en el endotelio vascular. 11 Además del NO, se informa que WBPA aumenta los niveles séricos de prostaciclina, prostaglandina E2y actividad y antígeno activador del plasminógeno tisular y para regular al alza la expresión del dímero d en un modelo animal. 12 Estos hallazgos sugieren que la WBPA aumenta los niveles de varios sustratos vasoactivos, lo que a su vez podría mejorar el flujo sanguíneo y promover el reclutamiento de vasos sanguíneos. Sin embargo, el impacto de la WBPA sobre el flujo sanguíneo a las piernas isquémicas no se ha investigado en detalle.

El presente estudio fue diseñado para probar la hipótesis de que el ejercicio pasivo con WBPA promueve la angiogénesis y aumenta el suministro de sangre en un modelo de ratón con isquemia de las patas traseras y en pacientes con EAP. Los resultados indicaron que WBPA estimula la revascularización inducida por isquemia a través de la activación de la señalización de la óxido nítrico sintasa endotelial (eNOS) y la regulación positiva de la expresión del factor de crecimiento angiogénico en las extremidades traseras isquémicas.

Materiales y métodos

Estudios con animales

Los experimentos se realizaron en ratones macho C57BL / 6J (tipo salvaje [WT]), ratones deficientes en eNOS (Laboratorio Jackson) y ratones C57BL / 6J obesos inducidos por dieta (DIO). Los ratones DIO fueron alimentados con una dieta muy rica en grasas (Dieta Nº D12492, Research Diets, Inc) a partir de las 4 semanas de edad. 13 La composición de una dieta muy alta en grasas es 34,9% de grasas, 26,3% de carbohidratos y 26,2% de proteínas. A la edad de 8 a 10 semanas, los ratones se sometieron a cirugía unilateral de las patas traseras bajo anestesia con pentobarbital sódico (50 mg / kg IP). En este modelo, se extirpó quirúrgicamente toda la arteria y la vena femoral izquierda. 14 Todos los procedimientos se realizaron de acuerdo con las pautas de cuidado de animales de la Universidad de Kumamoto, que Guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio publicado por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. (Publicación No. 85-23, revisada en 1996).

Los ratones se colocaron longitudinalmente en un agitador lineal que produce movimientos repetitivos del cuerpo en la dirección de la cabeza a los pies (modelo KS-6320, Marysol, Tokio, Japón). En el grupo de WBPA, WBPA se aplicó a 150 cpm durante 45 minutos bajo anestesia con pentobarbital sódico (25 mg / kg IP) una vez al día hasta el último día del experimento. Los ratones del grupo de control permanecieron en una posición estática bajo la misma dosis de anestesia durante 45 minutos.

Imágenes de perfusión láser Doppler

Se eliminó el exceso de vello de las patas traseras usando una crema depilatoria. Los ratones se colocaron primero en una placa calefactora ajustada a 37 ° C. Esto fue seguido por la medición del flujo sanguíneo de las patas traseras con un generador de imágenes Doppler láser (Moor Instruments). Para minimizar los efectos de otras variables, incluida la luz ambiental y la temperatura, la perfusión calculada se expresó como la proporción de extremidad posterior isquémica a no isquémica. Bajo anestesia con pentobarbital, se realizaron imágenes de perfusión con láser Doppler al inicio del estudio inmediatamente después de la cirugía y 1, 3, 5, 7 y 14 días después de la cirugía, como se describió anteriormente. 14

Mediciones de parámetros metabólicos

La glucosa en sangre se analizó con un monitor de glucosa Accu-Chek (Roche Diagnostics, Manheim, Alemania). La prueba de tolerancia a la glucosa se realizó en ratones en ayunas de 12 horas como se describió anteriormente. 15 En resumen, a los ratones se les inyectó intraperitonealmente d -glucosa (1,5 g / kg de peso corporal) y se determinaron los niveles de glucosa en sangre inmediatamente antes y 30, 60 y 120 minutos después de la inyección. La prueba de sensibilidad a la insulina se realizó en ratones en ayunas de 18 horas como se describió anteriormente. Se inyectó insulina a 15 ratones por vía intraperitoneal (0,5 U / kg de peso corporal) y se determinaron los niveles de glucosa en sangre inmediatamente antes y 20, 40 y 60 minutos después de la inyección. Los niveles séricos totales de colesterol y triglicéridos se analizaron mediante un método enzimático dual en línea para la cuantificación simultánea de colesterol y triglicéridos mediante cromatografía líquida de alto rendimiento en Skylight Biotech Inc (Akita, Japón). dieciséis

Estudio clínico

Diez pacientes con EAP (edad, 69 ± 7 años, 9 hombres, 1 mujer) se sometieron a una única sesión de WBPA a 140 cpm durante 45 minutos, como se describió anteriormente. 10 Otro grupo de 5 pacientes (edad, 64 ± 3 años, 4 hombres, 1 mujer) se sometieron a WBPA de 45 minutos al día durante 7 días. La WBPA se realizó después de & gt3 horas de ayuno. Se pidió a todos los sujetos que se abstuvieran de fumar y de la congestión de alcohol durante las 24 horas anteriores al estudio. El flujo sanguíneo de la piel de la extremidad inferior se estimó antes e inmediatamente después de la WBPA con el AT-101 (Non-Invasive Monitoring Systems, Inc, Miami, FL). Las regiones de interés se colocaron en la punta de las extremidades inferiores isquémicas y no isquémicas, y luego se calculó la relación isquémica / no isquémica de una manera análoga al estudio con animales. El estudio fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional del Hospital Osaka Ekisaikai, y cada sujeto proporcionó su consentimiento informado antes de participar.

Análisis estadístico

Todos los datos se presentan como media ± SEM. Las diferencias entre los datos de 2 grupos experimentales fueron probadas por el Student para determinar su significación estadística. t prueba. Los datos de varios grupos se compararon mediante análisis de varianza de una vía (ANOVA). Se aceptó como estadísticamente significativo un valor de probabilidad inferior a 0,05.

Resultados

Estudios con animales

WBPA promueve la recuperación del flujo sanguíneo después de la isquemia de las extremidades traseras

Para probar si WBPA promueve la recuperación del flujo sanguíneo, creamos un modelo de ratón de isquemia de la extremidad trasera por escisión de la arteria femoral. Inmediatamente después de la cirugía, el flujo sanguíneo a la extremidad posterior isquémica disminuyó a aproximadamente el 90% de la extremidad posterior no isquémica tanto en el grupo WBPA (n = 15) como en el grupo de control (n = 13). Los ratones WBPA mostraron una recuperación significativa del flujo sanguíneo en la extremidad isquémica en comparación con los ratones de control (día 7: 0.54 ± 0.06 versus 0.33 ± 0.04 día 14: 0.61 ± 0.05 versus 0.51 ± 0.03, respectivamente, PAG& lt0.05 Figura 1A y 1B). Para investigar el grado de revascularización a nivel de la arteria capilar, se midió la densidad capilar en secciones histológicas extraídas de los músculos del miembro isquémico. La Figura 1C muestra imágenes representativas de los músculos aductores de los ratones WBPA y de control teñidos con CD31, un marcador endotelial. El análisis cuantitativo indicó un aumento significativo en la densidad capilar el día 7 en ratones WBPA en comparación con los ratones de control (Figura 1D), lo que sugiere que WBPA promueve la angiogénesis a nivel microcirculatorio.

Figura 1. La aceleración periódica de todo el cuerpo (WBPA) promueve la recuperación del flujo sanguíneo en respuesta a la isquemia de las patas traseras. A, Imágenes de perfusión láser Doppler representativas de los grupos de control y WBPA. B, Evolución temporal del análisis asistido por ordenador de la relación de flujo de perfusión láser Doppler. C, Fotografías representativas de los músculos aductores teñidos para CD31 y 4 ', 6-diamidino-2-fenilindol (DAPI). Grupo de control, n = 4 grupo WBPA, n = 6. D, La densidad capilar se expresó como la proporción de células positivas para CD31 en relación con el control. Los datos son la media ± SEM. *PAG& lt0.05 vs control.

La acción estimulante de WBPA sobre la revascularización depende de la señalización eNOS

Debido a que se informa que WBPA aumenta la fosforilación de eNOS, así como la producción de óxido nítrico, 17 análisis de transferencia de Western utilizando lisados ​​del músculo aductor isquémico obtenidos de 3 a 12 horas después de que se realizó una sola sesión de WBPA para investigar el efecto de WBPA sobre la activación de eNOS. En comparación con los ratones todavía control, el nivel de fosforilación de eNOS en el músculo isquémico de los ratones WBPA aumentó significativamente a las 3, 6 y 12 horas después de una WBPA de sesión única (Figura 2A y 2B). También realizamos análisis de Western blot utilizando lisados ​​de músculo isquémico obtenidos después de 7 o 14 días de WBPA y encontramos que la activación de eNOS se mantuvo en la fase crónica de WBPA (Figura 2C y 2D). El nivel de fosforilación de Akt en el músculo isquémico de los ratones WBPA no se modificó a las 3, 6 y 12 horas después de WBPA (Figura complementaria I, disponible en línea en http://atvb.ahajournals.org). En el siguiente conjunto de experimentos en ratones deficientes en eNOS, examinamos el papel causal de la activación de eNOS en la mejora del flujo sanguíneo inducida por WBPA. La isquemia de las patas traseras se indujo quirúrgicamente en ratones deficientes en eNOS. Después de la operación, los ratones se dividieron en los grupos de control (n = 7) y WBPA (n = 7). De acuerdo con los resultados anteriores, 18 ratones con deficiencia de eNOS mostraron deterioro de la neovascularización inducida por isquemia, en comparación con los ratones WT. WBPA no aumentó la proporción de perfusión sanguínea lateral isquémica / no isquémica en ratones deficientes en eNOS el día 14 (Figura 2E y 2F). Como se muestra en la Figura 2G y 2H, la densidad de los capilares en la extremidad trasera isquémica no fue diferente entre los grupos de control y WBPA 14 días después de la cirugía de isquemia de la extremidad trasera. Estos resultados sugieren que la acción estimulante de WBPA sobre la revascularización in vivo depende de la vía de señalización de eNOS.

Figura 2. La acción estimulante de la aceleración periódica de todo el cuerpo (WBPA) sobre la revascularización depende de la señalización de la óxido nítrico sintasa endotelial (eNOS). A, Inmunotransferencias representativas de expresión de eNOS fosforilada (P-eNOS) y eNOS total (T-eNOS) utilizando músculo aductor isquémico en ratones de control y WBPA después de una sola sesión de WBPA. Los datos son la media ± SEM de 3 a 5 ratones, cada uno. B, Análisis cuantitativo de Western blot. C, Inmunotransferencias representativas de la expresión de p-eNOS y eNOS utilizando músculo aductor isquémico en ratones control y WBPA 1 o 2 semanas después de sesiones diarias de WBPA. D, Análisis cuantitativo de Western blot. Los datos son la media ± SEM de 4 a 5 ratones. mi, Imágenes representativas de perfusión láser Doppler. F, Evolución temporal del análisis asistido por ordenador de la relación de flujo de perfusión láser Doppler. GRAMO, Fotografías representativas de inmunotinción de músculos aductores para CD31 y 4 ', 6-diamidino-2-fenilindol (DAPI). Los ratones deficientes en eNOS se asignaron al grupo de control (n = 7) y al grupo WBPA (n = 7). H, La densidad capilar se expresó como la proporción de células positivas para CD31 por control. Los datos son la media ± SEM. n.s. indica no significativo.

WBPA regula al alza la expresión de factores de crecimiento angiogénicos en el músculo esquelético isquémico

Examinamos la expresión de moléculas implicadas en la angiogénesis en el músculo aductor isquémico de ratón WT (Tabla 1). El análisis cuantitativo de la reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real mostró aumentos significativos en la expresión del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), factor de crecimiento de fibroblastos 2 (FGF2), factor 1α derivado de células estromales y factor de crecimiento B derivado de plaquetas (PDGF-B) en Ratones WBPA en comparación con ratones de control después de una sola sesión de WBPA (Figura 3A). Hubo una tendencia hacia aumentos en los niveles de expresión de VEGF, FGF2 y PDGF-B después de sesiones diarias de WBPA durante 7 días, aunque las diferencias no fueron estadísticamente significativas (Figura complementaria IIA).

Tabla 1. Secuencias de cebadores utilizados para la reacción cuantitativa en cadena de la polimerasa en tiempo real

VEGF indica factor de crecimiento endotelial vascular FGF, factor de crecimiento de fibroblastos PDGF, factor de crecimiento derivado de plaquetas SDF, factor derivado de células estromales.

Figura 3. La aceleración periódica de cuerpo entero (WBPA) regula al alza la expresión del factor de crecimiento angiogénico en el músculo esquelético isquémico. A, El curso temporal de la expresión del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), factor de crecimiento de fibroblastos 2 (FGF2), factor de crecimiento B derivado de plaquetas (PDGF-B) y factor derivado de células estromales (SDF) -1 en el músculo aductor de ratones de tipo salvaje después de una sola sesión de WBPA evaluada mediante reacción cuantitativa en cadena de la polimerasa en tiempo real. B, El curso temporal de la expresión del transcrito de VEGF, FGF2, PDGF-B y SDF-1 en el músculo aductor de ratones deficientes en óxido nítrico sintasa endotelial (eNOS) después de una única sesión de WBPA evaluada mediante reacción cuantitativa en cadena de la polimerasa en tiempo real. Los datos son la media ± SEM de 4 a 5 ratones para cada panel. n.s. indica no significativo.

A continuación, se analizó el efecto de la vía de señalización de eNOS sobre los niveles de expresión de factores de crecimiento angiogénicos en el músculo isquémico de un ratón deficiente en eNOS. WBPA aumentó FGF2, PDGF-B y factor 1α derivado de células estromales, pero no VEGF, en ratones deficientes en eNOS después de una sola sesión de WBPA (Figura 3B). WBPA no afectó a los niveles de expresión de estos factores de crecimiento angiogénicos después de 7 o 14 días de sesiones diarias de WBPA en ratones deficientes en eNOS (Figura complementaria IIB).

WBPA altera el perfil de expresión de proteínas relacionadas con la angiogénesis

Se informa que WBPA aumenta los niveles séricos de varios sustratos vasoactivos. 11,12 Por lo tanto, se realizó un análisis de matriz de anticuerpos de angiogénesis de ratón para determinar los efectos de WBPA sobre las proteínas relacionadas con la angiogénesis circulantes (Figura complementaria IIIA).La Figura IIIB complementaria muestra imágenes representativas del análisis de matriz de anticuerpos de angiogénesis de sueros de ratón de control y 3, 6 y 12 horas después de una única sesión de WBPA. Se observaron diferencias significativas en los niveles de expresión de 9 proteínas en ratones del grupo WBPA en 1 o más puntos de tiempo (Figura complementaria IIIC). Varias proteínas proangiogénicas fueron reguladas positivamente de manera diferencial, incluyendo anfirregulina, angiogenina, factor de crecimiento epidérmico, osteopontina y PDGF-AB / BB. Por otro lado, WBPA aumentó significativamente las proteínas angiostáticas, como ADAMTS1 y la proteína 4 similar a Delta, en comparación con el control. Para determinar si estos factores se derivan de la extremidad trasera isquémica, examinamos los niveles de expresión de ARNm de estas proteínas en los músculos esqueléticos isquémicos. De acuerdo con los datos de la matriz de proteínas, WBPA aumentó los niveles de expresión de PDGF-B y ADMATS1. Sin embargo, el perfil de expresión de otros factores no se correlacionó con sus datos de matriz de proteínas (Figura IIID complementaria). Estos resultados sugieren que WBPA aumenta la expresión de factores de crecimiento relacionados con angiogénicos circulantes no solo en la extremidad trasera isquémica sino también en tejidos alejados del sitio isquémico.

WBPA promueve la recuperación del flujo sanguíneo en respuesta a la isquemia de las patas traseras en ratones DIO

La diabetes mellitus es una causa importante y principal de EAP, 19 y se asocia con alteraciones de la angiogénesis. 20-23 Por lo tanto, evaluamos los efectos de WBPA sobre el metabolismo de la glucosa y la revascularización inducida por isquemia en ratones DIO. No hubo diferencia en el peso corporal entre los grupos WBPA y control a los 10 días después de la cirugía (control: 23,1 ± 0,4 g WBPA: 23,1 ± 0,3 g). La recuperación del flujo sanguíneo se deterioró en los ratones DIO en comparación con los ratones WT a los 5, 7 y 14 días después de la cirugía de la extremidad trasera (0,18 ± 0,02 versus 0,33 ± 0,04, 0,27 ± 0,01 versus 0,41 ± 0,02 y 0,56 ± 0,03 versus 0,66 ± 0,03, respectivamente , PAG& lt0.05 Figura 4A). En ratones DIO, las sesiones diarias de WBPA durante 10 días no afectaron la tolerancia a la glucosa (Figura 4A), y WBPA durante 14 días no afectó la sensibilidad a la insulina (Figura 4B). El nivel de colesterol total pero no de triglicéridos fue significativamente menor después de 14 días de WBPA (Figura 4C). WBPA mejoró significativamente la recuperación del flujo sanguíneo a los 7 y 14 días después de la cirugía de la extremidad trasera en ratones DIO en comparación con ratones no WBPA (0.39 ± 0.05 versus 0.27 ± 0.01, 0.65 ± 0.02 versus 0.57 ± 0.03, respectivamente, PAG& lt0.05 Figura 4D y 4E). Estos resultados sugieren que la recuperación de flujo acelerada inducida por WBPA es independiente de la tolerancia a la glucosa y la sensibilidad a la insulina.

Figura 4. La aceleración periódica de todo el cuerpo (WBPA) promueve la recuperación del flujo sanguíneo en respuesta a la isquemia de las patas traseras en ratones obesos inducidos por la dieta (DIO). A, Efecto de WBPA sobre la tolerancia a la glucosa 10 días después de las sesiones diarias de WBPA. Ratones de tipo salvaje (WT), n = 5 ratones DIO, n = 7 ratones WBPA-DIO, n = 8. B, Efecto de WBPA sobre la sensibilidad a la insulina 14 días después de las sesiones diarias de WBPA. Ratones WT, n = 5 ratones DIO, n = 5 ratones WBPA-DIO, n = 4. C, Efecto de WBPA sobre el perfil lipídico 14 días después de las sesiones diarias de WBPA. Ratones WT, n = 5 ratones DIO, n = 6 ratones WBPA-DIO, n = 8. D, Imágenes de perfusión láser Doppler representativas de ratones DIO y WT. mi, Evolución temporal del análisis asistido por ordenador de la relación de flujo de perfusión láser Doppler. Ratones WBPA DIO, n = 8 ratones DIO de control, n = 7 ratones WBPA-WT, n = 5 ratones WT de control, n = 5. Los datos son la media ± SEM. *PAG& lt0.05 WT frente a WT + WBPA, **PAG& lt0.05 DIO frente a DIO + WBPA, †PAG& lt0.05 WT frente a DIO, ‡PAG& lt0.05 WT + WBPA frente a DIO + WBPA. n.s. indica no significativo.

Estudio clínico

WBPA mejora el flujo sanguíneo en la extremidad inferior de pacientes con PAD

También evaluamos el efecto de WBPA sobre el suministro de sangre en la extremidad inferior de pacientes con EAP. La tabla 2 resume las características clínicas de 15 pacientes con EAP. No se observaron complicaciones hemodinámicas o mecánicas durante el procedimiento o seguimiento (Figura 5A). WBPA de sesión única mejoró significativamente la relación isquémica / no isquémica del flujo sanguíneo en la extremidad inferior de 0,74 ± 0,21 a 0,87 ± 0,21 (PAG& lt0.05, Figura 5B y 5C). No hubo diferencias significativas en los datos hemodinámicos y de laboratorio, incluidos NO y VEGF, entre antes y después del procedimiento (Tabla 3).

Tabla 2. Características clínicas de los pacientes

Los datos se presentan como valor medio ± SEM o No. (%) de pacientes. WBPA indica ACE de aceleración periódica de todo el cuerpo, enzima convertidora de angiotensina ARB, bloqueadores de los receptores de angiotensina.

Figura 5. La aceleración periódica de cuerpo entero (WBPA) mejora el flujo sanguíneo en la extremidad inferior en pacientes con enfermedad arterial periférica. A, Sistema WBPA. B, Imágenes de la extremidad inferior isquémica de un paciente representativo con enfermedad arterial periférica antes y después de WBPA. C, Cambios en la relación isquémica / no isquémica del flujo sanguíneo después de una única sesión de WBPA (n = 10). D, Cambios en la relación isquémica / no isquémica del flujo sanguíneo después de una sesión diaria de WBPA durante 7 días (n = 5). Los datos son la media ± SEM.

Tabla 3. Hemodinámica y datos de laboratorio antes y después de una única sesión de WBPA

Los datos son la media ± SEM. WBPA indica WBC de aceleración periódica de todo el cuerpo, PCR de glóbulos blancos, LDL de proteína C reactiva, HDL de lipoproteína de baja densidad, VEGF de lipoproteína de alta densidad, factor de crecimiento endotelial vascular.

En los 5 pacientes que recibieron WBPA diariamente durante 7 días, la relación isquémica / no isquémica del flujo sanguíneo en la extremidad inferior aumentó de 0,85 ± 0,04 a 0,99 ± 0,08 (PAG= 0,007, Figura 5D). Curiosamente, el grado de mejora del flujo sanguíneo después de una semana de WBPA fue similar al de una WBPA de una sola sesión (0,14 ± 0,06 frente a 0,13 ± 0,12, PAG= 0,9), pero la variabilidad de la respuesta disminuyó en un 50%. Específicamente, la relación isquémica / no isquémica del flujo sanguíneo en la extremidad inferior disminuyó levemente o no cambió después de una sesión única de WBPA en 2 de 10 (20%) pacientes, mientras que el flujo sanguíneo mejoró en todos los pacientes (100%) después de 1 semana. WBPA.

Discusión

En el presente estudio, demostramos que el ejercicio pasivo con WBPA estimula la revascularización en un modelo murino de isquemia de las extremidades posteriores a través de un mecanismo dependiente de eNOS. El análisis histológico confirmó que WBPA promueve la angiogénesis a nivel microcirculatorio, lo que sugiere que este modo de ejercicio facilita tanto la arteriogénesis como la angiogénesis. El efecto estimulante de WBPA sobre el flujo sanguíneo también se documentó en un modelo de ratón de diabetes a pesar de que no hubo alteración en la tolerancia a la glucosa y la sensibilidad a la insulina. Además, tanto una sesión única como las sesiones repetidas de 7 días de WBPA mejoraron el flujo sanguíneo en las extremidades inferiores de los pacientes con EAP. Nuestros hallazgos sugieren que WBPA podría ser una intervención no invasiva potencialmente útil para facilitar la angiogénesis terapéutica.

Se sabe que el ejercicio mejora la función vascular de la endotelia periférica y coronaria, lo que lleva a una reducción de los eventos cardiovasculares. 24 En el entorno clínico, sin embargo, a veces es difícil aplicar la terapia de ejercicio en pacientes con enfermedades cardiovasculares crónicas. El ejercicio pasivo se refiere al ejercicio realizado sin control volitivo que puede verse como una modalidad alternativa y complementaria para el ejercicio activo. Se sabe que el ejercicio pasivo aumenta el flujo sanguíneo mediante efectos de bombeo mecánico o activación de reflejos. Por ejemplo, el movimiento pasivo con un dispositivo extensor de rodilla impulsado por motor mejoró la secreción del factor de crecimiento proangiogénico y aumentó la densidad capilar en el músculo esquelético. 25 El ejercicio de ciclo de piernas pasivo en la posición sentada aumentó la velocidad del flujo sanguíneo vascular en las piernas paralizadas de pacientes con paraplejía. 26 Por otro lado, los movimientos pasivos de las piernas y el ciclismo no afectaron la circulación arterial periférica evaluada mediante mediciones de eco Doppler en sujetos con lesión de la médula espinal. 27 En los presentes estudios experimentales y clínicos, demostramos una clara mejora del flujo sanguíneo por WBPA. Nuestros resultados están de acuerdo con los hallazgos de Adams et al, 28 quienes demostraron que WBPA aumentó el flujo sanguíneo regional en un modelo de cerdo anestesiado.

En nuestro estudio clínico, la administración diaria y en una sola sesión de WBPA durante 7 días mejoró significativamente el flujo sanguíneo en las extremidades inferiores de los pacientes con EAP. Curiosamente, el grado de mejora del flujo sanguíneo después de 7 días de WBPA fue similar al de una sola sesión de WBPA, aunque la variabilidad de la respuesta disminuyó en un 50%. Nuestro estudio clínico reciente mostró que una sola sesión de WBPA mejoró significativamente la microcirculación coronaria en pacientes con enfermedad de las arterias coronarias. 10 Recientemente, Miyamoto et al informaron que la WBPA de 4 semanas en pacientes con angina mejoró la capacidad de ejercicio, mejoró la isquemia miocárdica y mejoró la función del ventrículo izquierdo. 29 De acuerdo con estos informes, nuestros hallazgos proporcionan una prueba definitiva de que la WBPA mejora la función vascular tanto en la fase aguda como en la crónica.

Se sabe que la WBPA causa cambios internos de sangre; la plataforma de movimiento acelera y desacelera el flujo sanguíneo al agregar pulsos a la circulación, lo que aumenta la tensión de corte en el endotelio. 8 Braith et al 30 demostraron recientemente que la contrapulsación externa mejorada, que representa una opción de tratamiento ambulatorio no invasivo para pacientes con cardiopatías isquémicas, mejora la dilatación mediada por el flujo arterial periférico, aumenta los agentes vasoactivos derivados del endotelio y disminuye la producción de citocinas proinflamatorias. La contrapulsación externa mejorada aumenta el esfuerzo cortante y, por lo tanto, estimula la liberación de NO endotelial a través de la activación de eNOS. La evidencia sugiere que la señalización de eNOS participa en la regulación de la función de las células endoteliales y el crecimiento de los vasos sanguíneos en condiciones de estrés isquémico. 31 En el presente estudio, demostramos que el nivel de fosforilación de eNOS en el músculo esquelético aumentó significativamente por WBPA tanto en la fase aguda como crónica, y el efecto proangiogénico de WBPA en la extremidad isquémica se redujo en ratones con deficiencia de eNOS, lo que indica que la acción estimuladora de la WBPA sobre la revascularización depende, al menos en parte, de la eNOS.

La vía de señalización de eNOS juega un papel fundamental en la angiogénesis estimulada por factores de crecimiento. 18 Numerosos estudios informaron que la eNOS es un importante mediador descendente de varios factores de crecimiento angiogénicos, como FGF2, PDGF-B, factor 1α derivado de células estromales y VEGF. 32 Por otro lado, se informó que el NO, derivado de eNOS, actúa como promotor corriente arriba de la expresión de VEGF en ciertos tipos de células. 33,34 En el presente estudio, WBPA no aumentó los niveles de expresión de ARNm de VEGF en ratones deficientes en eNOS en la fase aguda de isquemia de las patas traseras, y WBPA prácticamente no tuvo efecto proangiogénico en ratones deficientes en eNOS. Junto con el informe anterior que muestra que WBPA provoca la liberación de cantidades significativas de NO en la circulación periférica, 11 nuestros hallazgos sugieren que WBPA promueve la angiogénesis a través del mecanismo dependiente de eNOS, y la regulación positiva de VEGF dependiente de NO facilita la angiogénesis en los músculos esqueléticos en la fase aguda. de isquemia de las patas traseras.

La diabetes es un factor de riesgo importante para la progresión de la EAP. 19 La diabetes también altera la angiogénesis del músculo esquelético a través de varias proteínas de la vía de señalización de la angiogénesis. 20-23 Especialmente, la señalización de eNOS juega un papel importante en la disfunción endotelial y la inflamación vascular en presencia de resistencia a la insulina. 35,36 Se informó que la producción de NO dependiente de eNOS es esencial para la activación de la señalización de la insulina. 37 Por lo tanto, es razonable especular que WBPA podría mejorar la tolerancia a la glucosa y la sensibilidad a la insulina. En este estudio, se observaron efectos proangiogénicos de WBPA en la extremidad isquémica en un modelo de ratón con diabetes; sin embargo, la tolerancia a la glucosa y la sensibilidad a la insulina no cambiaron después de 2 semanas de WBPA. Una de las razones de la falta de mejora de la tolerancia a la glucosa y la insulina es quizás la duración relativamente corta del estudio. Se justifican experimentos adicionales a largo plazo para investigar los efectos de WBPA sobre el metabolismo de la glucosa y los lípidos.

Se sabe que los músculos esqueléticos secretan factores que influyen en el comportamiento de las células vecinas o remotas. 38 Por ejemplo, el VEGF es secretado por los músculos esqueléticos para mantener la perfusión tisular, lo que ilustra un mecanismo a través del cual el reclutamiento de vasos sanguíneos puede acoplarse al crecimiento normal del tejido. 39 Utilizando ratones deficientes en VEGF específicos de miocitos, Olfert et al 40 demostraron que el VEGF expresado en los miocitos es necesario para el crecimiento de los vasos sanguíneos del músculo esquelético inducido por el ejercicio y que la capilaridad del músculo esquelético es un factor fundamental en la capacidad de ejercicio. En el presente estudio, se observaron aumentos significativos en los niveles de expresión de VEGF, FGF2 y PDGF-B en los tejidos del músculo esquelético. Se sabe que FGF2 y PDGF-B facilitan la recuperación del flujo sanguíneo en respuesta a la isquemia de las patas traseras, al menos en parte, mediante la estimulación de la secreción de VEGF 41 42 43 También usamos una matriz de anticuerpos de angiogénesis para examinar los efectos de WBPA en las proteínas circulantes relacionadas con la angiogénesis y encontró que WBPA aumentaba la expresión de factores de crecimiento angiogénicos no solo en la extremidad trasera isquémica solamente sino también en tejidos alejados del sitio isquémico. Aunque se desconocen los tipos de células específicos, la regulación positiva del factor de crecimiento angiogénico inducida por WBPA podría ser otro mecanismo que facilite la neovascularización inducida por isquemia.

En conclusión, nuestros resultados demostraron que WBPA mejoró el suministro de sangre a la extremidad trasera isquémica a través de su capacidad para activar la señalización de eNOS en el tejido del músculo esquelético y regular al alza la secreción del factor de crecimiento angiogénico. El ejercicio pasivo con un dispositivo WBPA podría ser una modalidad de ejercicio alternativa útil para los pacientes con EAP que no pueden ejercitarse de forma independiente.


Función de los músculos intercostales

Expansión de la cavidad torácica

En los seres humanos, los músculos intercostales juegan un papel importante en la respiración. Durante la inhalación, el diafragma se relaja, lo que permite que los pulmones se expandan. Los músculos intercostales más internos se relajan, mientras que los músculos intercostales externos se contraen, lo que hace que la cavidad torácica se expanda. Esta expansión permite que los pulmones se llenen de aire, debido a la presión negativa creada por el espacio extra. El aire llena los pulmones, se intercambian gases y es hora de exhalar.

Contracción de la cavidad torácica


Eche un vistazo de cerca a los atletas que compiten en los Juegos Olímpicos de Verano de este año en Londres y mdash, su musculatura le dirá mucho sobre cómo lograron su estatus de élite. Interminables horas de entrenamiento y compromiso con su deporte jugaron un papel importante en la construcción de los cuerpos que los llevaron a la principal competencia atlética del mundo. Eche un vistazo aún más de cerca, esto requiere microscopía y verá algo más, algo incrustado en los planos genéticos de estos hombres y mujeres jóvenes que es tan importante para su éxito.

En casi todos los casos, estos atletas se han dado cuenta de todo el potencial que ofrecen esos genes. Y ese potencial puede ser mucho mayor para empezar de lo que fue para el resto de los mortales. Por ejemplo, los genes en las células que componen las piernas del velocista Tyson Gay fueron codificados con instrucciones especiales para desarrollar muchos músculos de fibra rápida, dando a sus piernas una potencia explosiva fuera de los bloques de salida. En comparación, la velocidad máxima de contracción de los músculos de las piernas de la maratonista Shalane Flanagan, según lo dictan sus genes, es mucho más lenta que la de los gays, pero optimizada para la resistencia necesaria para correr durante horas seguidas con poco cansancio. Este ajuste fino genético también ayuda a los competidores en baloncesto, voleibol y natación sincronizada, aunque el impacto podría ser mucho menor porque el trabajo en equipo eficaz y el arbitraje también influyen en el éxito en esos deportes.

Cuando el arma se dispara para el sprint de 100 metros, cuando los nadadores Michael Phelps e Ian Thorpe llegan al agua, cuando Tom Daley salta de su plataforma de buceo, veremos lo mejor que el acervo genético mundial tiene para ofrecer, incluso aunque los científicos todavía están tratando de averiguar qué genes son. Desafortunadamente, la historia dicta que también podemos ver lo mejor en la manipulación genética, ya que algunos atletas presionan para lograr el máximo rendimiento con la ayuda de sustancias ilegales que son cada vez más difíciles de detectar.

El flaco de los músculos
El cuerpo humano produce dos tipos de fibras musculares esqueléticas: contracción lenta (tipo 1) y contracción rápida (tipo 2). Las fibras de contracción rápida se contraen muchas veces más rápido y con más fuerza que las de contracción lenta, pero también se fatigan más rápidamente. Cada uno de estos tipos de músculos se puede dividir en subcategorías, según la velocidad contráctil, la fuerza y ​​la resistencia a la fatiga. Las fibras de contracción rápida tipo 2B, por ejemplo, tienen un tiempo de contracción más rápido que el tipo 2A.

Los músculos se pueden convertir de una subcategoría a otra, pero no se pueden convertir de un tipo a otro. Esto significa que el entrenamiento de resistencia puede darle al músculo tipo 2B algunas de las características de resistencia a la fatiga del músculo tipo 2A y que el entrenamiento con pesas puede darle al músculo tipo 2A algunas de las características de fuerza del músculo tipo 2B. Sin embargo, el entrenamiento de resistencia no convertirá el músculo tipo 2 en tipo 1 ni el entrenamiento de fuerza convertirá el músculo de contracción lenta en rápido. Los atletas de resistencia tienen una mayor proporción de fibras de contracción lenta, mientras que los velocistas y saltadores tienen más de la variedad de contracción rápida.

Así como podemos alterar nuestra mezcla muscular solo hasta cierto punto, el crecimiento muscular también se regula cuidadosamente en el cuerpo. Sin embargo, una diferencia entre la composición y el tamaño del músculo es que este último se puede manipular más fácilmente. El factor de crecimiento similar a la insulina 1 (IGF-1) es tanto un gen como la proteína que expresa y que desempeña un papel importante durante el crecimiento infantil y estimula los efectos anabólicos, como el desarrollo muscular, cuando esos niños se vuelven adultos. IGF-1 controla el crecimiento muscular con la ayuda del miostatina (MSTN) gen, que produce la proteína miostatina.

Hace más de una década, H. Lee Sweeney, fisiólogo molecular de la Universidad de Pensilvania, dirigió un equipo de investigadores que utilizaron la manipulación genética para crear los "ratones Schwarzenegger" ligados a músculos. Ratones inyectados con una copia extra del IGF-1 gene añadió músculo y se volvió hasta un 30 por ciento más fuerte. Sweeney concluyó que es muy probable que las diferencias en los niveles de proteína IGF-1 y MSTN de una persona determinen su capacidad para desarrollar músculo cuando hace ejercicio, aunque admite que este escenario no se ha estudiado ampliamente.

El crecimiento y la resistencia de los músculos de fibra lenta también se pueden controlar mediante la manipulación genética. En agosto de 2004, un equipo de investigadores que incluía al Instituto Salk de Estudios Biológicos, Ronald Evans, informó que alteraron un gen llamado PPAR-Delta para mejorar su actividad en ratones, ayudando a nutrir los músculos de contracción lenta resistentes a la fatiga. Estos denominados "ratones de maratón" podrían correr el doble de lejos y durante casi el doble de tiempo que sus homólogos no modificados.

Esta capacidad demostrada para jugar con los tipos de músculos de contracción rápida o lenta plantea la pregunta: ¿Qué pasaría si se introdujeran genes para construir músculos de contracción rápida y lenta en un atleta? "Hemos hablado de hacerlo, pero nunca lo hemos hecho", dice Sweeney. "Supongo que terminará con un compromiso que sería adecuado para un deporte como el ciclismo, donde necesita una combinación de resistencia y potencia". Aún así, agrega Sweeney, ha habido pocas razones científicas (que se traducen en financiamiento) para realizar un estudio de este tipo en ratones, y mucho menos en seres humanos.

La manipulación genética tendrá su impacto más significativo en el tratamiento de enfermedades y la promoción de la salud en lugar de mejorar las habilidades atléticas, aunque los deportes sin duda se beneficiarán de esta investigación. Los científicos ya están estudiando si las terapias genéticas pueden ayudar a las personas que padecen enfermedades musculares como la distrofia muscular. "Se ha aprendido mucho sobre cómo podemos fortalecer y agrandar los músculos y contraerlos con mayor fuerza", dice Theodore Friedmann, genetista de la Universidad de California, San Diego, y director de un panel asesor de dopaje genético para el World Anti- Agencia de Dopaje (WADA). Los estudios científicos han introducido la proteína IGF-1 en el tejido del ratón para prevenir la degradación normal de los músculos durante el envejecimiento. "En algún momento se podrían hacer esfuerzos para lograr lo mismo en las personas", agrega. "¿Quién no haría cola para algo como esto?"

La terapia génica ya ha demostrado su utilidad en estudios no relacionados con el tratamiento muscular. En diciembre de 2011, por ejemplo, un equipo de investigadores británicos informó en El diario Nueva Inglaterra de medicina que pudieron tratar a seis pacientes con hemofilia B y enfermedad de mdasha en los que la sangre no puede coagularse adecuadamente para controlar el sangrado y mdash mediante el uso de un virus para transmitir un gen que les permite producir más del agente de coagulación, el factor IX.

Objetivos difíciles
A pesar de los experimentos con los niveles de proteína IGF-1 y MSTN en el músculo del ratón, identificar qué genes son directamente responsables de la destreza atlética es un asunto complicado. "Lo que hemos aprendido durante los últimos 10 años desde la secuenciación del genoma humano es que hay mucha más complejidad aquí de lo que imaginamos", dice Stephen Roth, profesor asociado de fisiología del ejercicio de la Universidad de Maryland. envejecimiento y genética. “Todo el mundo quiere saber cuáles son los genes que contribuyen al rendimiento deportivo en general, la fuerza muscular o la capacidad aeróbica o algo por el estilo. Todavía no tenemos objetivos concretos que la comunidad científica reconozca sólidamente por su contribución al rendimiento deportivo ''.

En 2004, los científicos habían descubierto más de 90 genes o ubicaciones cromosómicas que pensaban que eran los más responsables de determinar el rendimiento deportivo. Hoy el recuento ha aumentado a 220 genes.

Incluso con esta falta de certeza, algunas empresas ya han intentado explotar lo aprendido hasta ahora para comercializar pruebas genéticas que, según afirman, pueden revelar las predisposiciones atléticas de un niño. Estas empresas "están escogiendo algo de literatura y diciendo:" Oh, estas cuatro o cinco variaciones genéticas te dirán algo ", explica Roth. Pero la conclusión es que cuantos más estudios hayamos hecho, menos seguros estamos de que alguno de estos genes sea realmente un gran contribuyente por sí mismo ''.

Atlas Sports Genetics, LLC, en Boulder, Colorado, comenzó a vender una prueba de 149 dólares en diciembre de 2008 que, según la compañía, podría detectar variantes del gen. ACTN3, que en los atletas de élite se asocia con la presencia de la proteína alfa-actinina-3 que ayuda al cuerpo a producir fibras musculares de contracción rápida. El músculo en ratones de laboratorio que carece de alfa-actinina-3 actúa más como fibra muscular de contracción lenta y utiliza la energía de manera más eficiente, una condición más adecuada para la resistencia que para la masa y la potencia. "La dificultad es que los estudios más avanzados no han encontrado exactamente cómo la pérdida de alfa-actinina-3 afecta la función muscular en humanos", dice Roth.

AS, otro gen estudiado en relación con la resistencia física, ha arrojado resultados inciertos. Los investigadores originalmente argumentaron que las personas con una variante de AS sería mejor en los deportes de resistencia y aquellos con una variante diferente se adaptarían mejor a la fuerza y ​​la potencia, pero los hallazgos no han sido concluyentes. Asi que aunque AS y ACTN3 son los genes más reconocidos cuando se trata de atletismo, ninguno de los cuales predice claramente el rendimiento. La idea predominante hace 10 o 15 años de que podría haber dos, tres o cuatro genes contribuyentes realmente fuertes a un rasgo particular como la fuerza muscular "se está desmoronando", dice Roth. & quot; Nos hemos dado cuenta, y se acaba de comprobar en los últimos años, que no es del orden de 10 o 20 genes, sino cientos de genes, cada uno con variaciones realmente pequeñas y un gran número de combinaciones posibles. de esos muchos, muchos genes que pueden resultar en una predisposición a la excelencia.

"Nada en la ciencia cambió", agrega. "Hicimos una conjetura desde el principio que resultó no ser correcta en la mayoría de los casos". Esa es la ciencia ".

Dopaje genético
La AMA pidió ayuda a Friedmann después de los Juegos Olímpicos de verano de Sydney 2000 después de que comenzaran a circular rumores de que algunos de los atletas habían sido modificados genéticamente. No se encontró nada, pero la amenaza parecía real. Los funcionarios estaban al tanto de un ensayo reciente de terapia génica en la Universidad de Pensilvania que había resultado en la muerte de un paciente.

"En medicina, los pacientes y la profesión aceptan tales riesgos de que se está asumiendo el peligro con el propósito de curar y prevenir el dolor y el sufrimiento", dice Friedmann. “Si esas mismas herramientas cuando se aplicaran a un joven atleta sano salieran mal, habría mucho menos consuelo ético por haberlo hecho. Y a uno no le gustaría estar en medio de una sociedad que acepta ciegamente tirar [eritropoyetina (EPO)] genes en los atletas para que puedan tener un mejor rendimiento de resistencia. & quot EPO ha sido un objetivo favorito para las personas interesadas en manipular la producción de sangre en pacientes con cáncer o enfermedad renal crónica. También ha sido utilizado y abusado por ciclistas profesionales y otros atletas que buscan mejorar su resistencia.

Otro esquema ha sido inyectar a los músculos de un atleta un gen que suprime la miostatina, una proteína que inhibe el crecimiento muscular. Con eso, Sweeney dice, "estás listo y corriendo como un drogadicto genético". No sé si alguien lo está haciendo, pero creo que si alguien con formación científica lee la bibliografía, podría descubrir cómo tener éxito en este punto, aunque las pruebas de inhibidores de miostatina inyectados directamente en músculos específicos no lo han hecho. progresó más allá de los animales.

Inhibidores de miostatina, así como EPO y IGF-1 Los genes han sido los primeros candidatos para el dopaje genético, pero no son los únicos, dice Friedmann. los factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) El gen instruye al cuerpo para que forme proteínas de señal que lo ayudan a aumentar el flujo sanguíneo al hacer brotar nuevos vasos sanguíneos en el músculo. Estas proteínas se han utilizado para tratar la degeneración macular y restaurar el suministro de oxígeno a los tejidos cuando la circulación sanguínea es inadecuada. Otros genes tentadores podrían ser los que afectan la percepción del dolor, regulan los niveles de glucosa, influyen en la adaptación del músculo esquelético al ejercicio y ayudan a la respiración.

Juegos en los Juegos Olímpicos de 2012
La manipulación genética es un gran comodín en los Juegos Olímpicos de este año, dice Roth. "La gente ha estado prediciendo durante los últimos Juegos Olímpicos que habrá dopaje genético en los próximos Juegos Olímpicos, pero nunca ha habido evidencia sólida". La terapia génica a menudo se estudia en un contexto médico, y muchas veces falla, dijo. notas. "Incluso si se sabe que una terapia génica es sólida en términos de tratamiento de una enfermedad, cuando la arrojas al contexto del rendimiento deportivo, estás lidiando con lo desconocido".

La presencia de dopaje genético es difícil de detectar con certeza. La mayoría de las pruebas que podrían tener éxito requieren muestras de tejido de atletas bajo sospecha. "Estamos hablando de una biopsia muscular, y no hay muchos atletas que estén dispuestos a dar muestras de tejido cuando se estén preparando para competir", dice Roth. No es probable que la manipulación genética se manifieste en el torrente sanguíneo, la orina o la saliva, por lo que es poco probable que las pruebas relativamente no intrusivas de esos fluidos determinen mucho.

En respuesta, la AMA ha adoptado un nuevo enfoque de prueba llamado Pasaporte Biológico del Atleta (ABP), que se utilizará en los Juegos Olímpicos de Londres. Varias autoridades deportivas internacionales como la Unión Ciclista Internacional también han comenzado a utilizarlo. La clave del éxito de ABP es que, en lugar de buscar ad hoc a un agente específico, como EPOEl programa monitorea el cuerpo de un atleta a lo largo del tiempo para detectar cambios repentinos, como un aumento en el recuento de glóbulos rojos.

Otra forma de detectar la presencia de dopaje genético es reconocer cómo el cuerpo responde a un gen extraño y, notablemente, los mecanismos de defensa que podría desplegar. "El efecto de cualquier fármaco o gen extraño será complicado por un organismo que intente evitar el daño de esa manipulación", dice Friedmann, en lugar de los cambios intencionados inducidos por EPO, por ejemplo.

Los Juegos Olímpicos dejan en claro que no todos los atletas son creados iguales, pero que el trabajo duro y la dedicación pueden dar a un atleta al menos una posibilidad externa de victoria, incluso si los competidores provienen del extremo más profundo del acervo genético. "El desempeño de élite es necesariamente una combinación de talento genético y entrenamiento que explota esos dones", dice Roth. “Si pudieras igualar todos los factores ambientales, entonces la persona con alguna ventaja física o mental ganaría la competencia. Afortunadamente, esos factores ambientales entran en juego, lo que le da al deporte la incertidumbre y la magia que anhelan los espectadores ''.


Células primarias del músculo esquelético humano y medios de crecimiento

Las nuevas células del músculo esquelético se originan a partir de células satélite inactivas, que residen en las fibras musculares entre la lámina basal y el sarcolema. Las células satélite en reposo se activan por estímulos como el daño muscular. Después de la activación, las células, ahora llamadas mioblastos, comienzan a proliferar y fusionarse con fibras musculares dañadas o entre sí formando nuevos miotubos. Al estudiar el daño muscular, se ha demostrado que las células primarias del músculo esquelético humano (SkMC) son útiles para dilucidar los mecanismos de regeneración y diferenciación muscular, así como para modelar enfermedades y trastornos neuromusculares.

Las células primarias del músculo esquelético humano PromoCell® se producen a partir del tejido del músculo esquelético humano normal de diferentes ubicaciones, incluido M. pectoralis major o M. gluteus (la información de la fuente específica del lote está disponible a pedido). Estas células pueden inducirse a diferenciarse en sincitios multinucleados utilizando el medio de diferenciación de células de músculo esquelético PromoCell®. Poco después del aislamiento, todas las células del músculo esquelético humano se criopreservan en el pase 2 (P2) usando un medio de congelación patentado, Cryo-SFM (C-29910). Cada criovial contiene al menos 500.000 células viables después de la descongelación. Las células del músculo esquelético humano también están disponibles como cultivos celulares en proliferación generados a partir de células criopreservadas que se han descongelado y cultivado durante tres días.

Protocolo de diferenciación de células del músculo esquelético humano (ver más abajo)

El medio de crecimiento de células de músculo esquelético es un medio con bajo contenido en suero desarrollado para la expansión de cultivos de células de músculo esquelético humano. El medio de diferenciación de células de músculo esquelético es un medio sin suero desarrollado para inducir la fusión de células de músculo esquelético a miotubos con sincitios multinucleados típicos. Estos medios están optimizados para el crecimiento de células humanas primarias, pero también se pueden usar para células de músculo esquelético de ratón, rata, canino y conejo. El medio de crecimiento de células musculares esqueléticas está disponible en dos formatos: "listo para usar" o "kit". La opción “lista para usar” consiste en una botella de 500 ml de medio basal y un vial de SupplementMix. El kit de medio de crecimiento de células musculares esqueléticas consta de una botella de 500 ml de medio basal y el paquete de suplementos (un conjunto de viales individuales con suplementos medidos previamente), lo que le da al usuario un control total sobre la formulación del medio. El SupplementMix o SupplementPack se agrega al medio basal para preparar el medio completo de células musculares esqueléticas. Basal Medium (con o sin rojo de fenol), SupplementMix y SupplementPack también están disponibles para compra individual.

Detalles de la suplementación de los medios de células del músculo esquelético

El medio de crecimiento de las células del músculo esquelético contiene todos los factores de crecimiento y los suplementos necesarios para el crecimiento óptimo de las células del músculo esquelético humano, incluido el factor de crecimiento epidérmico, el factor de crecimiento básico de fibroblastos y la insulina (tabla 1). El medio de diferenciación de células musculares esqueléticas es un medio sin suero que contiene insulina. Estos medios no contienen antibióticos ni antimicóticos y están formulados para su uso en una incubadora con una atmósfera de 5% de CO2


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