Metabolic regulation and production of oxygen reactive species during muscule contraction: effect of glycogen on intracellular redox state

Acadêmica: Aildes Sardi

Resenha de:

Regulação metabólica e produção de espécies reativas de oxigênio durante a contração muscular: efeito do glicogênio na manutenção do estado redox intracelular

Metabolic regulation and production of oxygen reactive species during muscule contraction: effect of glycogen on intracellular redox state

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RESUMO

O exercício físico prolongado reduz os estoques de glicogênio muscular. Levando aos processos de fadiga muscular. A suplementação de carboidratos ou de antioxidantes isoladamente contribui para a melhora da performance muscular, durante a atividade física. Embora o mecanismo seja desconhecido a disponibilidade de glicogênio poderia favorecer uma maior atividade da via das pentoses fosfato, aumentando a disponibilidade de NADPH e GSH no tecido muscular esquelético com maior capacidade antioxidante aumentaria a capacidade do tecido muscular em atividade. Neste processo, o ciclo glicose-ácido graxo pode ser importante aumentando a oxidação de lipídio e reduzindo o consumo de glicogênio durante a atividade prolongada.

Palavras-chave: fadiga, antioxidantes, metabolismo, músculo esquelético, exercício prolongado.

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INTRODUÇÃO

O papel protetor da glutationa como antioxidante durante a atividade física tem sido extensivamente investigado. O glutationa é um dos principais antioxidantes do tecido muscular esquelético com a função vital na manutenção do estado redox intracelular durante a contração(1-3) e protegendo este tecido contra o ataque oxidativo imposto pela elevada taxa metabólica). Em adição, várias proteínas incluindo proteínas quinases, fatores de transcrição e enzimas do metabolismo celular possuem propriedades redox sensitivas em resíduos de cisteína ricos em grupos tióis(2

Esta função é especialmente importante durante a atividade muscular extenuante onde a produção de espécies reativas de oxigênio é substancialmente aumentada na medida em que o processo de fadiga aproxima-se(7-9). Este fato sugere uma associação entre a redução dos estoques intramusculares de glicogênio e o aumento de espécies reativas de oxigênio na fadiga muscular.

No tecido muscular esquelético, a oxidação de glutationa excede a capacidade intracelular de reoxidação, resultando em aumento na razão glutationa oxidada/glutationa reduzida(1,3,4). NADPH+ é utilizado como substrato pela enzima glutationa redutase, gerando como produto glutationa, o principal substrato para o sistema glutationa peroxidase.

O Glicogênio Como Regulador da Produção de Espécies Reativas de Oxigênio

Há mais de 60 anos, há evidências de que o aumento das concentrações endógenas de glicogênio antes do exercício eleva a capacidade do atleta de realizar atividade física de longa duração(16,17). Apesar do consenso de que a depleção do glicogênio favorece a fadiga muscular. Em adição a esse mecanismo, um menor conteúdo de glicogênio muscular e hepático reduziria a disponibilidade de G6-P, um importante intermediário da via glicolítica e responsável pela manutenção do fluxo de substratos para a via das pentoses(15).

Em suporte a essa proposta, Vina et al.(24), comparando valores pré com os de pós- exercício exaustivo, verificaram em ratos e humanos um aumento nas concentrações sanguíneas de glutationa oxidada de até 3,5 vezes. O exercício físico aumenta a oxidação de glutationa no sangue, músculo e fígado.

Quando a oxidação de glutationa é baixa, grande parte da glutationa oxidada produzida no tecido muscular pode ser rapidamente regenerada pelo sistema glutationa redutase/NADPH+(3,4,24). Porém, alterações do balanço redox para um estado mais oxidado pode comprometer a capacidade desse sistema, favorecendo a ocorrência de estresse oxidativo(2,3,7,26).

Efeito do Ciclo Glicose-Ácido Graxo na Regeneração de Glutationa

Os ácidos graxos, por apresentarem uma estrutura altamente rica em elétrons (reduzida), possuem alta capacidade de produzir energia oxidativa(16,17). Em condições de oferta lipídica elevada, como verificado no jejum ou demonstrado originalmente em músculo esquelético, cardíaco e no tecido hepático, este mecanismo é mantido por uma elevada razão das concentrações de acetil-CoA/CoA-SH, como conseqüência de uma alta taxa de oxidação de ácidos graxos, seguido de aumento no conteúdo intracelular de citrato e glicose-6-fosfato. O acúmulo de acetil-CoA reduz a atividade do complexo piruvato desidrogenase (PDH), via ativação da piruvato desidrogenase quinase, a enzima responsável pela fosforilação e inativação do complexo, reduzindo a oferta de piruvato (glicose) como substrato oxidativo.

Anaplerose e Produção de Espécies Reativas de Oxigênio

Embora a via das pentoses seja um importante fornecedor de NADPH em diferentes tecidos, sua atividade é mais alta em tecidos com capacidade elevada de síntese de lipídio, como é o caso do fígado e dos adipócitos(15).

Embora o mecanismo completo pelo qual a redução das concentrações de glicogênio reduz a performance seja apenas parcialmente conhecido(19,20,33), é possível que uma redução nas concentrações de intermediários do ciclo de Krebs esteja envolvido.

Um aumento da atividade anaplerótica pelas vias acima descritas poderia contribuir com o aumento do fluxo de entrada de substratos no ciclo de Krebs(11,20,35,36,38), favorecendo a atividade da isocitrato desidrogenase e consequentemente a síntese de NADPH+, importante doador de elétrons para a regeneração de glutationa no músculo(32). Em adição, o fluxo de substratos no ciclo de Krebs pode ser regulado pelo aumento de ADP/ATP, Ca++ e NAD/NADH+, importantes moduladores do complexo piruvato desidrogenase(15), e das enzimas reguladoras do ciclo (non-equilibrium, G-), citrato sintase, isocitrato desidrogenase e -cetoglutarato desidrogenase. Igualmente ao efeito da produção elevada de oxidantes na diminuição da força de contração do músculo esquelético in vitro citado anteriormente(12), Taegtmeyer et al.(39) demonstraram em músculo cardíaco, que uma redução da concentração dos intermediários do ciclo de Krebs reduz