Caracterización y modulación de los cambios en músculos esqueléticos de rata secundarios a la uremia y a la obesidad

Resumen

El resumen de la tesis para la base de datos Teseo debe ser una presentación de la tesis y tener la extensión suficiente para que quede explicado el argumento de la tesis doctoral. El formato debe facilitar la lectura y comprensión del texto a los usuarios que accedan a Teseo, debiendo diferenciarse las siguientes partes de la tesis: 1. introducción o motivación de la tesis El músculo esquelético, es un tejido altamente especializado, con gran capacidad de adaptación ante estímulos intrínsecos y extrínsecos, se encuentra severamente impactado por la insuficiencia renal crónica, la obesidad y sus comorbilidades asociadas (hiperparatiroidismo secundario, alteraciones del metabolismo mineral, resistencia a la insulina, síndrome metabólico, y diabetes tipo 2), problemas de salud que afectan con gran prevalencia a la población mundial. La finalidad de esta tesis fue evaluar el alcance de la plasticidad muscular asociada a la enfermedad renal crónica y a la obesidad. Así como desarrollar estrategias que sirvan para contrarrestar los efectos adversos de estas entidades patológicas sobre el músculo esquelético. Para conseguir estos objetivos se realizaron cuatro estudios independientes pero complementarios. 2. contenido de la investigación Métodos. Como métodos comunes en los cuatro estudios realizados se citan los siguientes: al momento del sacrificio de los animales en experimentación, se procedió a la toma de muestras de sangre para la determinación de diversos parámetros bioquímicos, acorde a lo requerido en cada estudio. Posteriormente se realizó la disección de dos músculos en el miembro pelviano de la rata, el músculo sóleo y el músculo tibial craneal, con características estructurales y funcionales diferentes, los cuales fueron seleccionados considerando que el primero representa un músculo rojo, de contracción lenta (con predominio de fibras musculares lentas resistentes a la fatiga), activo al descanso por actuar como soporte estructural (antigravitatorio).Y el segundo un músculo blanco, típico de contracción rápido (con predominio de fibras de contracción rápida), inactivo al descanso, en la cual sus fibras son reclutadas en alta actividad física. Ambos músculos fueron removidos completamente, posteriormente fueron procesados para inmunohistoquímica (con anticuerpos monoclonales específicos contra las isoformas de cadenas pesadas de miosina), histoquímica enzimática cuantitativa, histología, análisis de imagen y morfometría. Además de análisis bioquímicos y determinación de proteínas por Western blot. Los datos obtenidos fueron analizados por pruebas estadísticas utilizando el programa Statistica 7.0 para Windows (StatSoft I, Statistica, Data software System, www.statsoft.com) de acuerdo a los planteamientos de cada caso. En cada estudio realizado fueron considerados los siguientes diseños experimentales: Estudio 1: Para este estudio se uso como modelo experimental ratas Wistar de ambos sexos, de 3.5-4 meses de edad (n=27 ratas, 13 hembras y 14 machos). En forma aleatoria se agruparon en 2 grupos, conformando el grupo control con operación simulada (So; n=10, 4 hembras y 6 machos) y un grupo al cual se les realizó una nefrectomía 5/6 (Nx, n=17 ratas, 9 hembras y 8 machos). Se tomaron los músculos sóleo y tibial craneal en ambos grupos para valorar los rasgos contráctiles, metabólicos y morfológicos de los tipos de fibras. Además se realizaron determinaciones de bioquímica sanguínea (creatinina y nitrógeno ureico sanguíneo), niveles plasmáticos de testosterona y determinación a nivel de proteína del factor inducible de hipoxia 1 α Estudio 2: En este estudio se utilizaron ratas Wistar de ambos sexos, con edades comprendidas entre 3.5-4 meses). Los animales se agruparon en cinco grupos, tres grupos de ratas fueron sometidas a nefrectomía subtotal de 5/6 (Nx) las cuales recibieron una dieta estándar en fósforo (0.6%, Nx-Sd), o una dieta alta en fósforo (0.9%, Nx-Pho), o una dieta alta en fósforo más calcitriol (10 ng/kg 3 días/semana intraperitoneal Nx-Pho + Cal) y los otros dos grupos de ratas fueron sometidas a operación simulada (So) y recibieron una dieta estándar o una dieta alta en fósforo (So-Pho) durante 12 semanas. El propósito del estudio fue examinar las proporciones y los rasgos metabólicos y contráctiles de los tipos de fibras en los músculos sóleo y tibial craneal de ratas urémicas comparadas con ratas controles con operaciones simuladas (So). También se determinaron otros parámetros de bioquímica sanguínea (creatinina, nitrógeno ureico sanguíneo, Ca2+, P, bicarbonato, factor de desarrollo fibroblástico 23 y niveles plasmáticos de hormona paratiroidea), así como la ingesta de alimentos, peso corporal, peso muscular e índice somático muscular. Estudio 3: Para este estudio el modelo experimental empleado fue la utilización de ratas Zucker obesas (fa/fa) y ratas Zucker delgadas (Fa/Fa o Fa/fa), hembras, de 16 semanas (n=20 ratas/grupo), en las cuales se evalúo en el músculo sóleo y tibial craneal, el diámetro menor, la composición fibrilar y la actividad histoquímica succínico deshidrogenasa (usado como marcador oxidativo en el músculo). Asimismo, se realizo la determinación de diversos parámetros en la bioquímica sanguínea (glucosa, colesterol, triglicéridos, insulina, factor de desarrollo fibroblástico 21 y leptina). Además, se realizo la determinación proteica por western blot de receptores de peroxisomas PPAR γ y PGC1α, la actividad enzimática de la citrato sintetasa y la predicción de la velocidad de acortamiento muscular. Estudio 4: En este estudio se usaron 2 grupos de ratas Zucker obesas (fa/fa) y un grupo de ratas Zucker delgadas (Fa/Fa o Fa/fa), hembras, de 16 semanas de edad. El primer grupo fue alimentado con cápsulas de gelatinas con mangiferina (15 mg/kg peso vivo/día) y el segundo grupo (grupo placebo) sin mangiferina durante 8 semanas. El tercer grupo recibió las mismas cápsulas de gelatina sin mangiferina, sirviendo como controles no obesos y no diabéticos. Se tomaron los músculos sóleo y tibial craneal, siendo analizados los parámetros de diámetro menor, la composición fibrilar y la actividad histoquímica succínico deshidrogenasa (marcador oxidativo) de los distintos tipos de fibras. También se determinaron parámetros bioquímicos (glucosa, colesterol, fracciones de colesterol, triglicéridos, insulina, adiponectina, factor de desarrollo fibroblástico 21 y leptina), ingesta de alimentos, peso corporal, peso muscular e índice somático muscular, así como la predicción de la velocidad de acortamiento muscular. Resultados. En el estudio # 1 se obtuvieron los siguientes resultados: en el músculo tibial de las ratas Nx se observó una transformación tipo-fibrilar lenta a rápida, la cual fue especialmente manifiesta en machos. Esta adaptación se acompañó de una disminución de la capacidad oxidativa y densidad capilar, un incremento de la capacidad glucolítica, y no se percibieron cambios en el tamaño y densidad nuclear de los distintos tipos de fibras musculares. También se observó una trasformación metabólica oxidativa a glucolítica en las fibras del músculo sóleo de las ratas Nx macho, pero no en las hembras. Los niveles séricos de testosterona disminuyeron el 50% de su valor basal en las ratas Nx macho, pero no en las hembras. El nivel de proteínas del factor inducible de hipoxia 1α disminuyó un 42% en el músculo tibial de las ratas Nx machos. En el estudio # 2 mediante un análisis estadístico multivariante en el que se consideraron todas las características de los tipos de fibras musculares se demostró que las ratas Nx-Pho + Cal mostraban fenotipos musculares con características intermedias entre las ratas Nx-Pho y So-Pho, y que los cambios musculares inducidos por la uremia fueron de mayor magnitud en las ratas Nx-Pho que en las ratas Nx-Sd. En ratas urémicas, el tratamiento con calcitriol preservó la composición de los tipos de fibras y la capilarización de las fibras musculares. Estudio # 3: La masa muscular y el diámetro fibrilar menor de ambos músculos fueron menores en los animales obesos que, en los delgados, incluso cuando el peso corporal incrementó en las ratas obesas. También se observó un fenotipo tipo-fibrilar más rápido en los músculos rojo y blanco de los individuos obesos, en comparación con los delgados. Estas adaptaciones estuvieron acompañadas por un incremento generalizado de la capacidad oxidativa de todos los tipos de fibras en ambos músculos. Estudio # 4: Un análisis multivariante con todos los rasgos de los tipos de fibras musculares indicó que las ratas obesas tratadas con mangiferina mostraron fenotipos musculares esqueléticos significativamente distintos al de las ratas obesas del grupo placebo y al de las ratas delgadas. El tratamiento con mangiferina preservó significativamente la masa muscular esquelética, el tamaño fibrilar transversal, y la composición tipo fibrilar, y mejoró la capacidad oxidativa de las fibras musculares. 3. Conclusión La respuesta adaptativa del músculo esquelético a la uremia ha sido músculo-específica, con el músculo rápido, el m. tibial craneal, mostrando una transformación tipo fibrilar lento a rápido, una conversión enzimática oxidativa a glucolítica y una disminución del lecho capilar, a diferencia del músculo lento, el m. sóleo, con una discreta transformación fibrilar de rápido a lento, una conversión enzimática oxidativo a glucolítico, una hipertrofia fibrilar y una proliferación mionuclear. Los cambios musculares fueron más pronunciados en machos que en hembras, evidenciando que la disminución de la testosterona en machos, desempeño un papel importante en los cambios observados en la plasticidad muscular inducida por una uremia crónica en individuos con 12 semanas de nefrectomía. Así mismo la disminución del factor inducible de hipoxia 1 α observado explican la disminución de la densidad capilar en el músculo rápido aunque no los cambios en el fenotipo contráctil y metabólico observados lo que sugiere una alteración en la respuesta celular a la hipoxia en condiciones de músculos urémicos. La hiperfosfatemia incrementa los cambios musculares observados en individuos con nefrectomía de 12 semanas, siendo contrarrestado por el suministro de dosis bajas de calcitriol (10 ng/kg, 3 días/semana, intraperitoneal), siendo este efecto más evidente en el músculo rápido que en el músculo lento, evidenciándose la estabilización de las proporciones de los tipos de fibras musculares, una hipertrofia fibrilar discreta, un incremento del tamaño del dominio mionuclear, mejora del cociente metabólico oxidativo/glucolítico y neovascularización de las fibras musculares. La respuesta adaptativa del músculo esquelético de rata a la obesidad muestra una inhibición generalizada del desarrollo de la fibra muscular, un cambio significativo hacia un fenotipo tipo-fibrilar de perfil más rápido, con una modificación hacia un fenotipo metabólico más oxidativo. Siendo estas adaptaciones inespecíficas con relación a la estructura y función de los músculos esqueléticos. La suplementación de la dieta con dosis bajas de mangiferina (15 mg/kg de peso vivo/día, oral) durante 8 semanas atenúa significativamente los cambios adversos observados en músculos esqueléticos rojo y blanco secundarios a la obesidad. Esta acción consistió en la conservación de la masa muscular esquelética y de la composición de los tipos de fibras musculares, así como en la mejora de la capacidad oxidativa de las fibras musculares. En consecuencia, la mangiferina puede ser un suplemento dietético de utilidad para prevenir los cambios adversos que ocurren en músculos esqueléticos secundarios a la obesidad, mejorando así las alteraciones metabólicas asociadas a este problema de salud. 4. Bibliografía (1) Adams GR and Vaziri ND (2006) Skeletal muscle dysfunction in chronic renal failure: effects of exercise. Am J physiol Renal Physiol 290:F753-F761 (2) Al-Hayk, K y Bertorini, T E (2007) Neuromuscular complications in uremics: a review. Neurologist 13: 188-196 (3) Aleixandre A and Miguel M (2008) Zucker rats as an experimental model for the study of various diseases. Endocrinol Nutr 55: 217-222 (4) Argiles JM, Busquets S, Alvarez B, Lopez-Soriano FJ (1999) Mechanism for the increased skeletal muscle protein degradation in the obese Zucker rat. J Nut Biochem 10:244-248 (5) Benard O, Chi Y (2015) Medicinal properties of mangiferin, structural features, derivative synthesis, pharmacokinetics and biological activities. Mini Rev Med Chem 15:582-594 (6) Clyne, N et al. (1993) Effects of renal failure on skeletal muscle. Nephron 63(4):395-9 (7) Delp M. D and Duan Ch (1996) Composition and size of type I, IIA, IID/X, and IIB fibers and citrate synthase activity of rat muscle. J Appl Physiol 80(1):261-270 (8) Diesel W et al. (1993) Morphologic features of the myopathy associated with chronic renal failure. Am J Kidney Dis 22(5):677-84 (9) Flisinski M et al. (2014) Morphometric analysis of muscle fibre types in rat locomotor and postural skeletal muscles in different stages of chronic kidney disease. J Physiol Pharmacol 65:567-576 (10) Girgis CM, Clifton-Bligh RJ, Hamrick MW, Holick MF, Gunton JE (2013) The roles of vitamin D in skeletal muscle: form, function, and metabolism. Endocr Rev 34:33-83 (11) Lunde IG, Anton SL, Bruusgaard JC, Rana ZA, Ellefsen S, and Gundersen K (2011) Hypoxia inducible factor 1 links fast patterned muscle activity and fast muscle phenotype in rats. J Physiol 589: 1443-1454 (12) Rasbach KA, Gupta RK, Ruas JL, Wu J, Naseri E, Estall JL, Spiegelman BM (2010) PGC-1alpha regulates a HIF2 alpha dependent switch in skeletal muscle fiber types. Proc Natl Acad Sci USA 107:21866-21871 (13) Saliba W, El-Haddad B (2009) Secondary hyperparathyroidism: pathophysiology and treatment. J Am Board Fam Med 22:574-581 (14) Starkey JD (2014) A role for vitamin D in skeletal muscle development and growth. J Anim Sci 92: 887-892