AVALIAÇÃO METABÓLICA DO EQÜINO ATLETA *

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1 AVALIAÇÃO METABÓLICA DO EQÜINO ATLETA * INTRODUÇÃO Um dos motivos do grande sucesso na parceria do eqüino com o homem é a sua capacidade de correr e saltar. A locomoção eficaz depende da coordenação de diversos sistemas orgânicos e, nesse sentido, os músculos esqueléticos desempenham papel fundamental para a realização das atividades físicas. No presente trabalho serão discutidos conceitos sobre o metabolismo do exercício e os indicadores da avaliação da performance esportiva e de trabalho nos eqüinos. SISTEMA MUSCULAR Estrutura. O músculo esquelético mamífero é constituído de aproximadamente 75% de água, 18 a 22% de proteína, 1% de carboidratos, 1% de sais minerais,.e um teor lipídico variável. Dependendo da raça e do tipo, calcula-se que entre 44 a 53% do peso vivo de um eqüino adulto de 500 kg corresponda a músculo. Células multinucleadas fusiformes denominadas miofibras constituem 75 a 90% do volume do músculo. Além disso, observam-se fibroblastos, capilares, células adiposas, nervos e fibras de tecido conjuntivo em proporção variada, dependendo do músculo. Verificam-se órgãos tendinosos de Golgi nas principais origens e inserções tendinosas. O nervo que supre um músculo geralmente penetra nesse músculo, acompanhado por vasos sangüíneos, próximo ao ponto central, no hilo neurovascular. Cada miofibra é limitada por uma complexa membrana denominada sarcolema ou, mais corretamente, plasmalema, que se invagina na fibra muscular em numerosos pontos, formando os túbulos T, ou tranversos. Esses túbulos T terminam dentro da célula muscular em grande proximidade com as saculações do retículo sarcoplasmático da célula, formando uma estrutura conhecida como tríade. O plasmalema é circundado por uma membrana basal, que por sua vez se encontra firmemente aderida a uma camada de tecido conjuntivo denominada endomísio. Este é contínuo com o perimísio, que envolve grupos ou feixes de fibras musculares. O perimísio, por sua vez é contínuo com o epimísio, que envolve o músculo todo. Células satélites, constituídas de uma membrama celular simples ao redor de um núcleo com um mínimo de citoplasma e mitocôndrias, situam-se em denteações na superfícies da miofibra entre o plasmalema e a membrana basal. Os núcleos das células satélites e a miofibramuscular ficam na periferia exatamente abaixo do plasmalema. Cada miofibra contém muitas miofibrilas, as unidades contráteis básicas do músculo. São estruturas semelhantes a hastes compostas de uma série de unidades contráteis denominadas sarcômeros. Os sarcômeros são formados pelos miofilamentos, actina e miosina, juntamente com hastes de tropomiosina, complexos de troponina T (une tropomiosina), troponina I (inibe a adenosina-trifosfatase da actomiosina, ATPase) e troponina C (une o cálcio). Os filamentos mais espessos de miosina (formando a chamada banda A, que é a banda mais larga) intercalam-se com os filamentos delgados de actina. Ligações tranversas de actina alfa formam as linhas Z. Em virtude da maneira diferente com que tais estruturas absorvem luz ao microscópio, a alternação regular das * Seminário apresentado na disciplina Bioquímica do Tecido Animal (VET00036) do Programa de Pós- Graduação em Ciências Veterinárias da UFRGS pela aluna VALESCA PETER DOS SANTOS no primeiro semestre de Professor da disciplina: Félix H.D. González. 1

2 bandas A e das linhas Z em miofibrilas adjacentes produz o aspecto estriado microscópico característico de fibras musculares esqueléticas. Em uma miofibra, o número, o tamanho e o formato das mitocôndrias variam com o músculo, o local de amostragem e até certo ponto o tipo de fibra. Contração muscular. Excitação. Envolve desde a condução de um impulso nervoso para a placa ternimal motora localizada em uma fenda profunda ou prega primária do plasmalema. Há liberação de acetilcolina, que transmite o impulso através da junção mioneural ou neuromuscular para a região da placa terminal do plasmalema. A ligação de moléculas de acetilcolina a proteínas receptoras específicas produz uma alteração na conformação desses receptores, o que, por sua vez, resulta na abertura de canais de íon. Os fluxos iônicos resultantes promovem leve despolarização local: o potencial de placa terminal miniatura. A liberação suficiente de acetilcolina resultará em despolarização completa. A despolarização termina com a difusão de acetilcolina dos receptores e hidrólise por acetilcolinesterase. O potencial de ação produzido propaga-se através do plasmalema em todas as direções e é conduzido profundamente na fibra muscular pelo sistema T. Acoplamento excitação-contração. Tem início com a chegada do potencial de ação à região da tríade. A liberação de cálcio das cisternas ou saculações vizinhas do retículo sarcoplasmático intracelular é desencadeada pelo fluxo rápido de sódio transmembrana. A interação de cálcio com a troponina C resulta na capacidade da molécula de tropomiosina de se mover e desmascarar parte do filamento de actina: os monômeros de G-actina. Contração. Nesta fase dependente de energia, há uma alteração na conformação do filamento de miosina de modo que as cabeças globulares de miosina se movem para uma nova posição e se combinam com os monômeros de G-actina recém- expostos em um ângulo de 90 graus. Acredita-se, então que seja gerada força de contração pelo movimento desta cabeça de ponte cruzada para um ângulo de 45 graus. Isto resulta em deslizamento dos miofilamentos entre si e encurtamento do sarcômero. Os produtos da hidrólise do trifosfato de adenosina (ATP) desprendem-se então da cabeça de miosina. Isto permite que o ciclo recomece, pois a adição de novo ATP `a molécula de miosina resulta na rápida dissociação dos filamentos de actina e miosina. Ocorre contração prolongada com a rápida repetição deste ciclo mecânico-químico. Todas as miofibrilas em uma fibra contraem-se simultaneamente, resultando em contração desta fibra. Nas fibras do tipo I, o cálcio liberado pelas mitocôndrias também pode desempenhar um papel no acoplamento excitação-contração. Relaxamento. A reabsorção de cálcio dependente de energia pelo retículo sarcoplasmático resulta em liberação de cálcio pela troponina C, restauração da configuração em repouso dos complexos de troponina-tropomiosina e ruptura da ligação entre os filamentos de miosina e actina. 2

3 Fonte de energia para a contração. A energia para contração é fornecida pela hidrólise do ATP em difosfato de adenosina (ADP) e fosfato inorgânico. Isto é catalisado pela ATPase, que está associada à molécula de miosina. O ATP não é armazenado em grandes quantidades na fibra muscular e deriva do metabolismo de gorduras, carboidratos e reservas de creatina fosfato, ou aeróbica ou anaerobiamente. A produção aeróbia ocorre nas mitocôndrias musculares pela oxidação de ácidos graxos mobilizados das reservas de triglicerídeos no músculo e de depósitos de gordura ou de glicose a partir de reservas de glicogênio hepático e muscular. No sarcoplasma, a oxidação de glicose através da acetil- coenzima A (acetil-coa) também produz ATP pela fosforilação de substrato de ADP. A produção anaeróbia ocorre no sarcoplasma aquoso através da fosforilação de substrato de ADP pela creatina-quinase, utilizando as reservas de creatina fosfato, ou pela glicólise, utilizando glicose derivada de reservas de glicogênio hepático e muscular produzindo ácido lático. O fator limitante da taxa no suprimento extramuscular de glicose para músculos funcionais em circunstâncias normais parece ser a absorção de glicose pela miofibra. Com exercício prolongado, entretanto, o suprimento de glicose das reservas no fígado pode ficar limitado e a taxa de glicogênese no fígado pode-se tornar um importante fator. Em exercício de intensidade muito alta, é possível que haja inibição da hexoquinase pela glicose-6-fosfato, o que afetará a taxa de utilização de glicose. O fator limitante da taxa no suprimento de ácidos graxos livres (AGL) para o músculo parece ser, pelo menos inicialmente, a taxa de liberação de AGL do tecido adiposo. Uma vez ativadas as enzimas necessárias, visando a mobilização e o suprimento adequados, os fatores limitantes de velocidade parecem ser os mecanismos para transporte e absorção de AGL nos músculos e nas mitocôndrias. É possível que, especialmente com exercício de alta intensidade, a taxa de beta-oxidação nas mitocôndrias possa se tornar um fator limitante. Tipo de fibra. Diferenciação das fibras musculares. As miofibras diferem de acordo com suas características funcionais e metabólicas, sendo, portanto, classificadas de diversas maneiras diferentes segundo as propriedades específicas examinadas. O método mais comum de diferenciação baseia-se nas diferentes propriedades contráteis e envolve a medida de atividade da ATPase miofibrilar (a enzima responsável pela decomposição de ATP nas pontes cruzadas de actina-miosina). A coloração desta enzima distingue, em ph 9,4, dois tipos distintos de fibras. As fibras do tipo I de contração lenta possuem baixa atividade neste ph e se apresentam, assim, de cor mais clara que as fibras do tipo II de contração rápida. As fibras do tipo II podem ser divididas, em seguida, por pré-incubação em um ph mais ácido em tipos IIA, IIB e IIC (os valores de ph necessários para esta diferenciação, estão em torno de 4,5 e 4,3) As propriedades metabólicas das miofibras também podem ser utilizadas para diferenciar os tipos de fibras. Mais comumente dividem-se em fibras com baixa capacidade oxidativa (por exemplo, com altas concentrações de enzimas sarcoplasmáticas) ou com alta capacidade oxidativa (com altas concentrações das enzimas mitocondriais como succinato desidrogenase). As fibras do tipo I são altamente oxidativas. As fibras do tipo IIA também são altamente oxidativas, mas as fibras do tipo IIB possuem baixas propriedades oxidativas. 3

4 Deve-se observar entretanto que, apesar de existirem diferenças contráteis e metabólicas fundamentais entre as fibras do tipo I e do tipo II, no próprio grupo de fibras do tipo II é mais provável que haja uma gradação de tipos. Isto esclarece por que, mesmo em uma única biópsia muscular, utilizando diferentes métodos de coloração, podem ser descritas diferentes percentagens das fibras dos tipos IIA, B e C e explica a necessidade, em qualquer estudo, de serem fornecidos os detalhes das técnicas de coloração utilizadas para a identificação. Características das fibras musculares. As fibras do tipo I tendem a depender amplamente do metabolismo aeróbio da glicose e de ácidos graxos para obtenção de energia. São capazes de atividade prolongada mas de resposta de contração mais lenta. As fibras do tipo II derivam energia principalmente da glicólise anaeróbica tendo glicogênio como substrato principal. Tais fibras tornam-se fatigadas mais rapidamente, porém são capazes de contração rápida e, portanto, são encontradas nas mais altas proporções em grupos musculares que movem rapidamente os membros. Recrutamento das fibras musculares. Sob controle neural, ocorre uma seleção ordenada de fibras com demandas crescentes. Quando apenas mantendo a postura ou caminhando, serão usados somente os nervos que suprem as fibras do tipo I de contração lenta e provavelmente algumas do tipo IIA altamente oxidativas e de contração rápida. Conforme aumenta a velocidade ou a intensidade de trabalho, são recrutadas cada vez mais fibras. Assim, em trote médio, aproximadamente 50% estarão se contraindo, enquanto no galope a maioria ou todas as fibras estarão envolvidas. As fibras são recrutadas em ordem de conjunto: tipo I, tipo IIA e, em seguida, tipo IIB. Distribuição das fibras musculares. As proporções de tipos de fibras presentes em um músculo variam de acordo com o músculo, a raça e a idade, bem como com o indivíduo. Em alguns músculos (em particular, o músculo glúteo médio, o mais comumente submetido a demonstração), a distribuição também depende do local de demonstração, pois há uma distribuição não-homogênea de tipos de fibras. Sugere-se, entretanto que, um músculo específico individual a variação nos tipos de fibras é pequena se as amostras forem colhidas do mesmo local ou de um local contralateral idêntico em condições controladas. As fibras do tipo IIC são encontradas em quantidades relativamente grandes em animais muito jovens, porém são raras no eqüino adulto, no qual geralmente são citadas como fibras de transição. Sugere-se que tais fibras sejam um estágio no desenvolvimento de novas fibras de células satélites ou fibras em transição direta. Efeito de treinamento sobre as fibras musculares. Foi sugerido que as proporções relativas de fibras do tipo I e do tipo II estão sob controle genético e que em condições normais de treinamento não podem ser alteradas de maneira significativa. Relatam-se, entretanto, alterações nas proporções de fibras dos tipos IIA e IIB, embora haja certa controvérsia em relação a esta interconversão. Em geral, sugere-se que o treinamento resulta em aumento na capacidade de uma fibra de utilizar o oxigênio, isto é, mais mitocôndrias com redução na utilização de glicogênio muscular e de glicose sangüínea e maior garantia na oxidação de gorduras, assim como diminuição na quantidade de lactato produzido por determinada intensidade 4

5 de exercício. Relatam-se resultados variáveis sobre os efeitos do exercício sobre o tamanho e a capilarização da fibra. A extensão e a natureza das alterações parecem depender da duração, da intensidade e do tipo de exercício envolvido, bem como da idade do animal. Figura 1. Concentração de lactato plasmático por efeito do treinamento. Relação das fibras musculares com o desempenho. Sugere-se a existência de uma relação entre desempenho e a proporção de fibras do tipo I e do tipo II e seus subtipos. O desempenho, contudo, depende de muitos fatores, apenas um dos quais pode ser a doação genética de distribuição de tipos de fibras, associada aos efeitos benéficos de treinamento adequado. Em vista da heterogeneidade do músculo, basear qualquer caracterização de desempenho apenas nas proporções relativas das fibras é, provavelmente enganoso. MIOGLOBINA A mioglobina (peso molecular Da) é essencial para o tranporte de oxigênio para as células musculares e dentro delas. A maioria dos músculos dos mamíferos contém cerca de 1mg de mioglobina por grama de tecido fresco, e foi sugerido que deve ocorrer a destruição aguda de pelo menos 200g de músculo antes que os níveis séricos de mioglobina se elevem suficientemente para sua detecção na urina. No homem ocorre mioglobinúria em uma ampla variedade de condições, incluindo infarto do miocárdio, lesões de esmagamento e queimaduras, hipertermia maligna, rabdomiólise idiopática e por esforço e determinadas anormalidades metabólicas genéticas. No eqüino, observa-se mioglobinúria, na rabdomiólise equina, na doença do músculo branco em potros e na miosite pós-anestésica. Qualquer causa de hemólise no eqüino pode resultar em hemoglobinúria. A presença de hemoglobina e de mioglobina na urina de animais com rabdomiólise eqüina não é comum. Pode ocorrer em animais portadores de uma enfermidade concomitante 5

6 ou condição que cause hemólise ou por uma variante da síndrome de rabdomiólise eqüina. A mioglobinúria não pode ser distinguida apenas pela cor, já que a urina concentrada, urina contendo mioglobina, hemoglobina e outras porfirinas podem todas ser semelhantes na coloração. As seqüelas de necrose tubular aguda e insuficiência renal aguda foram associadas a mioglobinúria no homem e no eqüino. ATIVIDADE DE ENZIMAS DO PLASMA Pode ocorrer alteração na atividade plasmática de qualquer enzima por uma variedade de razões, incluindo alterações na permeabilidade da membrana celular envolvente, necrose celular, remoção ou depuração diminuída da enzima e síntese aumentada, bem como síntese reduzida. As diminuições nas atividades enzimáticas plasmáticas em geral não são conseqüência de perda de atividade. Não existe um órgão específico de eliminação, embora a maior parte ocorra através do fígado, dos rins e dos pulmões. Portanto, na maioria das circunstâncias, a taxa de eliminação de uma enzima do plasma permanece bem constante, sendo a taxa de influxo para o plasma o fator crucial. Os aumentos ocorrem mais comumente por um defeito na integridade da membrana que contém a enzima. Este defeito pode ser conseqüente a ruptura parcial ou completa da célula ou a uma alteração na membrana que resulte em aumento transitório na permeabilidade. As enzimas, em sua maioria, que podem ser detectadas em concentrações aumentadas no sangue com os diversos distúrbios musculares são as principais enzimas solúveis (sarcoplasmáticas), embora a forma mitocondrial da aspartato-aminotranferase (AST) também possa ser observada em lesões graves. A intensificação da função celular, como pode ocorrer durante exercício ou como uma reação a lesão celular, resulta em utilização aumentada de substratos, o que por sua vez causa maior permeabilidade da membrana. As enzimas de maior uso na avaliação do sistema muscular no eqüino são, creatina quinase (CK), aspartato- aminotransferase (AST) e lactato-desidrogenase (LDH). Creatina quinase. No eqüino, a CK é encontrada principalmente no músculo esquelético, no miocárdio e no cérebro. Parece haver pouca ou nenhuma troca de CK entre o líquido cerebroespinhal e o plasma. Um aumento significativo na atividade da CK plasmática total deve-se, portanto, a lesão muscular cardíaca ou esquelética. A creatina- quinase ( Da) não entra na corrente sangüínea diretamente depois da sua liberação pelas células musculares, mas transita através da linfa pelo líquido intersticial. Um aumento de três a cinco vezes na atividade de CK plasmática corresponde à miólise aparente de aproximadamente 20 g de músculo. No homem, parece haver dois monômeros de CK, designados M e B. A enzima é dimérica, e existem três formas primárias possíveis: MM, MB e BB. Em termos simplificados, a MM é encontrada principalmente no músculo esquelético, a BB no cérebro e nos tecidos epiteliais e a MB no miocárdio. No eqüino, existe certa confusão sobre isoenzimas CK com relato de diferentes bandas eletroforéticas e atividades teciduais. Em um estudo, verificou-se que o músculo esquelético e o cardíaco continham ambos predominantemente o dímero MM; o cérebro (e o pâncreas e o rim), principalmente o dímero BB; e o intestino, os dímeros MB e BB (Argiroudis et al., 1982). Sugere-se, portanto, que no eqüino as isoenzimas CK 6

7 isoladamente não possam ser usadas para diferenciar lesão muscular esquelética de lesão cardíaca. A meia vida plasmática da CK no eqüino é muito curta (108 minutos, min com depuração plasmática de 0,36 + 0,1 ml/kg por min; Volfinger, 1994; Lassourd et al, 1994). Aspartato aminotransferase. AST é encontrada principalmente no músculo esquelético, fígado e no coração, embora atividades mais baixas estejam presentes em vários outros tecidos. É, portanto, não específica para o tecido (Cornelius & Burnham, 1963). Foram identificadas duas isoenzimas por eletroforese: MAST (encontrada exclusivamente nas mitocôndrias) e CAST (originando-se do citoplasma ou sarcoplasma). A proporção de enzima citossólica para mitocondrial no soro eqüino é significativamente mais alta que a encontrada no homem e em muitos mamíferos (Rudofskyet al., 1990). No eqüino, embora a proporção destas duas formas varie entre tecidos, parece não haver especificidade de tecido para cada isoenzima. Assim, conclui-se que o exame de soros para atividade de isoenzima AST não pode identificar a fonte tecidual, embora seja improvável encontrar grandes aumentos de MAST no soro a menos que tenha ocorrido grave lesão muscular. Alguns pesquisadores relatam uma forma aparentemente única da enzima nos soros em casos de azotúria (Jones & Blackmore, 1982). A meia-vida de AST no eqüino é de 7 a 10 dias, bem mais longa que as 11,8 horas no homem. Lactato desidrogenase. A LDH é um tetrapeptídeo constituído por combinações de dois peptídeos diferentes, H (coração) e M (músculo), que formam as cinco isoenzimas conhecidas como LDH 1 a LDH 5. Da mesma maneira que a AST, a LDH é encontrada na maioria dos tecidos, sendo, assim, não específica do órgão. Contudo, os tecidos contêm quantidades variadas de isoenzimas LDH e o perfil isoenzimático, obtido por separação eletroforética, é usado para identificar lesão tecidual específica. Em sua maior parte, a LDH 5 (mais alguma LDH 4 ) é encontrada nos músculos locomotores, o fígado contém principalmente LDH 3 (com alguma LDH 4 e LDH 5 ), o coração contém principalmente LDH 1 (com alguma LDH 2 e LDH 3 ) e todos os tipos são encontrados em alguns músculos nãolocomotores (Sighieri et al., 1985).Foi demonstrado que o treinamento físico aumenta a porcentagem de LDH 1 a LDH 4 e diminui a de LDH 5 no músculo esquelético (Guy & Snow, 1977). Devem ser utilizadas amostras não-hemolisadas para determinação da LDH, pois os eritrócitos contêm quantidades relativamente grandes de LDH. Uso das enzimas plasmáticas em testes de exercício. Certas mudanças fisiológicas podem resultar em alterações transitórias na permeabilidade da membrana celular. Foi registrado que hipóxia, catecolaminas, hipoglicemia, alterações de ph e concentrações iônicas alteradas causam alteração semelhante na permeabilidade da membrana (Cerny & Haralambie, 1983). Supõe-se que muitas destas atuem diminuindo a quantidade de ATP disponível para a manutenção da integridade celular. Isto se torna especialmente importante durante o exercício. A medida das atividades de CK e AST antes e depois de um período controlado de exercício é um meio auxiliar para o diagnóstico de certos distúrbios musculares. Uma grande dificuldade é estabelecer exatamente a resposta enzimática normal ao exercício. A maioria dos pesquisadores sugere a ocorrência de aumento da atividade de CK com exercício pesado (Poso & Oksanen, 1983),enquanto que com o trabalho mais 7

8 lento, não há aumentos significativos, sugerindo que a intensidade pode ser um fator importante (Shelle et al., 1985). Em um estudo, embora não se tenha encontrado aumento significativo na atividade da CK após exercício de trote em animais condicionados, foram registrados aumentos significativos quando o mesmo exercício foi realizado depois de um ou mais dias de descanso (Serrantoni et al., 1996). Foram registrados aumentos de 35% nas atividades da AST após um galope de m (Freestone et al., 1989) e de 50% após exercício extenuante em animais previamente descansados (Milne et al., 1974). Outros pesquisadores encontraram pouco aumento na AST após diferentes tipos de exercício. Os efeitos do exercício sobre atividades das enzimas musculares do plasma dependem da aptidão do animal, da intensidade e da duração do exercício, bem como do ambiente (Anderson, 1976). Nos eqüinos, como no homem, pode haver grande variabilidade entre indivíduos nas atividades da CK aumentadas pós-exercício. Alterações do volume plasmático podem afetar as atividades registradas, especialmente se medidas imediatamente após exercício. Foi sugerido um teste que permitiria que eqüinos aptos e inaptos fossem testados igualmente, envolvendo cavalgada do animal por determinada distância a uma velocidade que produza freqüência cardíaca fixa de 200 batimentos por minuto (Bayly, 1986). Entretanto, é muito difícil fazer exercício a uma freqüência cardíaca exata. Supõe-se que o aumento fisiológico na atividade da CK após exercício se deva a alterações na permeabilidade da membrana celular, possivelmente causada por hipóxia, embora seja provável que haja outros fatores envolvidos. Pode ocorrer hipóxia em cargas de trabalho mais baixas em eqüinos não condicionados, e pode-se prever que esses animais apresentem atividades mais altas pós-exercício do que um eqüino apto submetido ao mesmo trabalho. Sugere-se que a magnitude da elevação induzida por exercício diminua com treinamento (Aitken et al., 1975). Alguns pesquisadores não encontraram variações significativas nas respostas de AST e CK ao exercício durante um programa de treinamento (Milne et al., 1976), enquanto outros verificaram que após uma cavalgada de resistência os animais mais aptos (indicados pela velocidade de recuperação da freqüência cardíaca após uma cavalgada de resistência) tinham aumentos mais baixos nas atividades de CK (Rose et al., 1977). Foi mostrado que a magnitude das alterações induzidas por exercício nas atividades de CK aumentam com falta de treinamento (Harris, 1988). Concluiu-se que os aumentos superiores a 100% na atividade da AST após exercício provavelmente sejam anormais, independentemente da intensidade do exercício ou da aptidão do animal. Além disso, se for efetuado um curto teste de exercício submáximo, as atividades de CK e da AST séricas duas horas após exercício não devem se elevar mais de 250% e 50% dos valores pré-exercício, respectivamente, seja qual for a aptidão. Ressalta-se que, embora o exercício possa resultar em alterações estatisticamente significativas na atividade de CK e da AST, essas alterações nem sempre podem ser de significância biológica ou clínica (Fayolle et al., 1992). A história clínica e a apresentação clínica devem sempre ser consideradas ao se interpretar valores enzimáticos. Outros fatores que afetam a atividade da AST e da CK. É possível que determinados animais tenham atividades plasmáticas fisiologicamente mais altas ou que suas enzimas musculares sejam removidas mais lentamente da corrente sangüínea. Alternativamente, eles podem ser mais sensíveis às várias agressões que causam alterações na permeabilidade das membranas de fibras musculares. A idade, o treinamento ou uma combinação de ambos, pode ter um efeito 8

9 amortecedor sobre alterações de membranas musculares. Em cães foi registrada queda significativa nas atividades de CK com a idade, mas não houve diferenças entre machos e fêmeas (Aktas et al., 1994). Em um estudo, foi encontrada correlação entre concentrações plasmáticas de progesterona e as flutuações na atividade CK/AST (Frauenfelder et al., 1986). Serrantoni et al.,1996, mostrou que, há uma relação altamente significativa entre progesterona e AST, mas não na atividade de CK, e o estradiol exibiu efeito significativo sobre a CK mas não sobre a atividade da AST (Serrantoni et al, 1996). Em ratos a liberação de CK após exercício ou por estimulação elétrica in vitro mostrou ser maior em machos que em fêmeas (Amelink et al., 1990). Entretanto, é preciso mais estudo do papel de tais hormônios na atividade de CK e da AST no eqüino. Relação das enzimas com o desempenho. Foi estabelecido que as atividades de CK e da AST elevadas diminuem a possibilidade de vitória de um eqüino (Sommer, 1983). Contudo, um grupo de 500 trotadores de raças padrões com história recente de rabdomiólise eqüina e atividades enzimáticas musculares do plasma elevadas tiveram um registro de corrida significativamente melhor em relação a um grande número de eqüinos aparentemente não acometidos (Lindholm, 1987). Em outro estudo, 50% dos eqüinos com atividades de AST medianas altas correram e venceram pelo menos uma vez (Harris et al., 1990). EXERCÍCIO, ADAPTAÇÃO AO TREINAMENTO E PERFORMANCE O exercício induz grandes adaptações musculo-esqueléticas. O estado nutricional, a intensidade e duração do exercício e o condicionamento físico são fatores que afetam a via metabólica usada para a geração de energia durante a contração muscular, qualitativa e quantitativamente. Intensidade do exercício e fontes de energia. A disponibilidade de ATP é requisito básico para a sustentação da intensidade e duração do exercício. A demanda de energia durante o exercício intenso pode ser até 200 vezes maior do que em repouso, e a taxa de utilização de ATP está intimamente associada a sua síntese. Redução dos estoques de creatina fosfato e ATP disponíveis para utilização imediata, tornam a rota metabólica para a síntese de ATP fundamental para a manutenção do exercício. O principal combustível para a contração muscular são os ácidos graxos e glicose que, durante o exercício, são supridos pelas reservas intramusculares e extramusculares. A glicose e o glicogênio devem ser metabolizados para a síntese de ATP tanto por via aeróbica quanto anaeróbica enquanto o metabolismo das gorduras é somente aeróbico. Estima-se que durante o exercício moderado a intenso, 65% ou mais do oxigênio serve a oxidação dos carboidratos. Os depósitos intramusculares são formados por inclusões sarcoplasmáticas de triglicerídeos e glicogênio e os depósitos extramusculares são constituídos pelo tecido adiposo e pelo fígado. O fator limitante das reservas extramusculares de glicose para o trabalho muscular é a reposição de glicose nas miofibras. O fator limitante do suprimento plasmático de ácidos graxos livres é a taxa de liberação de ácidos graxos livres pelo tecido adiposo. Em repouso, a oxidação de ácidos graxos e os estoques de triglicerídeos contribuem para manutenção da tonicidade muscular, enquanto a oxidação de glicose contribui com 10-20% do CO 2 produzido. 9

10 No início da atividade muscular, a energia é derivada da creatina fosfato e da glicólise anaeróbica e é acompanhada por aumento da produção de lactato. À medida que o exercício progride e o suprimento sangüíneo aumenta, há uma substituição para o metabolismo aeróbico no qual a glicose, os ácidos graxos livres e os triglicerídeos são oxidados e a produção de lactato diminui. No exercício de intensidade leve a moderada, a maior parte da energia é provida através da oxidação de ácidos graxos. No exercício de intensidade moderada a forte, a oxidação dos carboidratos é responsável por 50% ou mais da energia, enquanto a oxidação dos ácidos graxos é reduzida. Os depósitos de glicogênio muscular e triglicerídeos se reduzem. Durante o exercício máximo, o glicogênio é a maior fonte de energia. Existem evidências de que nem todas as fibras musculares são ativadas de uma só vez, mas sim, são recrutadas de acordo com sua capacidade oxidativa. Dosagem das reservas de glicogênio e triglicerídeos em ratos, durante o exercício prolongado de intensidade moderada, demonstram que as fibras vermelhas e intermediárias são as primeiras a serem ativadas. Quando o exercício excede a capacidade destas fibras, as fibras brancas são ativadas pelo sistema nervoso central. Estudo realizado em eqüinos revelou que a ordem de recrutamento das miofibras é: tipo 1, tipo 2A e tipo 2B. Com intensidade moderada, as miofibras tipo 1 e 2 A são as preferenciais, enquanto em intensidade de moderada a longa duração ou exercício máximo, as miofibras tipo 2B são requeridas. Durante o galope (exercício máximo), a utilização de glicogênio pelas miofibras tipo 2A e 2B é maior e as fibras tipo 1 não são acionadas ou são ativadas durante o exercício intenso de alta intensidade e curta duração. Por outro lado, exercício de máxima intensidade (trote), tanto as fibras tipo 1 quanto as 2 A e 2B exercem atividade. Exercício aeróbico. Com o início da atividade física, a creatina fosfato e o ATP servem como fonte imediata de energia para a contração muscular até que se inicie a produção de ATP a partir da glicogenólise e glicólise. Os estoques de glicogênio intramuscular são relativamente grandes no eqüino, representando de 1 a 2% do peso do músculo. As concentrações intracelulares de cálcio, AMP e epinefrina se elevam com o exercício e ativam enzimas miofosforilases que começam a glicogenólise no músculo. Além disso, o glucagon e o estímulo de nervos simpáticos também provocam substituição de gliconeogênese para glicogenólise pelo fígado, aumentando a glicemia. Esta glicose livre no sangue pode ser utilizada pelas células musculares e fosforilada pela hexoquinase. A taxa de glicólise é regulada pela enzima fosfofrutoquinase. Sua atividade é estimulada pelo AMP, frutose-2,6 difosfato e glicose-1,6-fosfato e, é inibida por concentrações fisiológicas de ATP. Na presença de oxigênio, a nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH) que é gerada pela glicólise é oxidada a NAD na mitocôndria, para permitir que a glicólise continue. O piruvato é transferido para dentro da mitocôndria, convertido em acetil- CoA e completamente oxidado no ciclo de Krebs e na cadeia respiratória para prover ATP. O metabolismo oxidativo é muito eficiente, originando 38 moléculas de ATP a partir de 1 molécula de glicose. A concentração de glicogênio no músculo cai constantemente durante o exercício submáximo, mas esta queda é atenuada pela presença de ácidos graxos livres e glicose sangüínea disponíveis para o metabolismo (Valberg et al., 1993). A epinefrina que é liberada com o exercício, estimula a liberação de ácidos graxos livres do tecido adiposo ou do fígado, que fica então, disponível para a utilização pelas células musculares. Os substratos sangüíneos (glicose e ácidos graxos livres) disponíveis para a 10

11 oxidação, aumentam com 15 minutos de exercício submáximo, juntamente com o aumento de cortisol e insulina. Durante o exercício prolongado, a glicose sangüínea é um substrato importante que contribui com mais de 25% do total de energia produzida, especialmente quando as concentrações de glicogênio muscular estiverem baixas (Saltin et al., 1974). Altos níveis de oxidação de piruvato inibem a fosfofrutoquinase e reduzem a oxidação de glicose em favor da beta- oxidação dos ácidos graxos livres. Durante o exercício submáximo, a oxidação dos ácidos graxos livres aumenta, provendo mais de 146 moléculas de ATP a partir da beta-oxidação. Este é um processo fundamental para que o exercício prossiga, pois através da utilização de ácidos graxos livres, os estoques de glicogênio podem ser poupados. Os produtos finais da glicólise ou da oxidação de ácidos graxos livres incluem o dióxido de carbono e água, permanecendo o ph intracelular inalterado. Exercício anaeróbico. À medida que a velocidade do exercício progride, uma longa porção do músculo esquelético deve ser recrutada para suprir força e aceleração para exercícios de alta velocidade. O metabolismo aeróbico aumenta linearmente com o aumento da velocidade do exercício, até que se atinja uma velocidade na qual a habilidade para utilização do metabolismo aeróbico torna-se limitada. A glicólise é a única via capaz de, na ausência de oxigênio, converter piruvato em lactato e regenerar NAD para facilitar a geração de ATP. No ponto de máximo consumo de oxigênio (VO 2 max), qualquer necessidade adicional de energia para manutenção de força deve ser gerada pela glicólise anaeróbica ou desaminação do ATP. Um acúmulo exponencial de lactato ocorre em velocidades iguais ou acima do ponto de máximo consumo de oxigênio. A glicólise anaeróbica é um processo rápido mas ineficiente de obtenção de energia, gerando apenas 2 moléculas de ATP para cada molécula de glicose mobilizada. A depleção dos estoques de glicogênio, entretanto, não é um fator limitante para o exercício máximo porque a glicólise anaeróbica tende a ser auto-limitante. Com atividade máxima, o íon hidrogênio livre e o lactato acumulam-se, reduzindo o ph intramuscular para valores menores que 6,5 (Byrd et al., 1989). O lactato é difundido e transportado ativamente para a corrente sangüínea e os íons hidrogênio são neutralizados por proteínas e dipeptídeos provenientes da hidrólise da creatina fosfato no músculo. Adaptação ao exercício físico. A principal adaptação do músculo esquelético ao treinamento físico é o aumento da capacidade de utilização de gordura, carboidratos e cetonas. O consumo de oxigênio é semelhante em animais treinados e não treinados para o desempenho da atividade física, mas há uma menor produção de CO 2 e, portanto, o quociente respiratório é menor em animais treinados. Embora diversos fatores possam afetar o quociente respiratório, o fator mais importante é a fonte de energia para a contração. A utilização de gordura rende quocientes respiratórios menores que a utilização de carboidratos. O conteúdo de mioglobina é maior em ratos e suínos submetidos a treinamento, o que facilita a passagem de O 2 do sarcolema para a mitocôndria, facilitando sua utilização. Em ratos treinados, há um aumento considerável no número e tamanho das mitocôndrias. Em atletas humanos foi reportado um aumento no tamanho das mitocôndrias mas não no seu numero. O fator mitocondrial 1, a ATPase mitocondrial e citocromo c, aumentam em treinamento enquanto a creatina quinase mitocondrial e adenilato quinase não alteram suas atividades. Em eqüinos treinados há aumento da atividade da citrato sintetase, hexoquinase, e hidroxiacil-coa desidrogenase. 11

12 Os músculos de cavalos atletas possuem uma maior proporção de fibras tipo 2A às fibras 2B do que cavalos não treinados. O treinamento aumenta a capacidade oxidativa das fibras tipo 2B dos eqüinos. Com o treinamento, o glicogênio muscular aumenta. A taxa de produção de lactato está intimamente relacionada à intensidade do exercício, sendo que a taxa de produção de lactato é menor em animais treinados do que em animais não treinados quando submetidos ao mesmo esforço físico. O aumento da concentração de lactato plasmático tem correlação direta com a queda de ácidos graxos livres no plasma devido a redução da liberação de ácidos graxos livres pelo tecido adiposo. A atividade das enzimas glicogenolíticas e glicolíticas permanece inalterada ou levemente diminuída tanto no músculo vermelho quanto no músculo branco de ratos treinados, com exceção da hexoquinase. A atividade desta enzima é marcadamente aumentada em animais treinados. Embora o aumento ocorra em músculos vermelhos e brancos, o percentual de aumento é maior na musculatura vermelha. Em cavalos, o treinamento aumenta a atividade da AMP desaminase, que serviria para facilitar glico(geno)lise através da ativação da PKF. A principal conseqüência metabólica da adaptação do músculo à atividade muscular é a utilização mais lenta do glicogênio muscular e da glicose sangüínea, maior importância da oxidação de gorduras e menor produção de lactato durante o exercício de certa intensidade. Em programas de treinamento que vigoram abaixo da máxima utilização de O 2, a principal responsável pela geração de energia são as rotas aeróbicas através da oxidação de ácidos graxos e glicose. Isto se relaciona com a evidência de que as miofibras tipo 1 e 2A (vermelhas) são primeiramente ativadas e sua orientação metabólica está voltada para as rotas aeróbicas. Com treinamento próximo a máxima utilização de O 2, a energia gerada é derivada principalmente das vias anaeróbicas através de glico(geno)lise. As fibras tipo 2B são recrutadas somente com o aumento da intensidade do exercício e sua energia metabólica é derivada principalmente por via anaeróbica. A complexidade de derivação de energia e a ativação dos tipos de fibras musculares são desconhecidas para as diferentes combinações de treinamento, intensidade e duração mas pode-se seguir um esquema geral de alterações das atividades enzimáticas correlacionadas ao tipo específico de miofibra e a demanda de energia necessária para a realização do exercício. Performance e potencial atlético. Diversas formas de exercício combinam resistência com velocidade. A habilidade atlética reflete a eficiência individual para obter a velocidade desejada e (ou) a resistência requerida, através da combinação de efeitos genéticos e ambientais assim como o treinamento. A habilidade de adaptação das propriedades das miofibras para atingir o balanço apropriado de velocidade e resistência seria desejável para desenvolver atletas para determinadas atividades. Estudos de miofibras de cães e cavalos revelaram que a seleção genética de raças para velocidade resultou em maior velocidade de contração muscular com aumento de miofibras tipo 2 nos músculos de propulsão quando comparado com raças selecionadas para sustentação e atividades de baixa intensidade (Snow e Guy,1980; Guy e Snow, 1981). A atividade sob forma de exercício físico detem o potencial para incrementar velocidade e/ou resistência. O treinamento físico promove melhora na performance através do aperfeiçoamento da oxidação de gorduras e carboidratos obtida pelo aumento da relação entre fibras tipo 2A/2B. 12

13 Efeito do exercício nos níveis de metabólitos sangüíneos. Existem importantes recursos energéticos disponíveis para utilização do músculo, incluindo glicose, ácidos graxos livres, glicerol, aminoácidos e lactato. Na ausência de problemas nutricionais, os aminoácidos podem ser utilizados na realização de exercício de curta duração, enquanto o lactato somente pode ser utilizado como fonte de energia em tecidos musculares que possuam um adequado suprimento sangüíneo, como por exemplo o músculo cardíaco. Sabe-se que, em humanos, o metabolismo muscular de lipídeos e carboidratos sofre influencia da dieta. Christensen e Hansen (1939) demonstraram que indivíduos submetidos a uma dieta altamente lipídica entravam em exaustão mais rapidamente e tinham um quociente respiratório mais baixo do que aqueles cuja dieta era rica em carboidratos ou normal, quando submetidos a exercício cíclico moderado. Também demonstraram que, quanto mais próxima a atividade for da capacidade máxima do animal, maior será a porcentagem de energia suprida pelos carboidratos. O efeito do exercício sobre os níveis de glicose sangüínea é variável em eqüinos com alguns apresentando aumento e alguns redução dos níveis. A glicose sangüínea por si só não fornece muitas informações sobre o metabolismo dos carboidratos durante o exercício,. uma vez que reflete tanto a glicose mobilizada para a atividade muscular quanto ao reabastecimento realizado pela glicogenólise hepática e, depende do balanço entre estes dois processos. É interessante ressaltar que, em humanos, Johson et al. (1969) observou aumentos de glicose sangüínea em atletas treinados enquanto em indivíduos não treinados houve um leve decréscimo. Também em uma publicação, Lindholm e Saltin (1974) reportaram aumentos significativos da glicose sangüínea em animais treinados submetidos a corrida de 2100 m. O produto do metabolismo da glicose durante o trabalho muscular é o piruvato o qual, na presença de oxigênio, é completamente oxidado a dióxido de carbono e água via ciclo do ácido cítrico. Na ausência de oxigênio suficiente, entretanto, o excesso de lactato formado a partir do piruvato aumenta assim como a relação entre lactato e piruvato. Neste estudo, os níveis de lactato e piruvato sangüíneo aumentaram com o exercício indicando aumento na utilização de glicose pelo músculo em trabalho. A dependência relativa do metabolismo anaeróbico durante o galope é indicada pelo grande aumento na relação lactato/ piruvato. Quando a atividade é restrita ao canter, o sistema cardiovascular pode suprir oxigênio suficiente para os tecidos exercitados de acordo com sua demanda. Lindholm e Saltin (1974) também demonstraram que o lactato sangüíneo e muscular somente aumentam dramaticamente quando os cavalos são submetidos a corrida próximo ou na velocidade máxima (11,4 12,5 m/seg). Knuttgen (1962) sugeriu que parte do débito de oxigênio que ocorre durante o exercício resulta de atraso circulatório no início da atividade. Neste período não há excesso de produção de lactato, indicando que o trabalho é realizado de forma aeróbica, utilizando os estoques de O 2 da mioglobina e hemoglobina ou, alternativamente, os compostos musculares de alta energia como a creatina- fosfato para regenerar o ATP anaerobicamente. Astrand et al. (1960) e Christensen et al. (1960) demonstraram que exercícios de alta intensidade podem ser desempenhados por longos períodos sem que haja excesso de produção de lactato se o trabalho for desempenhado em períodos <10 segundos com intervalos para que haja reabastecimento dos estoques de oxigênio. Para determinar a velocidade de utilização dos estoques de oxigênio ou creatinafosfato em cavalos exercitados no seu nível máximo, foram medidos os níveis de lactato sangüíneo após períodos crescentes de exercício intenso. Foi encontrado que, mesmo após segundos requeridos para galopar 200m, houve altas concentrações de 13

14 lactato acumulado. Neste caso, este período de atividade foi suficiente para esgotar os estoques de oxigênio e creatina-fosfato disponíveis (Anderson, 1975). Tabela 1. Efeito da distância sobre a produção de lactato durante o galope. Distância (m) Lactato plasmático (mg/dl) Lactato/Piruvato 0 4,9 16, ,4 52, ,6 65, ,1 108, ,6 111,7 Existem evidências consideráveis de experimentos em humanos (Carlson & Pernow, 1959), em cães (Issekutz et al., 1965) e em ratos (Gollnick, 1967), indicando que os ácidos graxos livres suprem a maior parte dos requerimentos energéticos para a atividade muscular, contrariando a hipótese de que os carboidratos seriam a fonte de energia para o músculo. Os ácidos graxos livres são importantes fontes energéticas durante o galope. Os níveis de ácidos graxos livres aumentam durante o canter mas diminuem na medida que a intensidade do exercício aumenta, aproximando-se do esforço máximo (galope). Este decréscimo durante o galope é acompanhado por aumento dos níveis de glicerol sangüíneo. O aumento da oxidação de ácidos graxos livres pelo músculo esquelético durante o galope torna-se possível pelo fato de que o consumo de oxigênio pelo músculo esquelético aumenta durante o exercício extenuante. Quando o exercício cessa, os ácidos graxos livres acumulados no músculo vão para o tecido adiposo e os níveis circulantes de ácidos graxos livres permanecem acima dos níveis observados em repouso. Este aumento das taxas de ácidos graxos livres após o exercício foi observado em humanos e cavalos de trote. O outro produto da lipólise, o glicerol, parece não ter grande importância como fonte energética durante o exercício em cavalos, de acordo com o estudo acima. O treinamento provoca uma redução nos níveis de lactato sangüíneo e na relação lactato piruvato, devido a menor produção de lactato ou a uma metabolização mais rápida deste (por reconversão de lactato em glicose no fígado). A redução da produção de lactato indica uma grande capacidade de exercício aeróbico com menor dependência das rotas glicolíticas anaeróbicas, como resultado de uma maior eficiência do sistema cardiovascular em suprir oxigênio aos tecidos. O aumento da capacidade aeróbica devido ao treinamento poderia também aumentar a contribuição da oxidação de ácidos graxos livres no suprimento energético para o músculo. Há aumento significativo dos níveis de lactato e piruvato sangüíneo durante o exercício, principalmente durante o galope e estes começam a reduzir imediatamente após cessar a atividade física. A relação entre lactato e piruvato também aumenta durante o exercício. As alterações na glicose sangüínea são menos significativas. Os níveis de glicerol aumentam durante o exercício e se mantêm elevados por algum tempo após cessar a atividade. A taxa de ácidos graxos livres, por sua vez, aumenta inicialmente e sofre uma leve queda a medida que a intensidade do exercício aumenta. Os níveis de ácidos graxos livres voltam a aumentar quando pára a atividade física. Uma severa acidose metabólica pode se estabelecer durante o galope. A mobilização de lipídeos, indicada por aumento nos níveis de glicerol ocorreu em animais submetidos a galope e canter (Anderson, 1975). 14

15 EQUILÍBRIO ÁCIDO-BÁSICO NO EXERCÍCIO Muitas alterações fisiológicas do equilíbrio ácido-básico podem ocorrer em cavalos normais quando iniciam a atividade física. Algumas não causam qualquer distúrbio clínico durante ou após o exercício. Outras provocam sérias limitações de performance, mesmo em cavalos normais. Os efeitos ácido-básicos são caracterizados por sua natureza em acidose ou alcalose e por sua origem em metabólico ou respiratório. Acidose metabólica. O exercício intenso provoca o desenvolvimento de acidose metabólica, primeiramente pelo acúmulo de lactato liberado durante a atividade muscular dentro da corrente sangüínea. O lactato é produzido em todas as intensidades de exercício mas começa a acumular em intensidades altas pois sua taxa de produção passa a exceder a taxa de remoção para o plasma. Em exercícios de alta intensidade, há insuficientes concentrações de enzimas musculares oxidativas para produzir adenosina trifosfato (ATP) suficiente, somente por via aeróbica para a manutenção da atividade. Esta limitação enzimática resulta em aumento da produção de ATP, via glicólise anaeróbica, com conversão de piruvato para lactato. Em exercícios de alta velocidade, acima ou no limite anaeróbico, fibras musculares tipo II (especialmente tipo IIB) que são fibras de rápida contração, são recrutadas. Estas fibras são, primariamente não-oxidativas ou anaeróbicas, e por isso o lactato começa a se acumular exponencialmente uma vez que estas foram recrutadas. O acúmulo de lactato é um dos fatores mais importantes na limitação de performance (Snow e Valberg, 1994). O acúmulo intracelular de lactato resulta em acidificação do meio celular do músculo. O cálcio, necessário para a interação actinamiosina durante a contração muscular, é afetado pela acidificação do meio provocando distúrbios no complexo contrátil actina-miosina e fadiga muscular. A estrutura da mitocôndria muscular e sua função também são adversamente afetadas, causando redução adicional da concentração de ATP pela depressão da função respiratória mitocondrial. O limite anaeróbico ou o ponto em que começa a haver acúmulo de lactato sangüíneo pode ser determinado e é um bom indicador de aptidão atlética e forma física. Exercícios de menor intensidades, próximo ou abaixo do limite anaeróbico, provocam acidose metabólica menos severa pois menor quantidade de lactato é acumulado. Exercícios de resistência são praticados abaixo do limite anaeróbico e, inicialmente não modificam o status ácido-básico com acúmulo mínimo de de lactato. O limite anaeróbico para cavalos é usualmente descrito como aproximadamente 600 a 800 m/min com freqüências cardíacas de 160 a 200 batimentos/min e concentrações de lactato de 4 mmol/l no plasma (Foreman et al., 1990). Alcalose metabólica. O suor contínuo durante o exercício de resistência prolongado provoca perda de potássio, cloreto e cálcio. Esta perda de cloreto (principal ânion sangüíneo) e de potássio (prontamente substituído pelo íon hidrogênio) resulta na retenção renal de bicarbonato compensatória, na tentativa de manter o equilíbrio aniônico normal e conservar o máximo de potassio possível. Como resultado de estabelece uma alcalose metabólica hipoclorêmica e uma acidúria paradoxal (Koterba & Carlson, 1982). Estas modificações do equilíbrio ácido-básico têm importantes implicações no tratamento de cavalos exaustos após provas resistência. Normalmente se fornecem 15