EXERCÍCIO E ESTRESSE OXIDATIVO. Exercício e Estresse Oxidativo. O que são radicais livres? Reação de Óxido-Redução (Redox) O que são radicais livres?

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Raquel Schmidt Coelho
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1 Referências bibliográficas EXERCÍCIO E ESTRESSE OXIDATIVO Prof. Dr. Paulo Rizzo Ramires Livro McArdle Fisiologia do Exercício Cap. 2 Vitaminas, minerais e água Parte 1 Vitaminas Atividade física, radicais livres e antioxidantes ESCOLA DE EDUCAÇÃO FÍSICA E ESPORTE UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Artigo Ferreira, F.; Ferreira, R.; Duarte, J.A. Stress oxidativo e dano oxidativo muscular esquelético: influência do exercício agudo inabitual e do treino físico. Rev Port Cien Desp 7(2) Exercício e Estresse Oxidativo Objetivos Conceitos básicos: radicais livres, espécies reativas de oxigênio (EROs), antioxidantes Principais vias de produção de EROs e sistema de defesa antioxidante Estresse oxidativo: causas e consequências Efeitos agudo e crônico do exercício físico na regulação redox da contratilidade muscular O que são radicais livres? Qualquer espécie química que apresenta um ou mais elétrons não pareados no último orbital atômico ou molecular instável O que são radicais livres? Reação de Óxido-Redução (Redox) Qualquer espécie química que apresenta um ou mais elétrons não pareados no último orbital atômico ou molecular Agente Redutor Agente Oxidante Doa Elétrons Recebe Elétrons Estável Sofre Oxidação Sofre Redução 1

Reação de Óxido-Redução (Redox) Reação de Óxido-Redução (Redox) No organismo, os elétrons estão associados aos átomos de hidrogênio dos

(Redutor) Doador de Elétrons Redução Oxidado A oxidação biológica se dá pela desidrogenização dos substratos (enzimas desidrogenases) (Oxidante)

Transporte de Elétrons Mitocondrial Principal característica dos radicais livres Alta reatividade com biomoléculas O transporte de elétrons

hidrogênio e forma água O2 é o aceptor final de elétrons A oferta de oxigênio mitocondrial determina o ritmo do metabolismo oxidativo

2 Reação de Óxido-Redução (Redox) Reação de Óxido-Redução (Redox) No organismo, os elétrons estão associados aos átomos de hidrogênio dos substratos energéticos. (Redutor) Doador de Elétrons Redução Oxidado A oxidação biológica se dá pela desidrogenização dos substratos (enzimas desidrogenases) (Oxidante) Receptor de Elétrons Oxidação (Oxidante) Receptor de Elétrons (Redutor) Doador de Elétrons Reduzido Reação de Óxido-Redução (Redox) Cadeia de Transporte de Elétrons Mitocondrial Principal característica dos radicais livres Alta reatividade com biomoléculas O transporte de elétrons representa a via final do metabolismo oxidativo, onde: Os elétrons extraídos do hidrogênio são transferidos ao oxigênio, O O2 combina com o hidrogênio e forma água O2 é o aceptor final de elétrons A oferta de oxigênio mitocondrial determina o ritmo do metabolismo oxidativo Características dos Radicais Livres Bastante reativos Meia-vida muito curta A partir do 1o. radical formam-se outros Oxidam biomoléculas: açucares, proteínas, lipídios e ácidos nucléicos Difícil de serem quantificados Oxigênio Molecular O 2 é considerado um bi radical - (2 elétrons não pareados) Oxidante 2

Espécies Reativas de Oxigênio (EROs) Espécies reativas de nitrogênio. O O. Oxigênio molecular -Biradical Dois elétrons não pareados. O O. Ânion Superóxido -Radical Um elétron Não pareado O 2 O 2 -. H.

3 Espécies Reativas de Oxigênio (EROs) Espécies reativas de nitrogênio. O O. Oxigênio molecular -Biradical Dois elétrons não pareados. O O. Ânion Superóxido -Radical Um elétron Não pareado O 2 O 2 -. H. O O. Peróxido de hidrogênio -Não radical Reativo e forma radical H H.. Ö Radical Hidroxila - Radical Um elétron Não pareado Bastante reativo H 2 O 2 OH. Óxido nítrico (NO. ) Gás incolor, muito reativo Produzido pelas enzimas NO sintases (NOS) Mediador de diferentes funções fisiológicas: Importante vasodilatador Principais vias de produção de Espécies Reativas de Oxigênio e Nitrogênio Powers et al, 2011 Principais Vias de Produção de EROs Principais Vias de Produção de EROs É evidente que as células e organismos não sobreviveriam sem um mecanismo de proteção contra os oxidantes endógenos e exógenos. Como as EROs são eliminadas? Wulf Dröge Physiol. Rev. 82: 47-95, 2002 Wulf Dröge Physiol. Rev. 82: 47-95,

Antioxidante Qualquer substância presente em pequena concentração dentro da célula, comparado com as

Reparadores (não-enzimático): - interrompem reações em cadeia (Halliwell & Gutteridge, 1996) Sistemas de

Ações redundantes Concentrações e atividades variadas Compartimentalizado CLASSES DE ANTIOXIDANTES 1-

4 Antioxidante Qualquer substância presente em pequena concentração dentro da célula, comparado com as concentrações de outros substratos oxidáveis, e que é capaz de inibir ou diminuir significativamente a oxidação destes substratos. Sistema de defesa antioxidante Classificação: Preventivos (enzimático): - inibem o início da oxidação Reparadores (não-enzimático): - interrompem reações em cadeia (Halliwell & Gutteridge, 1996) Sistemas de Defesa Antioxidante Presente em todas as células Complexo Possui muitos elementos Ações inter-relacionadas Ações redundantes Concentrações e atividades variadas Compartimentalizado CLASSES DE ANTIOXIDANTES 1- Preventivos - Superóxido dismutase (SOD) - Catalase - Glutationa Peroxidase (GSH-Px) 2- Reparadores - Glutationa (GSH) - vitamina C - vitamina E Vitaminas Vitamina E - Antioxidantes reparadores - interrompem as reações em cadeia 4

MANUTENÇÃO DO ESTADO REDUZIDO Concentração de Radicais Livres no Repouso Desarranjo da sinalização e do controle

5 Vitamina C VIAS DE PRODUÇÃO E ELIMINAÇÃO DE ROS redox Facilmente eliminado (hidrossolúvel) redox Dröge, 2002 Qual é a relação entre a Metabolismo celular normal síntese e a remoção das espécies reativas em repouso? MANUTENÇÃO DO ESTADO REDUZIDO Concentração de Radicais Livres no Repouso Desarranjo da sinalização e do controle redox (Estresse oxidativo) Como está a relação entre a síntese e a remoção das espécies reativas em situações patológicas? Dröge,

Lado vilão das Espécies Reativas Estresse oxidativo Oxidação de estruturas celulares: membranas, proteínas e DNA DISFUNÇÃO CELULAR Efeitos deletérios das EROs/ERNs Estresse oxidativo Desequilíbrio

6 Lado vilão das Espécies Reativas Estresse oxidativo Oxidação de estruturas celulares: membranas, proteínas e DNA DISFUNÇÃO CELULAR Efeitos deletérios das EROs/ERNs Estresse oxidativo Desequilíbrio entre a produção de oxidantes e a defesa antioxidante em favor dos oxidantes, levando a um desarranjo da sinalização e do controle redox e/ou dano molecular. Jones, 2006 Estresse oxidativo Estresse Oxidativo e Doencas Desarranjo da sinalização e do controle redox (Estresse oxidativo) Dröge, 2002 Estresse Oxidativo Diabetes Hipertensão Arterial Insuficiência Cardíaca Hiperglicemia Hiperlipidemia Resistência Insulínica Envelhecimento Câncer Aterosclerose 6

EROS atrofia muscular - IC Espécies reativas são apenas maléficas ou

2011 Repouso X Exercício Exercício Físico Aeróbio Metabolismo basal

Metabolismo oxidativo Fonte de EROs no músculo esquelético Exercício

arterial venoso 25% 75% Homens não atletas Ex.

7 EROS atrofia muscular - IC Espécies reativas são apenas maléficas ou eles possuem alguma função biológica? Brum et al.2011 Repouso X Exercício Exercício Físico Aeróbio Metabolismo basal produz radicais livres E durante o exercício físico? Metabolismo oxidativo Fonte de EROs no músculo esquelético Exercício físico aumenta a produção de radicais livres arterial venoso arterial venoso 25% 75% Homens não atletas Ex. = Leg press Sangue arterial/venoso Coleta durante exercício Powers et al, 2011 Bailey et al. J Appl Physiol 94: ,

8 Produção de radicais livres no exercício intenso Homens não atletas Teste máximo Ciclo Sangue venoso Coleta pós-exercício Pré Pós Produção de radicais livres durante o exercício - Efeitos da intensidade - Homens não atletas Ex. = Leg press Sangue arter/venoso Coleta durante exercício Ashton, T. et al. (JAP, 1999) Bailey et al. J Appl Physiol 94: , Relação: VO 2 e produção de radicais livres no exercício Paradoxo Metabolismo basal produz radicais livres Exercício físico aumenta a produção de espécies reativas de oxigênio Isto é bom ou ruim? Homens não atletas Ex. = Leg press Sangue arter/venoso Coleta durante exercício Bailey et al. J Appl Physiol 94: , Produção de radicais livres durante o exercício Estresse oxidativo Desarranjo da sinalização e do controle redox (Estresse oxidativo) Dröge,

Produção Radicais Livres durante o exercício EROs / ERNs FATORES /CO-FATORES

ENZIMAS Ativação/inativação Pós-translacional sinalização redox TRANSCRIÇÃO GÊNICA Up

, 2011) Estado Redox e Geração de Força Muscular Espécies reativas de oxigênio e

Importância do desbalanço redox temporário durante o exercício físico Treinamento

9 Produção Radicais Livres durante o exercício EROs / ERNs FATORES /CO-FATORES TRANSCRIÇÃO Modificação covalente 3) Desarranjo da sinalização e do controle redox ENZIMAS Ativação/inativação Pós-translacional sinalização redox TRANSCRIÇÃO GÊNICA Up ou dowregulation outros ADAPTAÇÕES CELULARES Dröge, 2002 (GHOULEH, et al., 2011) Estado Redox e Geração de Força Muscular Espécies reativas de oxigênio e nitrogênio Força muscular esquelética POWERS & JACKSON, Importância do desbalanço redox temporário durante o exercício físico Treinamento físico aumenta a atividade da glutationa peroxidase Ratos 10 semanas (esteira) 75% VO 2 max gastrocnêmio Powers et al. Am. J. Physiol. 266:R375-R380,

Treinamento físico aumenta a atividade da SOD Ratos 10 semanas (esteira) Produção de radicais livres durante o exercício Powers et al. Am. J. Physiol.

10 Treinamento físico aumenta a atividade da SOD Ratos 10 semanas (esteira) Produção de radicais livres durante o exercício Powers et al. Am. J. Physiol. 266:R375-R380, 1994 Treinamento Físico Aeróbico Benefícios do TF moderado Densidade mitocondrial Enzimas oxidativas Eficiência da respiração mitocondrial Produção de radicais livres Enzimas antioxidantes Eliminação de radicais livres Diminui a produção de radicais livres Aumento da defesa antioxidante Diminui o estresse oxidativo Diminui a lesão oxidativa Melhora a função celular Estresse oxidativo Contração Muscular NADPH Oxidase Apocinina Treinamento Físico NADPH Oxidase Apocinina EROs EROs ADAPTAÇÕES MUSCULARES Defesa antioxidante Sinalização celular?? Função muscular 10

Função Muscular esquelética (ex vivo) Função Muscular Contrátil Músculo isolado EDL Banho de órgãos Protocolo de Força X frequência Progressão nas frequências (10, 20, 30, 50, 80, 100

Frequência de 150Hz Efeito do treinamento físico aeróbico sobre a atividade antioxidante muscular Efeito da inibição da produção de radicais livres durante o treinamento físico

11 Função Muscular esquelética (ex vivo) Função Muscular Contrátil Músculo isolado EDL Banho de órgãos Protocolo de Força X frequência Progressão nas frequências (10, 20, 30, 50, 80, 100 e 150Hz) Intervalos de 3 min entre estímulos Protocolo de Fadiga Teste de 4 min Intervalos de 5 seg entre estímulos. Frequência de 150Hz Efeito do treinamento físico aeróbico sobre a atividade antioxidante muscular Efeito da inibição da produção de radicais livres durante o treinamento físico aeróbico Atividade antioxidante Superoxido Dismutase (SOD) Atividade antioxidante Catalase (CAT) Atividade antioxidante Superoxido Dismutase (SOD) Atividade antioxidante Catalase (CAT) Apocinina = inibidir da NADPH oxidase (via de produção de radicais livres) 11

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