Actividad Física y Estrés oxidativo: Efectos sobre la Dinámica Mitocondrial y Marcadores de Inflamación

Abstract

[spa] La práctica de actividad física conduce a la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) con potencial para influir sobre numerosos procesos celulares. Estas ROS ejercen un efecto dual en función de su concentración, ya que niveles elevados se asocian con la aparición de estrés oxidativo y daño sobre biomoléculas y estructuras celulares, mientras que niveles más moderados actúan como mensajeros celulares modulando diversas vías de señalización. Sesiones de ejercicio agudo y de elevada intensidad se relacionan con elevadas tasas de generación de ROS que pueden sobrepasar la capacidad antioxidante del organismo. Contrariamente, la repetición de ejercicios de intensidad moderada se asocia con dosis fisiológicamente tolerables de ROS; a éstas se le atribuyen efectos beneficiosos dado que parecen estar implicadas en la regulación de cascadas de señalización celular que juegan un papel fundamental en la mediación de los beneficios derivados del entrenamiento. Por otra parte, se ha descrito que los ácidos grasos omega 3 ejercen importantes beneficios sobre el organismo al modular los mecanismos de defensa antioxidante y mediadores de inflamación. Así, el objetivo general de esta tesis se centra en evaluar y caracterizar la respuesta diferencial antioxidante, inflamatoria y mitocondrial, frente a diferentes dosis estímulo prooxidante, además valorar el uso de ácido docosahexaenoico (DHA) como suplemento nutricional en este contexto. En futbolistas entrenados, el hecho de ingerir una bebida enriquecida con DHA durante ocho semanas incrementa en el contenido de este omega 3 en las membranas eritrocitarias. El entrenamiento y el ejercicio agudo promueven en estos sujetos la biogénesis y remodelación mitocondrial y potencia la capacidad de respiración mitocondrial en PBMCS. La suplementación de la dieta con DHA durante ocho semanas contribuye de manera sinérgica a los efectos del entrenamiento sobre la remodelación mitocondrial. Un estilo de vida activo viene acompañado de menor peso, masa grasa, IMC, presión arterial diastólica y recuento neutrófilos y linfocitos en sujetos sanos sexagenarios en comparación con un estilo de vida sedentario. En sujetos activos en condiciones basales observamos una potenciación de la capacidad antioxidante endógena inducida por la práctica regular de actividades físicas moderadas. Además, se observa una atenuación de parámetros proinflamatorios y una potenciación de marcadores antiinflamatorios en sujetos activos respecto a sedentarios. Con todo, un estilo de vida activo ejerce efectos beneficiosos sobre la composición corporal, las defensas antioxidantes y el estado antiinflamatorio de las personas mayores. La exposición continua de PBMCs y neutrófilos a concentraciones sostenidas de H2O2 producida por la enzima glucosa oxidasa permite emular una situación crónica de estrés oxidativo de manera ex vivo. Los neutrófilos presentan una mayor capacidad para eliminar el H2O2 que las PBMCs. Este hecho se traduce en menores niveles de H2O2 en el medio de cultivo de neutrófilos, lo que limita los efectos del H2O2 sobre de expresión génica y producción de ROS por parte de estas células. La exposición continua ex vivo de PBMCs y neutrófilos a concentraciones sostenidas de H2O2 estimula de manera hormética procesos implicados en la dinámica y biogénesis mitocondrial y la expresión de genes proinflamatorios en estas células. Un control de los de niveles de H2O2 en el organismo podría tener relevancia médica en enfermedades con estados inflamatorio y redox alterados como el síndrome metabólico. En conclusión, la activación de las defensas antioxidantes, la inducción de daño oxidativo, junto con la modulación de la dinámica biogénesis mitocondrial y de los marcadores de inflamación, son procesos que se encuentran estrechamente relacionados en respuesta a diferentes grados estrés oxidativo derivado de la práctica de actividad física, el estilo de vida y la exposición exógena H2O2. La ingesta de DHA en dosis moderadas resulta efectiva potenciar de manera sinérgica las adaptaciones antioxidantes y mitocondriales.

[cat] La pràctica d'activitat física condueix a la generació d'espècies reactives d'oxigen (ROS) amb potencial per influir sobre nombrosos processos cel·lulars. Aquestes ROS exerceixen un efecte dual en funció de la seva concentració, ja que nivells elevats s'associen a l'aparició d'estrès oxidatiu i dany sobre biomolècules i estructures cel·lulars, mentre que nivells més moderats actuen com a missatgers cel·lulars i modulen diverses vies de senyalització. Sessions d'exercici agut i d'elevada intensitat es relacionen amb elevades taxes de generació de ROS que poden sobrepassar la capacitat antioxidant de l'organisme. Contràriament, la repetició d'exercicis d'intensitat moderada s'associa amb dosis fisiològicament tolerables de ROS; a aquestes se li atribueixen efectes beneficiosos atès que semblen estar implicades en la regulació de cascades de senyalització cel·lular que juguen un paper fonamental en la mediació dels beneficis derivats de l'entrenament. D'altra banda, s'ha descrit que els àcids grassos omega 3 exerceixen importants beneficis sobre l'organisme ja que modulen els mecanismes de defensa antioxidant i paràmetres inflamatoris. Així, l'objectiu general d'aquesta tesi es centra en avaluar i caracteritzar la resposta diferencial antioxidant, inflamatòria i mitocondrial, vers diferents dosis d’estímul prooxidant, a més de valorar l'ús d'àcid docosahexaenoic (DHA) com a suplement nutricional en aquest context. El fet d'ingerir una beguda enriquida amb DHA durant vuit setmanes s'incrementa en el contingut d'aquest omega 3 en les membranes eritrocitàries a futbolistes entrenats. L'entrenament i l'exercici agut promouen en aquests subjectes la biogènesi i remodelació mitocondrial i potencia la capacitat de respiració mitocondrial a PBMCS. La suplementació de la dieta amb DHA durant vuit setmanes contribueix de manera sinèrgica a l'efecte de l'entrenament sobre la remodelació mitocondrial. Un estil de vida actiu ve acompanyat per menor pes, massa grassa, IMC, pressió arterial diastòlica i recompte neutròfils i limfòcits, en subjectes sans sexagenaris, en comparació amb un estil de vida sedentari. A subjectes actius en condicions basals observem una potenciació de la capacitat antioxidant endògena induïda per la pràctica regular d'activitats físiques moderades. A més, s'observa una atenuació de paràmetres proinflamatoris i una potenciació de marcadors antiinflamatoris a subjectes actius respecte a subjectes sedentaris. Amb tot, un estil de vida actiu exerceix efectes beneficiosos sobre la composició corporal, les defenses antioxidants i l'estat antiinflamatori de la gent gran. L'exposició contínua de PBMCs i neutròfils a concentracions sostingudes de H2O2 produïda per l'enzim glucosa oxidasa permet emular una situació crònica d'estrès oxidatiu de manera ex vivo. Els neutròfils presenten una major capacitat per eliminar l’H2O2 que les PBMCs. Aquest fet es tradueix en menors nivells d’H2O2 al medi de cultiu dels neutròfils, fet que limita els efectes de l’H2O2 sobre l’expressió gènica i la producció de ROS per part d'aquestes cèl·lules. L'exposició contínua ex vivo de PBMCs i neutròfils a concentracions sostingudes de H2O2 estimula de manera hormètica processos implicats en la dinàmica i biogènesi mitocondrial i l'expressió de gens proinflamatoris en aquestes cèl·lules. Un control dels de nivells d’H2O2 a l'organisme podria tenir rellevància mèdica en malalties amb estats inflamatori i redox alterats com la síndrome metabòlica. En conclusió, l'activació de les defenses antioxidants, la inducció de dany oxidatiu, juntament amb la modulació de la dinàmica biogènesi mitocondrial i dels marcadors d'inflamació, són processos que es troben estretament relacionats en resposta a diferents graus d’estrès oxidatiu derivat de la pràctica d'activitat física, l'estil de vida i l'exposició exògena H2O2. La ingesta de DHA sota dosis moderades resulta efectiva potenciar de manera sinèrgica les adaptacions antioxidants i mitocondrials.

[eng] The practice of physical generates reactive oxygen species (ROS) with potential to influence on numerous cellular processes. ROS can exert a dual role depending on the concentration. High levels are associated to oxidative stress and damage to biomolecules and cellular structures, while moderate levels act as cellular messengers modulating various signalling pathways. Acute and high intensity exercise sessions are associated to high ROS generation rates that may overwhelm antioxidant defences. Conversely, the repetition of moderate intensity exercises is associated to tolerable doses of ROS that appear to be involved in the regulation of cell signalling cascades that play a fundamental role in mediating the training-derived benefits. On the other hand, it has been described that omega 3 fatty acids exert beneficial effects on the body by modulating the mechanisms of antioxidant defence and inflammation. Thus, the general aim of this thesis focuses on evaluating and characterizing the antioxidant, inflammatory and mitochondrial differential response against different doses of prooxidant stimulus. In addition we aimed to assess the use of docosahexaenoic acid (DHA) as a nutritional supplement in this context. In trained football players, eight weeks of training and DHA consumption increases the content of this omega 3 in the erythrocyte membranes. Acute training and exercise promotes mitochondrial biogenesis and remodelling events in these subjects and enhances mitochondrial respiration capacity in PBMCs. Supplementation of the diet with DHA for eight weeks contributes synergistically to the effects of training on mitochondrial remodelling. An active lifestyle is accompanied by lower weight, fat mass, BMI, diastolic blood pressure and neutrophils and lymphocytes counts in healthy sexagenarian compared to a sedentary lifestyle. In active subjects in basal conditions there is an improvement of the endogenous antioxidant capacity induced by the regular practice of moderate physical activities. In addition, there is an attenuation of proinflammatory parameters and an enhancement of anti-inflammatory markers in active subjects compared to sedentary peers. Thus, an active lifestyle exerts beneficial effects on body composition, antioxidant defences and the anti-inflammatory status in the elderly. The continuous exposure of PBMCs and neutrophils to sustained H2O2 produced by the enzyme glucose oxidase allows emulating an ex vivo situation of chronic oxidative stress. Neutrophils have a greater capacity to eliminate H2O2 than PBMCs. This fact is translated into lower levels of H2O2 in the culture medium of neutrophils, which limits the effects of H2O2 on gene expression and ROS production by these cells. Continuous ex vivo exposure of PBMCs and neutrophils to sustained concentrations of H2O2 stimulates in a hormetic way the processes involved in the mitochondrial dynamics and biogenesis and the expression of proinflammatory genes in these cells. A control of the levels of H2O2 in the organism could have medical relevance in diseases with altered inflammatory and redox states as the metabolic syndrome. In conclusion, the activation of antioxidant defences, the induction of oxidative damage, together with the modulation of the mitochondrial biogenesis dynamics and the markers of inflammation, are processes that are closely related in response to different degrees of oxidative stress derived from the practice of physical activity, lifestyle and exogenous H2O2 exposure. The intake of DHA in moderate doses is effective to enhance synergistically antioxidant and mitochondrial adaptations.