Exercício e Estresse Oxidativo

Prévia do material em texto

Exercício Físico e Estresse Oxidativo 
Luiz Roberto Grassmann Bechara 
(e-mail: luizbechara@yahoo.com.br) 
 
 
LAB. FISIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR DO EXERCÍCIO 
LAB. BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR DO EXERCÍCIO 
ESCOLA DE EDUCAÇÃO FÍSICA E ESPORTE – USP 
 
2012 
Especialização em Atividade Física e Saúde (CEAFS) 
 
 
Tópicos que serão abordados: 
2 - Vias de produção de EROS – defesa antioxidante 
3 - Efeitos maléficos: desequilíbrio redox e patologias 
4 - Efeitos fisiológicos: sinalização redox 
5 - Efeitos agudos e crônicos do exercício físico na 
sinalização redox 
1 - Conceitos básicos: oxidante – antioxidante 
Vida aeróbia X Vida anaeróbia 
Carboidratos Lípides Proteínas 
Vantagen metabólica 
Oxidação completa de 
combustíveis 
grande quantidade 
de energia livre 
Vida aeróbia X Vida anaeróbia 
Carboidratos Lípides Proteínas 
Radicais 
Livres 
Vida aeróbia X Vida anaeróbia 
O que são radicais 
livres? 
Radical Livre 
Qualquer espécie química que 
apresenta um ou mais elétrons não 
pareados no último orbital atômico ou 
molecular 
Elétron 
desemparelhado 
instável 
Radical Livre 
Elétron 
desemparelhado 
estável 
Qualquer espécie química que 
apresenta um ou mais elétrons não 
pareados no último orbital atômico ou 
molecular 
redução 
- recebeu elétron 
Elétron 
desemparelhado 
Reação de Óxido-Redução 
(Redox) 
oxidação 
- perdeu elétron 
agente oxidante 
Elétron 
desemparelhado 
Reação de Óxido-Redução 
(Redox) 
agente redutor 
Oxigênio Molecular 
O2 é considerado um biradical 
(2 elétrons não pareados) 
Oxigênio (oxidante) reage com a Lenha (redutor) 
e libera energia (calor) 
Reação Redox 
Síntese Aeróbia de ATP 
ATP 
O2 
H2O 
substrato 
CO2 
Qual a principal característica dos 
radicais livres? 
 
 
 
 dica: apresenta 1 ou mais elétrons desemparelhados 
Radical Livre 
Alta reatividade com biomoléculas 
Espécies 
Reativas 
Espécies 
Não-radicalares 
Alta reatividade com 
biomoléculas 
Espécies Reativas 
Espécies Reativas de Carbono 
 
Espécies Reativas de Nitrogênio* 
 
Espécies Reativas de Oxigênio* 
 
Espécies Reativas de Enxofre 
* Maior relevância biológica 
Espécies Reativas 
Efeitos deletérios das EROs/ERNs 
Espécies Reativas e Envelhecimento 
“Lado vilão” das Espécies Reativas 
Como as EROs/ERNs 
são produzidas? 
EROs 
ERNs 
Produção de Espécies Reativas 
Xantina Oxidase 
NADPH oxidase Cadeia transportadora 
de elétrons (Mitocôndria) 
Óxido Nítrico 
Sintases 
Produção de Espécies Reativas 
1- Cadeia transportadora de elétrons (Mitocôndria) 
Substrato + O2 
respiração 
celular 
Calor + ATP 
trabalho 
celular 
Calor 
Metabolismo Energético 
Metabolismo Energético 
Metabolismo Energético 
Produção de Espécies Reativas 
1- Cadeia transportadora de elétrons (Mitocôndria) 
NADH 
FADH2 
O2 
H2O 
Produção de Espécies Reativas 
1- Cadeia transportadora de elétrons (Mitocôndria) 
NADH 
FADH2 
EROs e- 
Produção de Espécies Reativas 
Redução tetravalente do oxigênio molecular 
2- NADP(H) oxidase 
Produção de Espécies Reativas 
inativa ativa 
3- Xantina Oxidase 
Produção de Espécies Reativas 
.- 
4- Óxido Nítrico Sintases 
Produção de Espécies Reativas 
eNOS acoplada eNOS desacoplada 
Como as EROs 
são eliminadas? 
Antioxidante 
 (Halliwell & Gutteridge, 1996) 
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. 
Classificação: 
 
• Preventivos (enzimático): 
 - inibem o início da oxidação 
 
• Reparadores (não-enzimático): 
 - interrompem reações em cadeia 
Sistema de defesa antioxidante 
CLASSES DE ANTIOXIDANTES 
1- Preventivos 
2- Reparadores 
- Superóxido dismutase (SOD) 
- Catalase 
- Glutationa Peroxidase (GPx) 
- Glutationa (GSH) 
- vitamina C 
- vitamina E 
ANTIOXIDANTES ENZIMÁTICOS 
- Superóxido dismutase (SOD) 
 
- Catalase 
 
- Glutationa Peroxidase (GPx) 
2 O2
- + 2 H+  O2 + H2O2 
 
H2O2 
 + 2 GSH  2 H2O + GSSG 
2 H2O2  2 H2O + O2 
Glutationa (GSH) 
 - principal tampão redox celular 
cisteína 
Dröge, 2002 
VIAS DE PRODUÇÃO E ELIMINAÇÃO DE ROS 
Dröge, 2002 
VIAS DE PRODUÇÃO E ELIMINAÇÃO DE ROS 
Dröge, 2002 
VIAS DE PRODUÇÃO E ELIMINAÇÃO DE ROS 
Dröge, 2002 
VIAS DE PRODUÇÃO E ELIMINAÇÃO DE ROS 
Vitaminas 
- Antioxidantes reparadores 
 
- interrompem as reações em cadeia 
Vitamina E 
Vitamina C 
redox 
redox Facilmente eliminado 
(hidrossolúvel) 
Fontes naturais de Vitaminas 
 
- Vitamina E 
 
azeites vegetais, cereais e verduras frescas: 
(sementes de girassol, espinafre, amêndoas e pimentões) 
 
- Vitamina C 
 
frutas cítricas: (laranja, limão, goiaba, kiwi, acerola, morango, 
tomate e folhosos, como brócolis, couve-flor e pimentão) 
Como está a relação entre a 
síntese e a remoção das 
espécies reativas em 
situações basais (repouso)? 
MANUTENÇÃO DO ESTADO REDUZIDO 
Metabolismo celular normal 
Como está a relação entre a 
síntese e a remoção das 
espécies reativas em 
situações patológicas? 
Oxidação de estruturas celulares: 
membranas, proteínas e DNA 
DISFUNÇÃO CELULAR 
Estresse oxidativo 
Estresse oxidativo 
Jones, 2006 
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. 
Estresse 
Oxidativo 
• Diabetes 
• Hipertensão Arterial 
• Insuficiência Cardíaca 
• Hiperglicemia 
• Hiperlipidemia 
• Resistência Insulínica 
• Envelhecimento 
• Câncer 
• Aterosclerose 
Estresse Oxidativo e Fisiopatologias 
Estresse 
Oxidativo 
• Diabetes 
• Hipertensão Arterial 
• Insuficiência Cardíaca 
• Hiperglicemia 
• Hiperlipidemia 
• Resistência Insulínica 
• Envelhecimento 
• Câncer 
• Aterosclerose 
Estresse Oxidativo e Fisiopatologias 
Estresse oxidativo Classe funcional da IC 
Nishiyama et al.,1998. 
Magnitude e duração da produção ROS 
Dröge, 2002 
Desarranjo da sinalização e do controle redox 
(Estresse oxidativo) 
Espécies reativas são apenas 
maléficas ou eles possuem 
alguma função biológica? 
Magnitude e duração da produção ROS 
Dröge, 2002 
3) Desarranjo da sinalização e do controle redox 
sinalização redox 
Óxido Nítrico (NO) 
- radical livre 
- meia vida 6-10s 
- objeto de interesse na literatura 
Yetick-Anacak e Catravas, 2006 
NO e Sistema Cardiovascular 
- Regulação da permeabilidade vascular 
- Proliferação das células do músculo liso vascular 
- Controle da expressão de moléculas de adesão 
- Inibição da agregação plaquetária 
- CONTROLE DO TÔNUS VASCULAR E 
PERFUSÃO TECIDUAL 
Estímulo físico 
Estímulo químico 
eNOS 
L-arginina 
Ca2+-CaM 
GCs 
GTP GMPc 
[Ca2+] 
Célula 
endotelial 
Célula 
muscular 
lisa 
vasodilatação 
receptor 
Síntese de NO e Vasodilatação 
NO 
Estímulo físico 
Estímulo químico 
eNOS 
L-arginina 
Ca2+-CaM 
GCs 
GTP GMPc 
[Ca2+] 
Célula 
endotelial 
Célula 
muscular 
lisa 
vasodilatação 
receptor 
Remoção de NO 
NO + O2
-ONOO- 
(-) 
(-) 
Espécies reativas de oxigênio 
e nitrogênio 
Força muscular esquelética 
Métodos 
 Função muscular (banho de órgãos) 
 solução fisiológica 
(Krebs) 
 carbogênio (95% O2) 
 25°C 
Força Fadiga 
Estado Redox e Geração de Força Muscular 
POWERS & JACKSON, 2008. 
Nível de Espécies Reativas 
EROs/ERNs 
baixo 
alto 
fisiologia prejudicada HOMEOSTASE fisiologia prejudicada 
< resposta proliferativa 
< atividade microbicida 
Morte celular 
Sinalização redox 
Crescimento 
Metabolismo normal 
Danos de 
biomoléculas 
reparo 
moderado 
Magnitude e duração da produção ROS 
Dröge, 2002 
3) Desarranjo da sinalização e do controle redox 
sinalização redox 
Repouso X Exercício 
 Metabolismo basal produz radicais livres 
 
 
 E durante o exercício físico? 
Consumo de Oxigênio no Exercício 
(em equilíbrio) 
Bejma & Ji, 1999 
Produção de radicais livres no 
exercício 
Ashton, T. et al. (JAP, 1999) 
• Homens não atletas 
• Teste máximo 
• Ciclo 
• Sangue venoso 
• Coleta pós-exercício 
Produção de radicais livres no 
exercício 
Pré 
Pós 
Controle 
Exercício 
Exercício físico aumenta a produção de 
EROs vascular 
A intensidade influencia a 
produção de Espécies Reativas? 
Consumo de Oxigênio no Exercício 
(diferentes potências) 
Bailey et al. J Appl Physiol 94: 1714-1718, 2003. 
• Homens não atletas 
• Ex. = Leg press 
• Sangue arter/venoso 
• Coleta durante exercício 
Produção de radicais livres durante o exercício 
- Efeitos da intensidade - 
•Homens não atletas 
•Ex. = Leg press 
•Sangue arter/venoso 
•Coleta durante exercício 
Bailey et al. J Appl Physiol 94: 1714-1718, 2003. 
Relação: VO2 e produção de radicais livres no exercício 
Produção de radicais livres durante o exercício 
Paradoxo 
 Metabolismo basal produz radicais livres 
 
 Exercício físico aumenta a produção de 
espécies reativas de oxigênio 
 
 Isto é bom ou ruim? 
Exercício físico 
Metabolismo (VO2) 
Produção de Radicais Livres 
Estresse Oxidativo 
• Fadiga 
• Lesão tecidual 
Exercício físico 
Metabolismo (VO2) 
Produção de Radicais Livres 
Estresse Oxidativo 
• Fadiga 
• Lesão tecidual 
Resposta aguda do 
Sistema antioxidante 
Adaptações crônicas 
do sistema antioxidante 
Treinamento físico aumenta a atividade da 
glutationa peroxidase 
Powers et al. Am. J. Physiol. 266:R375-R380, 1994 
• Ratos 
• 10 semanas (esteira) 
• 75% VO2max 
• gastrocnêmio 
Powers et al. Am. J. Physiol. 266:R375-R380, 1994 
Treinamento físico aumenta a atividade 
da SOD • Ratos 
• 10 semanas (esteira) 
 
Treinamento Físico Aeróbico 
Densidade mitocondrial 
Enzimas oxidativas 
Eficiência da respiração 
mitocondrial 
Produção de radicais livres 
Estresse oxidativo 
Enzimas antioxidantes 
Eliminação de radicais livres 
Treinamento Físico Intenso e Prolongado 
lesão mitocondrial 
Respiração mitocondrial 
menos eficiente 
Produção de radicais livres 
Estresse oxidativo 
Lesão oxidativa 
degradação de antioxidantes 
não enzimáticas 
Capacidade de eliminação 
 de radicais livres 
Reserva de GSH e vit. E 
Benefícios do TF moderado 
 Diminui a produção de radicais livres 
 Aumento da defesa antioxidante 
 Diminui o estresse oxidativo 
 Diminui a lesão oxidativa 
 Melhora a função celular