VEA: OZONOTERAPIA
FUNDAMENTOS E INVESTIGACIONES
EQUIPOS Y DERIVADOS

Antioxidantes y atletismo
Revisión temática

Dr. Lester Packer
Department of Molecular and Cell Biology.
University of California at Berkeley, California, USA

En los últimos tiempos, ha despertado interés la producción de radicales libres que acompaña el ejercicio físico y los efectos de las terapias antioxidantes en el rendimiento de los atletas

Introducción
    Aunque son ampliamente conocidos los beneficios que se derivan del ejercicio físico, también existe considerable evidencia de que, durante su práctica, aumenta la producción de radicales libres (RL) que producen daño oxidativo en el tejido muscular, hígado, sangre y, posiblemente, en otras estructuras. Recientemente, se ha incrementado sustancialmente el interés en este tópico, así como en los efectos de las terapias antioxidantes 1-3.
    Si bien existen algunos informes acerca del aumento del rendimiento físico a partir de tratamientos con antioxidantes, los resultados de la suplementación con estas sustancias deben ser esperados en el largo plazo y verse reflejados en la disminución del deterioro del rendimiento corporal producido por el envejecimiento y en el incremento de los beneficios derivados de la práctica regular tanto en el atleta, como en el individuo físicamente activo.

Fuentes de oxidantes en el ejercicio
    Existen diversas fuentes de producción de RL durante el ejercicio (Figura 1). Una de ellas sería por un "escape" de electrones, probablemente a nivel de la ubiquinona-citocromo b, en la cadena mitocondrial de transporte de electrones con producción de anión superóxido (O2-.) 4-7. Considerando que durante el ejercicio el consumo total de O2 aumenta entre 10 y 20 veces 8 y que a nivel del músculo el flujo es aun 10 veces mayor 9, es razonable suponer que la producción mitocondrial de O2-. se halla igualmente incrementada.
    Otro mecanismo posible es el de isquemia-reperfusión. Durante el ejercicio, el flujo sanguíneo es restringido en numerosos órganos y tejidos (riñón, región esplácnica, etc.) para aumentar el aporte a los músculos activos. Es así que las regiones deprivadas temporalmente del flujo adecuado ingresan en un estado de hipoxia, que es tanto mayor cuanto más intenso es el ejercicio, y más aún si se supera la capacidad aeróbica máxima (VO2max). Incluso el propio músculo activo entra en un estado de hipoxia por insuficiente aporte energético. Al finalizar la actividad intensa, todas las áreas afectadas son reoxigenadas, cumpliéndose el fenómeno de isquemia-reperfusión con la conocida producción de RL que la acompaña 10- 11.
    Un tercer posible mecanismo de generación de RL es la autooxidación de catecolaminas, cuyos niveles suelen estar aumentados durante el esfuerzo 12.
    El O2-. producido por los mecanismos mencionados, puede reaccionar con otra molécula similar en presencia de protones (dismutación), para producir peróxido de hidrógeno (H2O2), reacción catalizada por la superoxido dismutasa (SOD). El H2O2 puede reaccionar con metales de transición para producir el radical hidroxilo (HO.), una de las especies más tóxicas y reactivas del oxígeno, que reacciona con la primera molécula que encuentre a su alcance. El HO., por lo tanto, puede dañar proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.

Ampliar Imagen Figura 1
Ciclo del oxígeno. Una porción de oxígeno (O2), utilizada durante la respiración mitocondrial, es convertida a superóxido (O2-.), que lo dismuta a peróxido de hidrógeno (H2O2) que, a su vez, conduce a la formación de radical hidroxilo (HO.) y a la peroxidación lipídica. Las hidroperoxidasas catalizan la ruptura de los hidroperóxidos, dando agua como producto final que, a su vez, es fuente de O2 durante la fotosíntesis, completando el ciclo. R=molécula orgánica, Q=quinona.

Protección antioxidante
    Los RL, que se producen durante el ejercicio, son especies químicas altamente reactivas, que generan reacciones descontroladas que resultan en entrecruzamientos de las cadenas del ADN, proteínas y lípidos en la misma molécula o entre moléculas. También pueden provocar daños oxidativos en importantes grupos funcionales de las biomoléculas, acelerando el envejecimiento y las enfermedades que lo acompañan.
    A lo largo de su evolución, el cuerpo humano ha desarrollado mecanismos antioxidantes de defensa, bajo la forma de enzimas y compuestos. Sin embargo, durante la actividad física, aun en individuos entrenados, es previsible una importante producción de RL y, por lo tanto, un mayor requerimiento de mecanismos de resguardo. Algunas de las defensas antioxidantes se adecuan con el entrenamiento y en presencia de una dieta apropiada, pero pueden ser superadas cuando se excede el nivel de ejercicio al cual se han adaptado.
    Los antioxidantes desempeñan una importante función para la prevención de numerosas patologías, incluyendo las cardiovasculares y cerebrovasculares, ciertos tipos de tumores y numerosas afecciones relacionadas con el envejecimiento.
    El conocimiento del modo como interactúan los antioxidantes ofrece bases racionales para desarrollar estrategias nutricionales y de intervención farmacológica, que permitan enfrentar tanto el progreso de las afecciones degenerativas del envejecimiento, como las situaciones clínicas agudas que se generan por el estrés oxidativo. Para lograr una comprensión efectiva de la protección que brindan, es esencial evaluar todas las sustancias y enzimas antioxidantes.

La interconexión antioxidante
    Una característica importante del sistema de defensas antioxidantes radica en la interacción de los antioxidantes con sistema redox (oxidorreducción) y no redox, que actúan en forma aditiva y sinérgica. Los mecanismos de defensa antioxidante están localizados tanto en el medio acuoso como en el lípido.
    Entre los antioxidantes liposolubles se encuentran: la vitamina E (VE), el ubiquinol o coenzima Q y varios carotenoides derivados de la cadena alimenticia. La mayoría de los antioxidantes, incluyendo la VE, el ascorbato o vitamina C (VC), tioles y ubiquinonas, se basan en principios de reacciones redox. Los carotenoides y flavonoides son también poderosos antioxidantes.
    La VE es el más importante antioxidante liposoluble, mientras que la VC es su equivalente en el medio acuoso. Las investigaciones han evidenciado que ambas actúan interrelacionadas entre sí y con otros sistemas antioxidantes.
    La VC es un cofactor esencial en diversas hidroxilasas como la prolil hidroxilasa y la lisil hidroxilasa. Considerando que la hidroxilación agrega estabilidad a la triple helix del colágeno, por la deficiencia de VC se producen afecciones como el escorbuto, con fragilidad de los vasos sanguíneos.
    Pero, además de su participación en la hidroxilación, la VC es, también, antioxidante. Respecto de su primera función bastan dosis tan modestas como 10 mg/día para prevenir el escorbuto, pero para apreciar otros efectos terapéuticos se requieren dosis mucho mayores.
    En relación con su actividad antioxidante, la VC es un atrapador de RL que neutraliza especies como el H2O2, el O2-. y el ácido hipocloroso. En el curso de estas reacciones, la VC se transforma en ácido dihidroascórbico, el que puede ser reciclado nuevamente a VC por diversos mecanismos, entre ellos la acción del glutatión (GSH) que es, de por si un antioxidante fundamentalmente involucrado en la destrucción de hidroperóxidos. El GSH por medio de intervención enzimática (dehidroascorbato-reductasa, tiol-transferasa o proteina-ditiol-isomerasa) revierte el dehidroascorbato a ascorbato o VC:

enzima
dehidroascorbato + 2GSH ______________ VC + GSSG

    La VE es el principal antioxidante que puede interrumpir la reacción de peroxidación lipídica en las membranas celulares. Cuando un radical peróxilo colisiona con la VE, se convierte en un hidroperóxido hiporreactivo, mientras que la VE al donar un electrón y oxidarse se transforma en un radical de VE (ChrO.) que también es hiporreactivo y puede recuperar su estado original de VE (ChrOH) al reaccionar con un reductor o seguir nuevas reacciones al combinarse con un radical peroxilo, alcoxilo o con otro radical de vitamina E formando productos inocuos:

ChrOH + ROO. ________________ ChrO. + ROOH
ChrO. + reductor ______________ ChrOH
ChrO. + ROO. ________________ producto inocuo
ChrO. + RO. ________________ producto inocuo
ChrO. + CrO. ________________ producto inocuo

    Si bien, como se dijo, la VE es el mayor antioxidante en la membrana mitocondrial, se encuentra en ella en muy bajas concentraciones, generalmente menos de 0,1 nM por mg de proteína de membrana o, dicho en otros términos, una molécula por 1000 a 2000 fosfolípidos de membrana. Los radicales son generados por la peroxidación lipídica a nivel membranas a un promedio de 1 a 5 nM por mg de proteína de membranas por minuto. Sin embargo, ni se produce la destrucción oxidativa de estas estructuras, ni la VE es rápidamente consumida.
    Esto genera una paradoja: ¿como se pueden conciliar las pequeñas concentraciones de VE y un constante grado de peroxidación lipídica con una ausencia de destrucción en las membranas celulares? ¿Cual es el mecanismo de la alta eficiencia de la VE?
    La hipótesis más aceptada es la que sostiene que la VE es reconvertida de su forma de radical (tocoferilo o cromanoxilo), como consecuencia de neutralizar RL, a su estado nativo por una variedad de otros antioxidantes. Esto ocurre a través de la interacción de sustancias lipo e hidrosolubles –con participación, o no, de mecanismos enzimáticos– reduciéndose la VE de su forma tocotrienoxilo o tocoferoxilo a su estado de tocotrienol o tocoferol, respectivamente.
    Numerosos estudios in vitro mostraron que tanto la VC como el ubiquinol serían las sustancias reductoras de la VE (Figura 2). En el caso de la VC, dicha reducción se haría con el costo de la formación de un radical de vitamina C (ascorbilo) que, a su vez, puede ser reducido nuevamente a VC por el glutatión y los tioles. Finalmente, éstos últimos son reducidos a su forma original por sistemas enzimáticos celulares 13-15. Nosotros hemos demostrado este sistema de reciclado de la VE, tanto por mecanismos enzimáticos como no enzimáticos, en sistemas artificiales de membrana, en microsomas (preparaciones de plasma y membranas reticuloendoplásmicas) y en mitocondrias 16.
    Durante la situación de esfuerzo físico, también participan enzimas antioxidantes que contribuyen a reducir el daño oxidativo, son la glutatión peroxidasa (que cataliza la descomposición de los peróxidos) y la glutatión reductasa (que reduce el glutatión oxidado). Los niveles de estas enzimas en los eritrocitos y en el músculo esquelético aumentan con el entrenamiento 17-19.

Ampliar Imagen Figura 2
Red antioxidante. La VE es regenerada de su forma radical por la VC o la CoQ e, indirectamente, por tioles, glutatión o ácido lipoico. Tomado de L. Packer, Scientific American Science & Medicine, vol. 1, Nº 1, 1994.

Indices de estrés oxidativo y de daño durante el ejercicio
    Si el ejercicio aumenta la producción de RL, dicho aumento debe, también, evidenciarse. El método más directo para medir RL es su dosaje, pero lo común es la determinación indirecta de su presencia cuantificando el daño producido a los lípidos (peroxidación) o a las proteínas (formación de grupos carbonilos).
    Dosaje de RL. Nosotros hemos medido el aumento de RL en el músculo y en el hígado de animales sometidos a un ejercicio extenuante, ya sea con niveles normales de VE o deprivados de ella 20. Ratas macho Long Evans fueron alimentadas con dosis suficientes (21 UI/kg) o insuficientes (<1 UI/kg) de VE durante 5 meses y luego sometidas a ejercicio en dos ruedas móviles: una con intensidad progresiva para determinar la capacidad de carga máxima, y la otra para provocar una intensidad de resistencia al trabajo submáxima, con medición del tiempo de agotamiento. El test de resistencia fue realizado dos días después del primero y al término de ambos los animales fueron sacrificados. Se obtuvieron homogeneizados de músculos gastrocnemio, sóleo, plantar y de tejido hepático y se determinaron RL por medio de resonancia paramagnética electrónica (EPR). Adicionalmente, se determinaron índices de control respiratorio mitocondrial (ICRM). Luego de ejercicio submáximo, la señal EPR para RL aumentó 3 a 4 veces en músculo e hígado y fue mayor en los animales con deficiencia de VE. Los ICRM fueron menores luego del ejercicio, debido a respiración basal e indicando cierto desacoplamiento inducido por el ejercicio. Además la capacidad de adaptación (período previo a la fatiga durante el ejercicio submáximo), fue inferior en los animales con dieta deprivada de VE. Estos resultados son consistentes con un modelo de ejercicio en el cual se generan RL, probablemente a nivel mitocondrial, con un subsecuente daño a las membranas (incluyendo las mitocondriales) con alteración de su permeabilidad, por peroxidación lipídica.
    La disminución del rendimiento de los animales con deficiencia de VE, asociado a una mayor señal de EPR, respecto de los animales con niveles normales de VE, sugiere que la protección antioxidante es importante para reducir el daño inducido por la actividad intensa.
    Peroxidación lipídica. En la misma experiencia se observó que la peroxidación lipídica, evaluada por la determinación de las sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico (TBARS), se duplicaron por el ejercicio en el músculo y el hígado de las ratas con niveles normales de VE; en los animales deprivados de esa vitamina, el aumento fue menor debido a que los niveles ya eran altos durante el reposo. Experiencias similares dosando TBARS en muestras biológicas 20,21-25, o midiendo los hidrocarbonos expirados, como resultado de la oxidación de los ácidos grasos poliinsaturados 26-28, mostraron aumento de estos luego del ejercicio. Un aumento de la peroxidación lipídica, expresado en un cambio del 60-100% en los niveles de malondialdehido, ha sido detectado en el stratum y corteza de animales sometidos a ejercicio exhaustivo a un 100% de VO2max. Sin embargo, no todos los investigadores encontraron estas respuestas de aumento de la peroxidación lipídica en el ejercicio 29-31. La ausencia de coincidencias entre los resultados puede atribuirse a las diferencias de metodologías y protocolos utilizados.
    Oxidación proteica. Este índice de daño oxidativo es menos utilizado que el correspondiente a las moléculas lipídicas. En nuestra experiencia hemos evaluado el daño a proteínas a través de la medición de los carbonilos proteicos. Ciertos componentes aminoácidos de las proteínas (histidina, arginina, lisina, y prolina) son sensibles a la oxidación catalizada por metales, formando grupos carbonilos en las cadenas laterales de las proteínas 32,33. Es de suponer que estos compuestos aumenten con el ejercicio agudo o crónico.
    Para aseverar esta hipótesis utilizamos ratas Sprague-Dawley (Bantin y Kingman, Fremont, CA) (n=12) las que fueron entrenadas de acuerdo a técnicas previamente establecidas 34. Un entrenamiento de exigencia en plataforma circulante (treadmill) durante 12 semanas, permitió que los roedores corrieran 30 m/min durante 2 horas a un grado de 15%, 3 días por semana. Mientras que los animales sedentarios (n=12) corrían a 20 m/min durante 5 minutos 3 días por semana durante 12 semanas. Al término del entrenamiento la mitad de los animales de cada grupo fueron sacrificados y los músculos de la pierna y tejido hepático fueron utilizados para la determinación de grupos carbonilos según el método de Levine y col. 35. A los sobrevivientes de ambos grupos se les interrumpió el ejercicio durante dos semanas al término de las cuales se realizó el mismo procedimiento que con las anteriores.
    Luego de 12 semanas de entrenamiento, el contenido de grupos carbonilos se duplicó en los músculos de las ratas entrenadas comparado con el de las sedentarias (p<0,05) (Tabla 1). En el hígado no se encontraron diferencias en este aspecto. Al término de las dos semanas de finalizado el ejercicio, el contenido de grupos carbonilos a nivel muscular había descendido a valores semejantes al de los animales sedentarios.
    La formación de grupos carbonilos –condición asociada con estrés oxidativo– ha sido observada en células envejecidas 33-36, en la reperfusión del miocardio isquémico de la rata 16 y en el músculo distrófico del pollo 37. El grado de aumento del contenido tisural de proteínas oxidadas depende del grado de producción de RL, de la eficacia de su eliminación por las defensas antioxidantes, y de la capacidad de renovación de las proteínas dañadas. La disminución a los valores normales del contenido de grupos carbonilos del músculo esquelético, indica que el proceso de remoción funciona adecuadamente, y de que existe mucha evidencia de que el entrenamiento físico aumenta las defensas antioxidantes. Existe por lo tanto una fuerte evidencia de que los RL aumentan con el ejercicio y de que, aun el incremento en las defensas antioxidantes por el entrenamiento, resulta inadecuado para contrarrestarlos.
    El hecho de que los grupos carbonilos proteicos no se modificaron en el tejido hepático con el ejercicio, sugiere que el aumento de estrés oxidativo debido al esfuerzo no alcanzó niveles suficientes para aumentar el daño a las proteínas. Sin embargo, Davies y col. 20, en sus experiencias hallaron un aumento de RL y de peroxidación lipídica, tanto en el tejido hepático como en el músculo esquelético de ratas sometidas a breves incrementos de actividad física. Debe entonces suponerse que el mecanismo de daño de los RL por el ejercicio es diferente en las proteínas respecto de los lípidos, o que las defensas antioxidantes del hígado aumentan más rápidamente que las del músculo como respuesta al entrenamiento, o que la velocidad de eliminación de proteínas dañadas es más efectiva en el hígado.   

Tabla 1. Contenido de carbonilos proteicos en músculo e hígado de ratas entrenadas y sedentarias.

  Material
Grupo Hígado Músculo del muslo
Sedentarias2 2,9 ±0,2 2,6 ±0,5
Entrenadas2 3,1 ±0,4 5,4 ±0,3*
Sedentarias3 2,9 ±0,6 2,9 ±0,3
Entrenadas3 3,1 ±0,5 3,6 ±0,8


Los valores se hallan expresados como mmol carbonilo/mg proteína y representados como la media ± ESM.
Las diferencias estadísticas entre grupos fueron detectadas por el test de Student. (*): p<0,001.
2: ratas sacrificadas inmediatamente después de cesado el entrenamiento.
3: ratas sacrificadas 2 semanas después de cesado el entrenamiento.

    Oxidación de ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos son igualmente blanco del ataque oxidativo y constituyen un componente del daño celular que puede tener efectos considerables en el largo plazo. Existe información de la presencia de bases de ADN oxidadas en tejido pulmonar luego del ejercicio.
    En un estudio, once voluntarios de sexo masculino, realizaron un test de ejercicio graduado en un cicloergómetro para determinar la VO2max; una semana después se los sometió a 90 minutos de ejercicio al 65% de VO2max en el cicloergómetro durante 3 días consecutivos. Se determinó el volumen urinario durante 24 horas previas a la primera prueba, y durante 24 horas luego de la primera, segunda y tercera prueba. Luego de esta última, los participantes iniciaron diariamente y por un mes, la siguiente suplementación antioxidante: D-a-tocoferol 533 mg; VC 1000 mg; beta-caroteno 10 mg. Al término de ese período se repitieron las pruebas de ejercicio y la recolección de orina.
    El daño oxidativo a los ácidos nucleicos fue determinado midiendo la concentraciónde 8-hidroxiguanosina (8-OHG) en orina, un marcador de la oxidación del ARN, sirviendo de muestra basal la orina recolectada antes del ejercicio. La concentración de 8-OHG se determinó según técnica descripta por Shigenaga y col.38, y se midió en nanomoles/L. El valor obtenido se multiplicó por el volumen de orina de 24 horas y el resultado se dividió por el peso corporal. La excreción urinaria de ARN 8-OHG no se modificó durante los 3 días de ejercicio respecto de los valores basales, ni se afectó con la administración de antioxidantes. El ejercicio fue mas bien moderado (90 min. al 65% de VO2max) y es probable que se requiera una actividad mucho mayor para observar daños en los ácidos nucleicos. Por otra parte los sujetos de la muestra se hallaban medianamente entrenados y se sabe que el entrenamiento reduce el daño oxidativo derivado del ejercicio 29,39.
    Otros investigadores han observado los efectos del ejercicio en el ADN, pero los resultados son conflictivos. Hartman y col. 40, observaron en humanos sometidos a una prueba de agotamiento en plataforma móvil, un claro aumento en rotura de cadenas del ADN de leucocitos de sangre periférica, extraída 24 horas después del ejercicio. Si se administraba VE (1200 mg/día) durante 14 días previos a dicha prueba, el daño al ADN quedaba abolido en 4 de cada 5 individuos. Sen y col. 3, también hallaron aumentos significativos en la rotura de cadenas del ADN de leucocitos al cabo de ejercicios de variada intensidad, pero no hallaron correlación entre esa intensidad y el grado de alteración del ADN. Sin embargo, en nadadores regularmente entrenados se observó una disminución de la 8-OHG nuclear de linfocitos luego de un ejercicio de agotamiento rápido. Este hallazgo sugiere que la reparación del daño oxidativo en el ADN aumenta con el entrenamiento 41.
    De la misma forma que con la peroxidación de lípidos, la interpretación de los resultados de diversos estudios se complica por los diferentes estados de entrenamiento de los sujetos, los protocolos de ejercicio y las metodologías de laboratorio empleadas. Por lo tanto, se requieren mayores experiencias en este aspecto.

Cambios en los antioxidantes durante el ejecicio
    La determinación del status antioxidante constituye un signo directo de estrés oxidativo. La mejor respuesta se ha observado con el glutatión, que se encuentra en sus formas reducidas (GSH) y oxidada (GSSG). Existe coincidencia en afirmar que el ejercicio produce oxidación del glutatión en sangre. Nosotros usamos este antioxidante para seguir los cambios en sangre producidos por ejercicio máximo y submáximo.
    Ochenta voluntarios de sexo masculino con entrenamiento moderado, fueron sometidos, en un cicloergómetro, a VO2max y, por 90 minutos, al 65% de la VO2max. Se obtuvieron muestras de sangre durante el ejercicio y durante 4 días de la recuperación de la prueba submáxima. No se hallaron cambios en el GSH o GSSG durante el ejercicio a la VO2max. Opuestamente, durante el ejercicio submáximo, el GSH disminuyó de -0,4 mM a 0,15 mM durante los primeros 15 minutos de ejercicio, el cual se acompañó por el correspondiente aumento de GSSG, expresado como equivalente de GSH (Figura 3). En los restantes 75 minutos de ejercicio, la concentración de GSH declinó gradualmente más allá de -0,10 mM, mientras que el GSSG aumentó a 0,4 mM.
    Sen y col. 3, observaron igualmente un aumento significativo de la oxidación del GSH en sangre luego del ejercicio; el GSSG se duplicó después del ejercicio máximo y luego de 30 minutos de ejercicio a umbral anaeróbico3. El GSSG sanguíneo aumentó el 72% en los hombres sometidos a ejercicio extenuante en plataforma móvil, y hasta un 200% en ratas ejercitadas a 24 m/min en plataforma ad hoc 43.
    Por otra parte, Ji y col. 44, no observaron cambio alguno en las concentraciones sanguíneas de GSSG después de 2 horas de cicloergómetro al 70% de la VO2max.
    La única explicación de la importante y rápida declinación del GSH en el ejercicio radicaría en un aumento de formación de metahemoglobina. Un aumento de la frecuencia en la desoxigenación y reoxigenación de la hemoglobina durante el ejercicio constituye la oportunidad para la formación de metahemoglobina; el 3% de la hemoglobina total se encuentra en la forma oxidada 45. La formación de metahemoglobina es acompañada de producción de O2-. que es rápidamente dismutado a H2O2 por la SOD. El H2O2 es eliminado por acción de la glutatión peroxidasa en los eritrocitos, causando una marcada pérdida de GSH y acumulación de GSSG. Sea como fuere, estos resultados sugieren que el ejercicio submáximo prolongado aumenta en forma significativa el estrés oxidativo lo que se ve reflejado en grandes respuestas del sistema glutatión.

Ampliar Imagen Figura 3
GSH humano en sangre antes, durante y después de ejercicio en cicloergómetro al 65% del pico de consumo de O2 Los valores se expresan como media ± ES de la media; n=8. Diferencia significativa de los valores de reposo (p<0,05).

Efectos del uso de antioxidantes
    Dado que el daño oxidativo es un hecho real en el ejercicio o durante una actividad extenuante, especialmente en individuos no entrenados, los efectos de la suplementación antioxidante han suscitado un gran interés, tanto para aumentar el rendimiento del atleta, como para prevenir el daño.
    Si bien la relación entre los antioxidantes y el rendimiento es controvertida y, probablemente, de escaso efecto, existe abundante evidencia que los antioxidantes previenen algunos de los daños oxidativos inducidos por el ejercicio, particularmente en el largo plazo.
    El apoyo al status antioxidante puede aumentar la resistencia muscular a la fatiga. El tratamiento in vitro de diafragma de rata, con 10 mM del antioxidante N-acetil cisteína (NAC), que aumenta los niveles de glutatión 46, retardó el desarrollo de estrés observado en los haces musculares controles sometidos a 10 minutos de contracciones intermitentes a 30-40 Hz 47.
    En voluntarios que recibieron NAC (150 mg/kg), se observó una mejor tolerancia a la fatiga que en otros a los que se les suministró glucosa endovenosa al 5% como placebo 48. La estimulación tetánica, a 10 Hz o 40 Hz durante 30 minutos, del músculo tibial anterior mostró que la fuerza contráctil aumentaba un 15% con tratamiento previo de NAC comparado con placebo glucosa. Este efecto fue evidente a 10 Hz después de los 3 primeros minutos y persistió hasta el final del protocolo. No se observó esta respuesta con el NAC a 40 Hz. Esta experiencia sugiere la presencia de estrés oxidativo en el proceso de fatiga que, a un bajo nivel de estimulación, puede ser reducido por la intervención antioxidante.
    En el rendimiento físico la administración de antioxidantes es de resultados imprecisos. La suplementación de VE a ratas sometidas a esfuerzo en plataforma móvil, no mostró aumento del rendimiento respecto de los controles 49. En humanos sometidos a ejercicio extenuante, no se halló diferencia de la VO2max o el tiempo de ejercicio, antes o después de la suplementación con VE 50. Tampoco se detectaron variaciones en la velocidad de nadadores que recibieron VE comparados con un grupo placebo 51,52. Sin embargo, en los escaladores de montaña la administración de VE mejoró el rendimiento y no se observó el aumento de pentano exhalado que se produjo en los sujetos controles 53.
    La coenzima Q10 (CoQ), en su forma reducida es considerada un antioxidante per se 54, o por su capacidad de reciclar la VE13. En un sistema in vitro, secciones de tejido de animales alimentados con CoQ fueron más resistentes a la peroxidación lipídica inducida por el hidroperóxido de tertbutilo que las de tejidos correspondientes a animales no suplementados con CoQ 55. La suplementación con CoQ disminuyó la liberación inicial de creatina kinasa y lactato dehidrogenasa en ratas a las que se las hizo descender por un plano inclinado 56, pero no tuvo efectos sobre la liberación de creatina kinasa en humanos sometidos a ejercicio extenuante en cicloergómetro 57. Estos interesantes resultados sugieren continuar con la investigación sobre la acción antioxidante de la CoQ y sus efectos en el ejercicio.
    La VC (ascorbato) puede actuar tanto como antioxidante como prooxidante, al reducir el ion férrico a ferroso, pudiendo luego catalizar la reacción de Fenton para iniciar la producción de HO. y la peroxidación lipídica. Por lo tanto los efectos de la suplementación con ascorbato no son fáciles de predecir. En un estudio experimental con cobayos sometidos a ejercicio extenuante, se observó una marcada reducción de varias enzimas mitocondriales en los animales suplementados con VC comparados con los controles, sugiriendo que, al menos en la dosis administrada (4g/kg por dieta comparado a 2 g/kg en los controles), predominaron los efectos prooxidantes del ascorbato 58. La suplementación con ascorbato tampoco protegió de la hemólisis causada por la deficiencia de VE 59.
    Por lo tanto existe poca evidencia, que pueda ser considerada definitiva, que sugiera que la suplementación con antioxidantes sea ventajosa para el rendimiento del atleta o del individuo activo. Sin embargo, numerosas experiencias sugieren que los antioxidantes pueden reducir el daño oxidativo del músculo y otros tejidos causado por un ejercicio exhaustivo.
    La suplementación con VE parece ejercer un efecto protector contra el daño oxidativo a nivel muscular y de otros tejidos inducido por el ejercicio. En humanos que ingirieron 600 mg D,L-a-tocoferol 3 veces por día durante dos semanas, se observó una disminución del pentano exhalado en un ejercicio graduado hasta alcanzar el 75% de la VO2max 60. Asimismo sujetos que ingirieron VE (300 mg de acetato de D-a-tocoferol diario durante 4 semanas), exhibieron una menor peroxidación lipídica plasmática inducida por ejercicio respecto de determinaciones similares sin VE 50. En ratas suplementadas con VE se observó una reducción de peroxidación lipídica inducida por el ejercicio a nivel hepático 61. Ha sido demostrado que la suplementación con VE no afecta la filtración de enzimas citosólicas (creatina kinasa y lactato dehidrogenasa) en la sangre luego del ejercicio 62, pero dicha suplementación tuvo un marcado efecto sobre la disminución de la filtración de enzimas de los lizosoma y de las mitocondrias (beta-glucouronidasa y transaminasa glutámico oxalacética mitocondrial) 50, posiblemente debido a que estas membranas, especialmente la mitocondrial, son más proclives al daño oxidativo durante el ejercicio.
    También observamos que la suplementación con VE en animales, disminuye en forma marcada el daño oxidativo a las proteínas de los músculos sometidos a esfuerzo 63. Grupos de animales fueron sometidos a una dieta de altas dosis de VE (10.000 UI/kg dieta) y de aceite de palma rico en alfa-tocoferol y tocotrienol (isómeros de la VE) (7000 mg tocotrienol/kg dieta), o a una dieta control, con niveles normales de alfa-tocoferol (30 UI/kg dieta). Luego de 4 semanas algunos de los animales de cada grupo fueron exigidos hasta el agotamiento en una plataforma circulante, mientras el resto no fué forzado a ejercicio. La concentración de grupos carbonilos proteicos en el músculo (gastrocnemio) y en la sangre fueron determinados por el método de Levin y col. 35. En ratas normalmente alimentadas, el contenido de carbonilo proteico del gastrocnemio aumentó el 17,23 % como resultado del ejercicio, pero en los animales que recibieron suplementos de VE, el aumento se mantuvo entre 8,27% y 5,78%. En comparación con los animales alimentados con dieta control, los suplementados con tocoferol y tocotrienol tuvieron un contenido de carbonilo proteico significativamente inferior (-32,3 y -19,8 %, respectivamente). Asimismo, los animales suplementados con VE que fueron ejercitados tuvieron contenidos de carbonilos proteicos más bajos comparados con animales alimentados con dieta normal (-37,5% en los que recibieron tocoferol, -27,1% en los que recibieron tocotrienol y tocoferol). No se observaron cambios en los niveles sanguíneos de carbonilos proteicos, sea con el ejercicio o con suplementación antioxidante. Los resultados indican que la suplementación con VE, sea en su forma de tocoferol o tocotrienol, disminuyen el daño oxidativo proteico del músculo. De hecho, los niveles musculares de carbonilo proteico en los animales suplementados con VE y sometidos a ejercicio fueron siempre menores que en los animales sedentarios que recibieron dieta control.
    Estos resultados también evidenciaron la importancia de la localización de la muestra, ya que en el músculo, y no la sangre, fue donde se evidenciaron cambios marcados en los carbonilos proteicos y el efecto protector de los antioxidantes. Por lo tanto, se debe ser cauteloso en la interpretación de los estudios cuando se trata solamente de muestras de sangre, ya que pueden existir daños importante en otros tejidos que no se reflejan en la sangre.
    Otros antioxidantes parecen ser efectivos en la reducción de los efectos de los RL producidos durante el ejercicio. El tratamiento de voluntarios con NAC atenuó en forma marcada el aumento de GSSG en sangre inducido por el ejercicio 3, y ratones tratados con polietilen-glicol-SOD, sometidos luego a protocolos de contracciones prolongadas para inducir daño se recuperaron en forma completa a diferencia de los no tratados 64.

Conclusiones
    Como se señaló al comienzo, los beneficios del ejercicio físico regular son conocidos, incluyendo la mejoría funcional del aparato cardiovascular; aumento del metabolismo energético y de las defensas antioxidantes; mayor fuerza y resistencia muscular, y disminución de la osteoporosis.
    Pero, también, existen desventajas: aumento del consumo de antioxidantes tisurales y cambios en su estado redox; asimismo el estrés inducido por el ejercicio es aumentado por un estado deficitario en antioxidantes.
    Si la intervención antioxidante tiende a disminuir estos daños, se perfila como un enfoque terapéutico prometedor en lo que hace a aumentar los beneficios del ejercicio disminuyendo, a la vez, sus efectos deletéreos.
    Los individuos que, regularmente, se someten a ejercicios físicos extenuantes, a lo largo de los años pueden acumular productos de daño molecular. Por lo tanto, los suplementos antioxidantes, que disminuyen dicha acumulación, pueden contribuir a la salud a largo plazo de los atletas.

Abreviaturas:

ADN: ácido desoxiribonucleico H2O2: peróxido de hidrógeno
EPR: resonancia de spin paramagnético HO.: radical hidroxilo
GSH: glutatión en su forma reducida NAC: N-acetilcisteína
GSSG: glutatión oxidado  

Palabras clave: antioxidantes, coenzima Q, ejercicio, estrés oxidativo, peroxidación lipídica, radicales libres, vitamina E

Key words: antioxidants, coenzym Q, exercise, free radicals, lipid peroxidation, oxidative stress, vitamin E

Resumen en español
El ejercicio físico extenuante ocasiona estrés oxidativo. Existen diversas fuentes para este mecanismo, que incluyen la producción de anión superóxido por la mitocondria, el fenómeno de isquemia-reperfusión, y la autooxidación de las catecolaminas. Un ejercicio intenso o prolongado puede superar las defensas antioxidantes, entre las que se encuentran las vitaminas C y E, y los tioles, existiendo una red de unión entre todos ellos así como con las enzimas antioxidantes. La evidencia de un estrés oxidativo durante el ejercicio se demostró midiendo el daño a las biomoléculas y el estado de defensas antioxidantes, particularmente el glutatión. Existe escasa eviencia de que los antioxidantes aumenten el rendimiento en los deportistas, pero un número extenso de trabajos mostraron que aquellos pueden disminuir el estrés oxidativo. Esto sugiere que el beneficio secundario a la administración de antioxidantes debe ser esperado en el largo plazo.


BIBLIOGRAFÍA.

1. Ji LL: Oxidative stress during excercise: Implications of antioxidant nutrients. Free Rad Biol Med 1995; 18: 1079-1086.

2. Sjodin B, Westing H, Apple FS: Biochemical mechanisms for oxygen free radical formation during excercise. Sports Med 1990; 10: 236-254.

3. Sen CK, Rankinen T, Vaisanen S, Rauramaa R: Oxidative stress after human excercise: effect after N-acetylcysteine supplementation. J Appl Physiol 1994; 76: 2570-2577.

4. Boveris A, Chance B: The mitochondrial generation of hydrogen peroxide: general properties and effect of hyperbaric oxygen. Biochem J 1973; 134: 707-716.

5. Boveris A, Cadenas E: Mitochondrial production of superoxide anions and its relationship to the antimycin insensitive respiration. FEBS Lett 1975; 54: 311-314.

6. Cadenas E, Boveris A, Ragan CI, Stoppani OM: Production of superoxide radicals and hydrogen peroxide by NADH-ubiquinone redcutase and ubiquinol-cytochrome c reductase from beef heart mitochondria. Arch Biochem Biophys 1977; 180: 248-257.

7. Sjodin B, Hellsten Westing Y, Apple FS: Biochemical mechanisms for oxygen free radical formation during excercise. Sports Med 1990; 10: 236-254.

8. Astrand PO, Rodhal K: Textbook of work physiology. New York, McGraw Hill 1986.

9. Keul J, Doll E, Koppler D: Energy metabolism of human muscle. Basel S. Karger 1972.

10. Kellog EW, Firdovich I: Superoxide, hydrogen peroxide, and singlet oxygen in lipid peroxidation by a xanthine oxidase system. J Biol Chem 1975; 250: 8812-8817.

11. Wolbarsht ML, Fridovich I: Hyperoxia during reperfusion is a factor in reperfusion injury. Free Rad Biol Med 1989; 6: 61-62.

12. Singh, VN: A current perspective of nutrition and excercise. J Nutr 1992; 122 (3 Suppl): 760-765.

13. Kagan VE, Shvedova A, Serbinova E, Khan S, Swanson C, Powell R, Packer L: Dihydrolipoic acid: A universal antioxidant both in the membrane and in the aqueous phase. Biochem Pharmacol 1992; 44: 1637-1649.

14. Packer L: New horizons in vitamin E research. The vitamin E cycle, biochemistry and clinical applications. Lipid Soluble Antioxidants: Biochemistry and Clinical Applications. A.S.H. Ong and L. Packer. Boston, Birkhauser Verlag 1992: 1-16.

15. Sies H: Strategies of antioxidant defense. Eur J Biochem 1993; 215: 213-219.

16. Packer L: Interactions among antioxidants in health and disease: vitamin E and its redox cycle. Proc Soc Expt Biol Med 1991; 200: 271-276.

17. Ohno H, Yahata T, Sato Y, Yamumura K, Taniguchi N: Physical training and fasting erythrocyte activities of free radical scavenging systems in sedentary men. Eur J Appl Physiol 1988; 57: 173-176.

18. Evelo CTA, Palmen NGM, Artur Y, Jansen GME: Changes in blood glutathione concentrations, and in erythrocyte glutathione reductase and glutathione S-transferase activity after running training and after participation in contests. Eur J Appl Physiol 1992; 64: 354-358.

19. Leeuwenburgh C, Fiebig R, Chandwaney R, Ji LL: Aging and excercise training in skeletal muscle: responses of gutathione and antioxidant enzyme systems. Am J Physiol 1994; 267: R439-R445.

20. Davies KJA, Quintanilha AT, Brooks GA, Packer L: Free radicals and tissue damage produced by excercice. Biochem Biophys Res Comm 1982; 107: 1198-1205.

21. Lovlin R, Cottle W, Pyke I, Kavanagh M, Belcastro AN: Are indices of free radical damage related to excercise intensity. Eur J Appl Physiol Occupational Physiol 1987; 56: 313-316.

22. Ji LL, Stratman FW, Lardy HA: Enzymatic down regulation with excercise in rat skeletal muscle. Arch Bioch Byophys 1988; 263: 137-149.

23. Kanter MM, Lesmes GR, Kaminsky LA, La Ham-Saeger J, Nequin ND: Serum creatine kinase and lactate dehydrogenase changes following an eighty kilometer race. Relationship to lipid peroxidation. Eur J Appl Physiol Occupational Physiol 1988; 57: 60-63.

24. Maughan RJ, Donnelly AE, Gleeson M, Whiting PH, Walker KA, Cough PJ: Delayed onset muscle damage and lipid peroxidation in man after a downhill run. Muscle and Nerve 1989; 12: 332-336.

25. Meydani M, Evans WJ, Handelman G, Biddle L, Fielding RA, Meydani SN, Burrill J, Fiatarone MA, Blumberg JB, Cannon JG: Protective effect of vitamin E on excercise-induced oxidative damage in young and older adults. Am J Physiol 1993; 264: R992-R998.

26. Dillard CJ, Litov RE, Savin WM, DUmelin EE, Tappel AL: Effects of excercise, vitamin E, and ozone on pulmonary function and lipid peroxidation. J Appl Physiol 1978; 45: 927-932.

27. Gee DL, Tappel AL: The effect of exhaustive excercise on expired pentane as a measure of in vivo lipid peroxidation in the rat. Life Sci 1981; 28: 2425-2459.

28. Kanter MM, Nolte NA, Holloszy JO: Effect of an antioxidant vitamin mixture on lipid peroxidation at rest and post excercise. J Appl Physiol 1993; 74: 965-969.

29. Salminen A, Vihko V: Endurance training reduces the susceptibility of mouse skeletal muscle to lipid peroxidation in vitro. Acta Physiol Scand 1983; 117: 109-113.

30. Salminen A, Vihko V: Lipid peroxidation in excercise myopathy. Experimental and Molecular Pathology 1983; 38: 380-383.

31. Viinikka L, Vuori J, Ylikorkala O: Lipid peroxides, prostacyclin, and thromboxane A2 in runners during acute excercise. Med Sci Sports Excercise 1984; 16: 275-277.

32. Amici A, Levine RL, Tsai L, Stadtman ER: Conversion of amino acid residues in proteins and amino acid homopolymers to carbonyl derivatives by metal catalyzed oxidation reactions. J Biol Chem 1989; 264: 3341-3346.

33. Stadtman ER, Oliver CN: Metal-catalyzed oxidation of proteins. Physiological consequences. J Biol Chem 1991; 266: 2005-2008.

34. Gohil K, Fothfuss L, Lang J, Packer L: Effect of excercise training on tissue vitamin E and ubiquinone content. J Appl Physiol 1987; 63: 1638-1641.

35. Levine RL, Garland D, Oliver CN, Amici A, Climent I, Lenz AG, Ahm BW, Shaltiel S, Stadtman ER: Determination of carbonyl content in oxidatively modified protein. Meth Enzymol 1990; 186: 464-478.

36. Oliver CN, Ahn BW, Moerman EJ, Goldstein S, Stadtman ER: Age-related changes in oxidized proteins. J Biol Chem 1987; 262: 5488-5491.

37. Murphy ME, Keherer JP: Oxidation state of tissue thiol groups and content of protein carbonyl groups in chickens with inherited muscular dystrophy. Biochem J 1989; 260: 359-364.

38. Shigenaga MK, Gimeno CJ, Ames BN: Urinary 8-hydroxy-’deoxiguanosine as a biological marker of in vivo oxidative DNA damage. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 1989; 86: 9697-9701.

39. Quintanilha AT: Effects of physical excercise and/or vitamin E on tissue oxidative metabolism. Bioch Soc Transact 1984; 12: 403-404.

40. Hartmann A, Niess AM, Grunert-Fuchs M, Poch B, Speit G: Vitamin E prevents exercise-induced DNA damage. Mutation Res 1995; 346: 195-202.

41. Inoue T, Mu Z, Sumikawa K, Adachi K, Okochi T: Effect of physical excercise on the content of 8- hydroxyde- oxygua- nosine in nuclear DNA prepared from human lymphocytes. Jap J Cancer Res 1993; 84: 720-725.

42. Gohil K, Viguie C, Stanley WC, Brooks GA, Packer L: Blood glutathione oxidation during physical excercise. J Appl Physiol 1988; 64: 115-119.

43. Sastre J, Asensi M, Gasco E, Pallardo FV, Ferrero JA, Furukawa T, Viña J: Exhaustive physical excercise causes oxidation of glutathion status in blood: prevention by antioxidant administration. Am J Physiol 1992; 263: R992-995.

44. Ji LL, Katz A, Fu R, Griffiths M, Spencer M: Blood glutathion status during excercise: effect of carbohydrate supplementation. J Appl Physiol 1993; 74: 788-792.

45. Gibson QH: The reduction of metahemoglobin in red blood cells and studies on the cause of idiopathic metaha- emoglobinemia. Biochem J 1948; 42: 13-23.

46. Wong BK, Chan HC, Corocoran GB: Selective effects of N-acetyl cysteine stereoisomers on hepatic glutathion and plasma sulfate in mice. Toxicol Appl Pharmacol 1986; 86: 429.

47. Khawli F, Reid MB: N-acetylcysteine depresses contractile function and inhibits fatigue of diaphragm in vitro. J Appl Physiol 1994; 77: 317-324.

48. Reid MB, Stokic DS, Koch SM, Khawli FA, Leis AA: N-acetylcysteine inhibits muscle fatigue in humans. J Clin Invest 1994; 94: 2468-2474.

49. Mehlhorn RJ, Sumida S, Packer L: Tocopheroxyl radical persistence and tocopherol consumption in liposomes and in vitamin E-enriched rat liver mitochondria and microsomes. J Biol Chem 1989; 264: 13448-13452.

50. Sumida S, Tanaka K, Kitao H, Nakadomo F: Exercise-induced lipid peroxidation and leakage of enzymes before and after vitamin E supplementation. Int J Biochem 1989; 21: 835-838.

51. Lawrence JD, Bower RC, Riehl WP, Smith JL: Effects of alpha tocopherol acetate on the swimming endurance of trained swimmers. Am J Clin Nutr 1975; 28: 205-208.

52. Shephard RJ, Campbell R, Pimm P, Stuart D, Wright GR: Vitamin E, excercise and the recovery from physical activity. Eur J Appl Physiol 1974; 33: 119-126.

53. Simon-Schnass I, Pabst H: Influence of vitamin E on physical performance. Internat J Vit Nutr Res 1988; 58: 49-54.

54. Frei BM, Kim MC, Ames BN: Ubiquinol-10 is an effective lipid-soluble antioxidant at physiological concentrations. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 1990; 87: 4879-4883.

55. Leibovitz B, Hu ML, Tappel AL: Dietary supplements of vitamin E, beta-carotene, coenzyme Q10 and selenium protect tissues against lipid peroxidation in rat tissue slices. J Nutr 1990; 120: 97-104.

56. Shimomura Y, Suzuki M, Sugiyama S, Hanaki Y, Ozawa T: Protective effect of coenzyme Q10 on exercise-induced muscular injury. Biochem Biophys Res Comm 1991; 176: 349-355.

57. Zuliani U, Bonetti M, Campana G, Cerioli G, Solito F, Novarini A: The influence of ubiquinone (CoQ10) on the metabolic response to work. J Sports Med Physical Fitness 1989; 29: 57-62.

58. Packer L, Gohil K, DeLumen B, Terblanche SE: A comparative study on the effects of ascorbic acid deficiency and supplementation on endurance and mitochondrial oxidative capacities in various tissues of the guinea pig. Comp Biochem Physiol 1986; 83B: 235-240.

59. Gohil K, Packer L, DeLumen B, Brooks GA, Terblanche SE: Vitamin E deficiency and vitamin C supplements: excercise and mitochondrial oxidation. J Appl Physiol 1986; 60: 1986-1991.

60. Dykens JA: Isolated cerebral and cerebellar mitochondria produce free radicals when exposed to elevated Ca2+ y Na+: implications for neurodegeneration. J Neurochem 1994; 63: 584-591.

61. Brady PS, Brady LJ, Ulrey DE: Selenium, vitamin E, and the response to swimming stress in the rat. J Nutr 1979; 109: 113-1109.

62. Helgheim I, Hetland O, Nilsson S, Ingjer F, Stromme SB: The effects of vitamin E on serum enzyme levels following heavy excercise. Eur J Appl Physiol 1979; 40: 283-289.

63. Reznick A, Witt EH, Matsumoto M, Packer L: Vitamin E inhibits protein oxidation in skeletal muscle of resting and excercised rats. Biochem Biiophys Res Comm 1992; 189: 801-806.

64. Zerba E, Komorowski TE, Faulkner JA: Free radical injury to skeletal muscles of young, adult, and old mice. Am J Physiol 1990; 258: C429-C435.

VEA: OZONOTERAPIA
FUNDAMENTOS E INVESTIGACIONES
EQUIPOS Y DERIVADOS