Repercussoes do Exercício Físico no Organismo: o Stress Oxidativo

1. Introduçao

Para todos os seres vivos que utilizam o oxigénio como agente oxidante, este gás possui uma acyao paradoxal pois se, por um lado, é vital e decisivo para a rentabilizayao energética dos vários substratos metabólicos, por outro lado, comporta-se como um agente tóxico, cuja acyao a longo prazo vai deteriorando a funcionalidade organica, acabando mesmo por se tornar letal (Ames et al, 1993; Bejma e Ji, 1999; Bejma et al, 2000; Chen et al, 2003; Di Meo e Venditti, 2001;  Engel et al, 1984; Ji et al, 1998). Esta toxicidade é mediada por alguns dos seus compostos intermediários altamente reactivos, as denominadas espécies reactivas de oxigénio (ERO), e faz-se sentir a cada instante, hora-a-hora, dia-a-dia, estando intimamente associada ao fenómeno de envelhecimento biológico e a fisiopatologia de numerosas doenyas degenerativas crónicas que atingem o ser humano (Ames et al, 1993; Ji et al, 1998; Lefer e Granger, 2000; Omaye e Tappel, 1974; Sies, 1997). Moléculas como os ácidos nucleicos, nucleares ou mitocondriais, os fosfolípidos membranares ou outros, as proteínas estruturais ou funcionais, e os glúcidos, membranares ou citoplasmáticos, sao potenciais alvos da agressao oxidativa das ERO (Jafari et al, 2005; Karanth e Jeevaratnam, 2005; Powers et al, 1999; Sies, 1993, 1997). Apesar das células possuírem defesas anti-oxidantes contra estas ERO, elas mostram-se falíveis na prevenyao da agressao oxidativa organica, com uma constante incapacidade em neutralizar totalmente as ERO produzidas (e outras espécies reactivas que nao só as de oxigénio) e, dessa forma, poder evitar as lesoes que elas induzem (Chow, 1991; Fridovich, 1998; Shan et al, 1990). Este constante desequilíbrio entre a taxa de produyao com a consequente acyao nefasta e a continua incapacidade celular e organica de neutralizar essas ERO, é habitualmente designado por stress oxidativo (Sies, 1993, 1997). Inúmeras evidéncias, directas e indirectas, demonstram que o stress oxidativo ocorre a cada momento nos nossos órgaos e tecidos e que a sua intensidade parece ser influenciada por variados factores tais como a idade, o genoma, o ambiente e a taxa metabólica, sendo esta última altamente influenciada pelo exercício físico e pela dieta (Hellsten et al, 1999; Ji, 1999, 2001; Leeuwenburgh e Heinecke, 2001). No caso concreto do músculo esquelético, numerosas evidéncias responsabilizam as ERO pela origem ou pelo agravamento das alterayoes estruturais e funcionais do músculo esquelético resultantes das mais variadas agressoes (Appell et al, 1997; Duarte et al, 1997; Duthie et al, 1992; Engel et al, 1984). Por exemplo, deficiéncias alimentares de vitamina E e selénio, descritas em muitas espécies animais (Chow, 1991; Shan et al, 1990), induzem alterayoes estruturais musculares semelhantes aquelas observadas nas distrofias musculares, tendo também sido descrita uma elevayao muscular de marcadores indirectos de peroxidayao lipídica em animais de laboratório portadores de distrofias musculares (Omaye e Tappel, 1974). Para além disso, o aumento da actividade plasmática de enzimas sarcoplasmáticas, relatado em ratos deficientes em vitamina E (Chow, 1991), e a observayao de que a peroxidayao lipídica do sarcolema parece contribuir para as elevayoes sarcoplasmáticas do iao cálcio verificadas nos animais susceptíveis a hipertermia maligna (Armstrong et al, 1991; Duthie et al, 1992), vém também reforyar o conceito sobre o importante papel que as ERO parecem desempenhar na fisiopatologia muscular esquelética (Appell et al, 1992; Armstrong et al, 1991; Engel et al, 1984; Freisleben, 2000). Relativamente a influéncia aguda do exercício físico na intensidade do stress oxidativo muscular esquelético e/ou sistémico, os dados da literatura testemunham um agravamento dos seus níveis, e da consequente lesao oxidativa, durante ou logo após o exercício, comparativamente a situayao de repouso (Duarte et al, 1993, 1994, 1999, 2004; Gomez-Cabrera et al, 2005; Ji, 1999; Lew e Quintanilha, 1991). As fontes de produyao adicional de ERO durante o exercício parecem ser múltiplas e a sua importancia relativa varia com o tempo decorrido após exercício (Duarte et al, 1993, 1994).

2. Stress oxidativo induzido pelo exercício físico agudo

Apesar de ser hoje universalmente aceite que o exercício físico constitui um veículo de stress oxidativo para o organismo em geral, parecem ser os músculos esqueléticos exercitados os mais atingidos por esta situayao (Armstrong et al, 1991; Ji, 1998, 1999; Leeuwenburgh e Heinecke, 2001; Powers et al, 1999; Vollaard et al, 2005). Desde a década de 80 que, pela técnica de ressonancia magnética nuclear, foi documentado um aumento da produyao mitocondrial de ERO, nao só em fibras musculares isoladas sujeitas a contracyoes tetanicas (Koren et al, 1983), mas também no músculo esquelético logo após a realizayao de exercícios físicos extenuantes (Davies et al, 1982). Devido a rapidez com que as ERO reagem com as substancias químicas adjacentes, a detecyao directa desses compostos torna-se extremamente difícil (Sies, 1993, 1997; Vollaard et al, 2005). Por essa razao, a maioria dos trabalhos que estudam a situayao de stress oxidativo tém quantificado os produtos finais, ou as substancias intermediárias, resultantes do processo de peroxidayao lipídica ou de oxidayao proteica induzida pelas ERO, considerando essas substancias como indicadores indirectos da agressao oxidativa (Ascensao et al, 2005; Ji, 1998, 1999; Leeuwenburgh e Heinecke, 2001). Assim, por exemplo, pela mediyao de malondialdeído tecidual ou excretado na urina, é possível averiguar, de uma forma indirecta, a elevayao da taxa de peroxidayao lipídica no músculo esquelético (Duthie et al, 1992; Karanth e Jeevaratnam, 2005; Lew e Quintanilha, 1991; Omaye e Tappel 1974) após a actividade física. Da mesma forma, em humanos sujeitos a exercício físico, foi observada uma elevayao daquele composto no plasma, relacionada directamente com a actividade de enzimas sarcoplasmáticas no plasma (Duarte et al, 1999). Para além dos inúmeros marcadores de lesao oxidativa tecidual, a depleyao de compostos que integram as defesas anti-oxidantes celulares, constitui uma forte evidéncia indirecta do agravamento dos níveis de stress oxidativo tecidual (Ames et al, 1993; Atalaya e Sen, 1999; Ji, 1998, 1999; Ji et al, 2001; Powers et al, 1999; Sen, 1995). Por esse motivo, numerosos trabalhos tém também analisado as concentrayoes de glutationa reduzida (GSH) e glutationa oxidada (GSSG) no músculo esquelético após actividade física (Duarte et al, 1993, 1994; Lew e Quintanilha, 1991). Tendo em considerayao que o tecido muscular esquelético parece ser muito mais dependente da GSH para a neutralizayao das ERO do que o fígado e o rim, a mediyao das concentrayoes de GSH e GSSG e/ou da actividade das enzimas relacionadas com a sua homeostasia, deverá ser o melhor meio de quantificayao indirecta do stress oxidativo neste tecido (Ji, 1998, 1999; Ji et al, 2001; Leeuwenburgh e Heinecke, 2001; Shan et al, 1990). Assim, a demonstrayao de uma acentuada reduyao das concentrayoes de GSH e de uma elevayao das concentrayoes de GSSG no músculo esquelético após actividade física, constitui um bom indicador da ocorréncia de stress oxidativo durante e/ou logo após o exercício (Duarte et al, 1993, 1994, 1999; Lew e Quintanilha, 1991). A quantificayao da actividade de algumas enzimas musculares anti-oxidantes após um programa de treino também poderá dar alguma informayao relativa a situayao de stress oxidativo muscular motivado pela actividade física aguda (Ames et al, 1993; Clarkson e Thompson, 2000; Powers et al, 1999). Por exemplo, a quantificayao da actividade da glutationa peroxidase, da glutationa redutase e da glutationa transferase no músculo esquelético após um programa de treino, ao evidenciarem uma elevayao da sua actividade estao, indirectamente, a demonstrar que o exercício físico agudo agride oxidativamente os músculos analisados (Ji, 1998, 1999; Karanth e Jeevaratnam, 2005; Leeuwenburgh e Heinecke, 2001; Omaye e Tappel, 1974). Nesses programas de treino, as maiores variayoes daquelas enzimas e das concentrayoes de glutationa total sao observadas nos músculos vermelhos, o que está de acordo com o tipo predominante de metabolismo utilizado por esses músculos (Ji, 1999; Powers et al, 1999). Conforme discutido adiante, seja pelo aumento do oxigénio consumido por unidade de tempo nos vários órgaos e tecidos, seja pela alterayao conformacional da xantina-oxidase (XO) endotelial, seja pela activayao muscular da fosfolipase A2 (PLA2), seja ainda pela activayao leucocitária (Ji, 1998, 1999; Ji et al, 2001) durante o exercício físico agudo, o aumento da taxa de sintese de ERO e, consequentemente, do stress oxidativo, faz-se sentir nao só nos músculos recrutados mas também nos elementos figurados do sangue, no corayao, no fígado, nos rins e nos pulmoes, entre outros (Ascensao et al, 2005; Atalaya et al, 1996; Bejma et al, 2000; Clarkson e Thompson, 2000; Duarte et al, 1999; Field et al, 1991; Karanth e Jeevaratnam, 2005; Vollaard et al, 2005). Mesmo algumas horas após a finalizayao do exercício físico, este efeito ainda é notório.

3. Fontes de ERO durante o exercício agudo

Uma das origens celulares dessa formayao exagerada de ERO durante a actividade física parece ser mitocondrial (Chen et al, 2003; Di Meo e Venditti, 2001; Fridovich, 1998; Tonkonogi e Sahlin, 2002). De facto, aproximadamente 2 a 5% do total de oxigénio utilizado pelas mitocóndrias origina ERO com grande poder oxidativo ou com grande poder redutor (Ascensao et al, 2005; Ji, 1999; Leeuwenburgh e Heinecke, 2001). A taxa de formayao mitocondrial de ERO é, dessa forma, proporcional a quantidade de oxigénio consumido pelas mitocóndrias por unidade de tempo. Assim, durante a actividade física, com a elevayao acentuada do consumo muscular de oxigénio por unidade de tempo, é alterado o débil equilíbrio que existia entre a produyao e a inactivayao dos ERO, dando origem a uma situayao de stress oxidativo tecidual (Ji, 1999; Vollaard et al, 2005). Em analogia ao verificado nas situayoes de isquemia/reperfusao muscular (Appell et al, 1997; Duarte et al, 1997; Freisleben, 2000), parece aceitável especular que a XO do endotélio muscular possa também ter alguma participayao na exagerada produyao tecidual de ERO motivada pela actividade física e, desse modo, contribuir para a situayao de stress oxidativo observada (Duarte et al, 1993; Gomez-Cabrera et al, 2005). A XO é uma enzima intra-celular altamente versátil, encontrada em vários órgaos, entre os quais, o músculo esquelético (Hellsten et al, 1999; Leeuwenburgh e Heinecke, 2001). Apesar da designayao, a XO, in vivo, e em condiyoes homeostáticas, actua quimicamente como uma desidrogenase, utilizando a nicotinamida-adenina­dinucleotídeo como receptor de electroes; no entanto, quando sujeita a determinadas condiyoes, que parecem ocorrer durante o exercício físico, a XO pode transformar-se numa oxidase oxigénio­dependente, ficando criadas condiyoes para a formayao de radicais superóxido e de peróxido de hidrogénio (Halliwell, 1991; Duarte et al, 1993; Ferrari, 1995; Freisleben, 2000; Hellsten et al, 1999; Sen, 1995). A PLA2 muscular, activada pelo exercício físico, poderá ser outra fonte de ERO (Armstrong et al, 1991). Esta enzima, localizada no sarcolema, na membrana dos diferentes organelos, no sarcoplasma e no interior dos lisossomas, utiliza os fosfolípidos das membranas para a produyao de ácido araquidónico e, consequentemente, por acyao da lipo-oxigenase e da ciclo-oxigenase, dá origem a prostaglandinas, leucotrienos e tromboxanos (Haliwell, 1991). Se, por um lado, a PLA2 tem algum papel protector nas membranas celulares pela remoyao dos hidroperóxidos resultantes da peroxidayao lipídica, por outro, os lisofosfolípidos e o ácido araquidónico resultantes desta acyao enzimática, tém um efeito detergente nas membranas celulares podendo, assim, contribuir para as alterayoes na homeostasia celular ao iao cálcio e para a libertayao de compostos sarcoplasmáticos para o interstício (Haliwell, 1991). Conjuntamente com os lisofosfolípidos e o ácido araquidónico, também as ERO originadas da formayao de prostaglandinas e leucotrienos poderao agravar estas alterayoes funcionais ou estruturais do sarcolema, da mesma forma que o sugerido para o músculo cardíaco (Atalaya e Sen, 1999; Ferrari, 1995; Freisleben, 2000). Os leucócitos que infiltram o tecido podem ser também uma importante fonte muscular de ERO, contribuindo dessa forma para a situayao de stress oxidativo originada pela actividade muscular (Duarte et al, 1994; Field et al, 1991). Um a trés dias após o exercício, a resposta inflamatória nos músculos agredidos parece estar completamente estabelecida (Appell et al, 1992; Armstrong et al, 1991; Duarte et al, 1994), com alguns polimorfonucleares e numerosos mononucleares dispersos pelo endomísio e no interior de algumas fibras lesadas (Armstrong et al, 1991; Appell et al, 1992). Estas células mononucleares incluem principalmente macrófagos, originados dos monócitos que infiltraram o músculo, e alguns linfócitos B, T e linfócitos T citotóxicos, apesar dessa invasao linfocitária, motivada pelo exercício, nem sempre ser observada (Stauber et al, 1990). Apesar disso, a elevayao plasmática dos marcadores específicos e inespecíficos da estimulayao imunológica, confirma a activayao deste sistema, mesmo em situayoes em que o exercício nao é exaustivo nem inabitual (Sprenger et al, 1992). O facto das fibras agredidas poderem expor determinados antigénios, até aí estranhos ao sistema imunológico, poderá justificar a activayao e participayao linfocitária tanto nas miopatias inflamatórias (Engel et al, 1984) como nas lesoes consequentes ao exercício (Field et al, 1991; Duarte et al, 1994).