Muscular resistance, hypertrophy and strength training equally reduce adiposity, inflammation and insulin resistance in mice with diet-induced obesity.

OBJECTIVE: To evaluate the effect of three types of muscular resistance training on adiposity, inflammation levels and insulin activity in Swiss mice with fat-rich diet-induced obesity.
METHODS: Lean and obese male Swiss mice were selected and allocated to one of eight groups comprising eight mice each, as follows: standard diet + no training; standard diet + muscular resistance training; standard diet + hypertrophy training; standard diet + strength training; high-fat diet + no training; high-fat diet + muscular resistance training; high-fat diet + hypertrophy training; high-fat diet + strength training. The training protocol consisted of stair climbing for a 10-week period. Blood samples were collected for lactate analysis, glucose level measurement and insulin tolerance test. After euthanasia, adipose tissues were removed and weighed for adiposity index determination. Fragments of epididymal adipose tissue were then embedded for histological analysis or homogenized for tumor necrosis factor alpha level determination using the ELISA method.
RESULTS: Ausency of differences in total training volume and blood lactate levels overall emphasize the similarity between the different resistance training protocols. Body weight loss, reduced adipocyte area and lower adiposity index were observed in trained obese mice, regardless of training modality. Different training protocols also improved insulin sensitivity and reduced inflammation levels.
CONCLUSION: Resistance training protocols were equally effective in reducing body fat, inflammation levels and insulin resistance in obese mice.

INTRODUCTION

Obesity is a matter of growing concern given the rising prevalence of the condition and associations with several comorbidities, including diabetes mellitus .( Obesity is a multifactorial condition involving inter-related biological, psychological, nutritional, hormone, economic, social, behavioral and environmental factors leading to body fat accumulation.( Excessive caloric intake combined with low levels of physical activity stands out among factors contributing to excess body weight; therefore, lifestyle is a major, if not determining factor in prevention and ancillary treatment of these metabolic diseases.(

Obesity-related complications are partly associated with fat tissue changes. Fast developing fat tissue hypertrophy resulting from excessive triglyceride accumulation in response to nutrient overload and low levels of physical activity leads to fat tissue remodeling. Adipocyte hypertrophy is followed by macrophage infiltration and increasing levels of inflammation, with excessive release of pro-inflammatory cytokines, such as tumor necrosis factor alpha (TNF-α), interleukin 1 beta (IL-1β) and IL-6,( and increased release of free fatty acids.( Combined, these events lead to low-grade or subclinical inflammation.( Saturated fatty acids (acting via toll−like receptors, TLR) and cytokines (acting via their respective receptors) may activate intracellular inflammatory signaling pathways involved in activation of proteins associated with inflammatory responses, such as c-Jun N-terminal kinases (JNK) and I Kappa B kinase (IKK), which may interfere with insulin activity.( Activation of these serine kinases (JNK and IKK) may play a role in insulin receptor substrate function; once phosphorylated on serine, these substrates can no longer be phosphorylated on tyrosine by insulin receptors, contributing to resistance to insulin signal transduction via this pathway.(

Physical exercise is widely recommended by researchers for recovery and maintenance of physical and emotional health and well-being, leading to improved quality of life, gradual body weight loss, decreased levels of pro-inflammatory mediators and reversion of the insulin resistance, particularly in obese and type 2 diabetes (DM2) patients.(

Studies investigating the effects of aerobic training on modulation of pro-inflammatory molecules, such as JNK, TNF-α, IKK and others, and on improvement of insulin sensitivity have been published.( Investigations in rats with fat-rich diet-induced obesity revealed that aerobic exercise reduces molecules in the pro-inflammatory pathway, and increases intracellular insulin signaling, leading to increased sensitivity to this hormone.( However, further studies investigating the effects of different types of physical exercise on inflammatory markers associated with insulin resistance are warranted. Negative energy balance associated with progressive muscular resistance training and resulting changes in body fat distribution and muscle mass gain( suggest this type of training may also have beneficial effects on adipokine levels and insulin sensitivity.

OBJECTIVE

To analyze the effects of three types of muscular resistance training on adiposity, low-grade chronic inflammation and insulin sensitivity in mice with fat-rich diet-induced obesity.

METHODS

Animals

This project was conducted following approval by Comissão de Ética em Uso de Animais (CEUA) [Ethics Committee on Use of animals] of Universidade do Extremo Sul Catarinense (UNESC), protocol 053-2014-1. Male Swiss mice aged 4 weeks and weighing 25 g were obtained from the UNESC vivarium. Following environmental adaptation, mice were fed a standard or fat-rich diet. Mice were kept in collective cages under a 12-hour light-dark cycle; feed and water were provided ad libitum . The room temperature was kept at 20±2ºC. Mice were fed the fat-rich diet (PragSoluções Biociências, Jaú, SP, Brazil) for 17 weeks. Obesity and insulin resistance were confirmed based on body weight and insulin tolerance test (ITT) responses, respectively; mice were then allocated to one of eight experimental groups comprising eight mice each, as follows: standard diet + no training (DPNT); standard diet + muscular resistance training (DPTR); standard diet + hypertrophy training (DPTH); standard diet + strength training (DPTF); fat-rich diet + no training (DHNT); fat-rich diet + muscular resistance training (DHTR); fat-rich diet + hypertrophy training (DHTH); fat-rich diet + strength training (DHTF).

Training protocols

Muscular resistance training protocols adopted in this study were according to Luciano et al.( Mice with weights attached to their tails were submitted to stair climbing exercise consisting of repeated climbing of a vertical staircase to reach a 20×20×20cm compartment located at the top. Mice were taken back down with researcher’s assistance.

Muscular resistance training protocol

Mice were submitted to muscular resistance training as follows: initial load corresponding to 10% of body mass (weeks 1 to 4) followed by progressive increase to 20% (weeks 4 to 6), 30% (weeks 6 to 8), then to 50% (weeks 8 to 10); 15 repetitions at 2-minute intervals, 5 days per week, for 10 weeks.

Hypertrophy training protocol

Mice were submitted to hypertrophy training as follows: initial load corresponding to 25% of body mass (weeks 1 to 4) followed by progressive increase to 50% (weeks 4 to 7) then 75% (weeks 7 to 10); eight repetitions at 2-minute intervals, 5 days per week, for 10 weeks.

Strength training protocol

Mice were submitted to strength training as follows: initial load corresponding to 50% of body mass (weeks 1 to 2) followed by progressive increase to 75% (weeks 2 to 3), 100% (weeks 3 to 5), 125% (weeks 5 to 7), 150% (weeks 7 to 9), then 175% (weeks 9 to 10); three to four repetitions at 2-minute intervals, 5 days per week, for 10 weeks.

Training volume calculation

Training volume was compared among protocols as follows: repetitions versus series versus load( expressed in joules.

Lactate analysis

Blood samples for lactate analysis were collected in weeks one, four, seven and ten (samples 1, 2, 3 and 4, respectively), always at time point zero (zero minutes) after completion of the training session. A small incision was made at the tip of the tail; 15μL blood samples were then collected into microtubes containing 30μL of 1% sodium fluoride (NaF) and immediately frozen for future analysis. Lactate analysis was performed via the electroenzymatic method using a biochemical analyzer (Yellow Springs 2700S).

Body weight and adiposity index

Body weight was recorded prior to start of training (week zero), then on weeks 5 and 10 of the training period. Mice were beheaded 48 hours after the last training session. Mesenteric, epididymal, retroperitoneal and perirenal fat tissues were dissected away and weighed for adiposity index determination (g/100g of body weight).

Insulin tolerance test

Tests were performed after a 6-hour fasting period. The first blood sample was defined as test time point zero. Insulin (1U/kg of body weight) was then injected via the intraperitoneal route and blood samples collected from the tip of the tail at time points 5, 10, 15, 20, 25 and 30 minutes for blood glucose determination using a glucometer. Rate constant for glucose disappearance (kITT) was calculated using the formula 0.693/t1/2. Glucose t1/2 was calculated from the slope of the least square analysis of serum glucose concentrations during the linear decay phase.

Enzymatic immunosorbent assay (ELISA)

TNF-α was measured using ELISA; tests were run according manufacturer’s instructions (R&D Systems).

Histologic analysis

Fragments of epididymal adipose tissue were collected and processed. Paraffin-embedded tissue samples were then cut into 5μm slices (microtome Hacker Edge SL-200). Slides were stained with hematoxylin and eosin (HE) for tissue architecture evaluation. Images were acquired using optical microscope (Nikon Eclipse Ti-U).

Statistical analysis

Data were expressed as mean and standard error of the mean (SEM). Data normality and homogeneity of intergroup variance were investigated using the Shapiro-Wilk and the Levene test, respectively. The Student’s t test was used for comparisons limited to two groups (standard diet versus fat-rich diet). Comparisons involving all eight groups were based on one-way analysis of variance (ANOVA) followed by the Newman-Keuls post-hoc test. The level of significance was set at 5%; p<0.05. Statistical tests were performed using software (GraphPad Prism, version 7.0).

RESULTS

Effects of fat-rich diet on body weight and insulin sensitivity

Mice fed the fat-rich diet were heavier and had higher fasting insulin levels, lower kITT index and lower total glucose uptake (area under the curve) during the insulin tolerance test, suggesting lower insulin sensitivity ( Table 1 ).

Table 1

Body weight, glycemia, rate constant for glucose disappearance (kITT) and area under the glucose curve during insulin tolerance test, in Swiss mice fed a standard or fat-rich diet, prior training protocols (model characterization)

Parameter	Standard diet	Fat-rich diet
Body weight (g)	44.5±0.36	55.3±1.92*
Glycemia (mg/dL)	144.8±11.76	218.0±13.98*
kITT (%/minute)	4.60±0.53	2.12±0.53*
Area under the curve (mg/dL/minute)	2794±198.2	6650±399.3*

Results expressed as mean±standard error of the mean. *p<0.05 compared to groups fed the standard diet (Student’s t test).

Resistance training volume and metabolic responses

Total work volume and blood lactate levels were analyzed to investigate similarities between training protocols. Total training volume did not differ between training protocols ( Figure 1A ). Blood lactate levels were evaluated and no significant differences were found within (between samples) or between groups, emphasizing the similarity between training protocols ( Figure 1B ).

Figure 1

Total training volume and blood lactate levels. A) Total training volume. B) Intragroup and intergroup comparisons of blood lactate levels

Effects of resistance training on adiposity

Mean initial body weight was similar within groups ( Figure 2A ). By week 5 of the training period, significant differences were noted between the DHTF and the DHNT Group only ( Figure 2B ). By week 10, mice submitted to either training protocol had lost weight compared to mice in the DHNT Group ( Figure 2C ). No significant differences were noted between trained mice fed the standard diet at any time point over the course of the training period, or between these and nontrained mice fed the same diet ( Figure 2C ).

Figure 2

Body weight, adiposity index and adipocyte area of Swiss mice fed a standard or fat-rich diet and submitted to different muscular resistance training protocols. A) Body weight in week zero (1 day prior to the start of the training period). B) Body weight in week 5 (5 weeks after the start of the training period). C) Body weight in week 10 (1 day prior to euthanasia). D) Adiposity index. E) Relative adipocyte area

According to the adiposity index, the fat-rich diet was able to effectively induce adiposity in the DHNT Group ( Figure 2D ). In contrast, training effectively reduced adiposity in mice fed the DH, regardless of training protocol. Adiposity did not differ between muscular resistance, hypertrophy and strength training groups; however, the adiposity index was lower in these compared to the DHNT Group ( Figure 2D ).

Aside from greater adiposity, mice fed the fat-rich diet had larger adipocyte area compared to mice in the DPNT Group ( Figure 2E ). The three types of resistance training equally reduced the adipocyte area compared to the DHNT Group ( Figure 2E ). Training did not change the adipocyte area in mice fed the standard diet.

Effects of resistance training on glycemia and insulin sensitivity

Basal fasting blood glucose levels did not differ following training ( Figure 3A ); however, mice fed the fat-rich diet had lower glucose decay rates ( Figure 3B ) and larger area under the curve ( Figure 3C ) compared to the mice in the DPNT Group. Muscular resistance, hypertrophy and strength training were equally associated with increased rate constant for glucose disappearance ( Figure 3B ) and smaller area under the curve ( Figure 3C ).

Figure 3

Glycemia and insulin sensitivity in Swiss mice fed a standard or fat-rich diet and submitted to different muscular resistance training protocols. A) Basal fasting blood glucose. B) Rate constant for glucose disappearance during the insulin tolerance test. C) Area under the glucose curve (AUC) during the insulin tolerance test

Effects of muscular resistance training on TNF-α levels

TNF-α levels were evaluated in adipose tissue homogenate as a marker of low-grade chronic inflammation. Results revealed significant differences in TNF-α levels between nontrained mice fed the standard or the fat-rich diet ( Figure 4 ). In contrast, values were lower in trained groups fed the fat-rich diet compared to mice in the DHNT Group, regardless of training protocol ( Figure 4 ).

Figure 4

Tumor necrosis factor alpha (TNF-α) levels in the adipose tissue of Swiss mice fed a standard or fat-rich diet and submitted to different muscular resistance training protocols

DISCUSSION

Growing prevalence of obesity globally is a matter of concern demanding inter/multidisciplinary strategies. Some strategies include behavioral and nutritional changes, with emphasis on cardiopulmonary endurance exercise. However, the effects of muscular resistance exercise on health-related parameters is debatable.

Three different muscular resistance exercise protocols were evaluated in this study, all of which were equally effective in reducing body weight, adiposity index, adipocyte area, low-grade chronic inflammation and insulin resistance.

In this study, obese mice submitted to one of three types of training equally lost body weight and had lower adiposity index and adipocyte area. Similar findings have been reported in elsewhere. In a study by Leite et al., male Wistar rats with fat-rich diet-induced obesity submitted to a similar resistance training protocol (12 weeks of exercise consisting of climbing up a 1.1m staircase with weights attached to the tail) had significant body mass, lean mass and fat percentage reduction.( Souza et al., reported reduced body mass, fat mass and fat percentage in Wistar rats submitted to muscular resistance training (stair climbing with weights attached to the tail, 8 to 12 times per session, 3 times per week, for 12 weeks) compared to sedentary obese rats.( Speretta et al., compared the effects of muscular resistance (stair climbing) and cardiopulmonary endurance training (60 minutes of daily swimming with a load corresponding to 5% of body weight attached to the tail, 5 days per week, for 8 weeks) on adipocyte area.( Muscular resistance training led to reduced adipocyte area in trained compared to sedentary obese mice; however, no differences were found between obese mice submitted to muscular resistance training or swimming).( Mardare et al., also compared isometric strength training (clinging to a horizontal line with hands and feet for 3 minutes, three series at 1-minute intervals, five times per week) and cardiorespiratory endurance training (30 minutes of daily treadmill running at 80% of maximum oxygen consumption, 5 days per week, for 10 weeks) in C57BL/6 mice fed a fat-rich diet.( According to authors of that study, both exercise protocols were equally able to reduced body weight compared to nontrained mice fed a standard diet.(

Similar adiposity reduction in mice submitted to different types of training suggests exercise protocols induced similar metabolic adaptations. It could be argued that changes in adiposity occurred in response to the effects of training on mice feeding behavior. Mice in this study were fed ad libitum ; however, other studies using the same training model failed to reveal significant food intake differences.( Potential mechanisms underlying body mass and adiposity index reduction associated with strength and hypertrophy training (muscular resistance training) have been suggested, particularly due to muscle mass gain leading to higher basal metabolic rate and finally to body fat loss.( Further studies are warranted to investigate this topic.

Increased adiposity is a determining factor in insulin resistance development.( Findings of this study revealed lower glucose decay rate and smaller area under the glucose curve in nontrained obese mice. Physical exercise significantly increased both parameters. Misra et al., submitted 30 obese patients to progressive muscular resistance training involving 6 muscle groups for a 3-month period, as follows: arm and shoulder flexion, finger extension and flexion, hip flexion, knee extension and heel elevation (two series of 10 repetitions each).( The authors observed increased insulin sensitivity and reduced glycated hemoglobin levels in association with reduced adiposity.( However, acute effects of muscular resistance exercise ( i.e ., regardless of adiposity reduction) have been reported. Acutely performed muscular resistance exercise (60% of 1 repetition maximum) induced significant insulin sensitivity improvement.(

Obesity induced by fat-rich diets promotes increased levels of inflammatory cytokines such as TNF-α. Therefore, increased levels of this cytokine were to be expected in this study. Mice fed the fat-rich diet actually had higher levels of TNF-α. On the other hand, it was hypothesized that muscular resistance training might impact TNF-α levels; in fact, physical exercise protocols in this study equally reduced levels of this cytokine. Effects of muscular resistance training consisting of stair climbing on TNF-α levels have been investigated.( Speretta et al.,( reported significant reduction in TNF-α levels in a study evaluating gene expression on the fat tissue of rats fed a standard or fat-rich diet and submitted to muscular resistance training.

This study has some limitations that will certainly be explored in future investigations, such as inclusion of pair-fed groups, assessment of basal metabolic rate and muscle fiber cross-sectional area, and investigation of molecules involved in insulin ( e.g ., phosphorylation of insulin receptor/IR and B kinase protein/Akt) and inflammatory ( e.g ., nuclear factor kappa B/NFκB and toll-like receptor/TLR) signal transduction, as well as other cytokines, including anti-inflammatory cytokines.

CONCLUSION

Muscular resistance training protocols in this study were equally able to reduce body weight, adiposity index, adipocyte area and low-grade chronic inflammation, and to improve insulin resistance. Further investigations are warranted for increased understanding of the effects of muscular resistance exercise on body weight control. Still, this study provided significant contributions to the topic and introduced an alternative strategy for improved adherence of obese patients to exercise, since patients in this group may prefer muscular resistance to cardiorespiratory endurance exercise.

INTRODUÇÃO

A obesidade tornou-se um tema de crescente preocupação, dado o importante aumento em sua prevalência e sua associação com inúmeras comorbidades, como o diabetes mellitus .( A etiologia da obesidade é multifatorial e envolve fatores biológicos, psicológicos, nutricionais, hormonais, econômicos, sociais, comportamentais e ambientais, os quais se inter-relacionam, resultando em acúmulo de gordura corporal.( Entre eles, o consumo excessivo de calorias associado ao baixo nível de atividade física é reconhecido como o que mais contribui para o excesso de peso corporal, sendo o estilo de vida crucial, senão determinante, para prevenção e adjuvante no tratamento dessas doenças metabólicas.(

As complicações decorrentes da obesidade estão associadas, em parte, com alterações no tecido adiposo. A rápida hipertrofia do tecido adiposo, decorrente do acúmulo excessivo de triglicerídeos em resposta à sobrecarga de nutrientes e a baixos níveis de atividade física, leva à sua remodelação. A hipertrofia dos adipócitos é seguida pela infiltração de macrófagos e pelo aumento da inflamação, com produção exacerbada de citocinas pró-inflamatórias, como fator de necrose tumoral alfa (TNF-α), interleucina 1 beta (IL-1β) e IL-6,( acompanhado pelo aumento da liberação de ácidos graxos livres.( Juntos, estes eventos levam ao desenvolvimento de um quadro de inflamação crônica de baixo grau ou subclínica.( Os ácidos graxos saturados, agindo por meio de receptor do tipo toll (TLR - toll-like receptor ) e as citocinas (agindo por meio de seus receptores) podem ativar vias de sinalização inflamatórias intracelulares, como as que acionam proteínas de respostas inflamatórias, como c-Jun quinase N-terminal (JNK) e I Kappa B quinase (IKK), que podem interferir na ação da insulina.( A ativação dessas serinas quinases (JNK e IKK) pode interferir na funcionalidade dos substratos do receptor de insulina, que, uma vez fosforilados em serina, têm comprometida a possibilidade de serem fosforilados em tirosina pelo receptor de insulina, contribuindo para a resistência à transdução do sinal da insulina, por meio dessa via.(

Exercícios físicos são amplamente recomendados por pesquisadores para recuperar e manter a saúde e o bem-estar físico e emocional, garantindo ao indivíduo melhora da qualidade de vida, com a perda gradativa de peso corporal, a diminuição de mediadores pró-inflamatórios e a reversão do quadro de resistência à ação da insulina, principalmente em pacientes obesos e diabéticos do tipo 2 (DM2).(

Neste sentido, estudos sobre os efeitos do treinamento físico aeróbio na modulação das moléculas pró-inflamatórias, como JNK, TNF-α e IKK, entre outras, e a melhora da sensibilidade a insulina têm sido publicados.( Pesquisas realizadas com ratos com obesidade induzida por dieta rica em gordura relatam que o exercício aeróbio reduz moléculas da via pró-inflamatória e aumenta a sinalização intracelular da insulina, elevando a sensibilidade a esse hormônio.( No entanto, mais estudos analisando os efeitos dos diferentes tipos de treinamento físico sobre marcadores inflamatórios associados à resistência à insulina são necessários. Como o treinamento resistido progressivo promove um balanço energético negativo, alterando a distribuição da gordura corporal e aumentando a massa muscular,( acredita-se que ele tenha efeito benéficos também sobre os níveis de adipocinas e na sensibilidade à insulina.

OBJETIVO

Analisar os efeitos de três tipos de treinamento resistido sobre a adiposidade, a inflamação crônica de baixo grau e a sensibilidade à insulina em camundongos com obesidade induzida por dieta hiperlipídica.

MÉTODOS

Animais

Este projeto foi executado após aprovação da Comissão de Ética em Uso de Animais (CEUA) da Universidade do Extremo Sul Catarinense (UNESC), sob protocolo 053-2014-1. Os camundongos Swiss machos foram recebidos do biotério da UNESC com 4 semanas de idade e peso inicial de 25g. Após adaptação ao ambiente, foram alimentados com dieta padrão e dieta rica em gordura. Os animais foram mantidos em gaiolas coletivas, em um ciclo claro e escuro de 12 horas, e receberam comida e água ad libitum . O ambiente foi mantido à temperatura de 20±2ºC. Os camundongos foram alimentados por 17 semanas com dieta hiperlipídica (PragSoluções Biociências, Jaú, SP, Brasil). Após comprovadas a obesidade (verificada por peso corporal) e a resistência à insulina (por meio do teste de tolerância à insulina – ITT), os camundongos foram subdivididos em oito grupos experimentais, com oito animais por grupo: dieta padrão + não treinado (DPNT); dieta padrão + treinamento de resistência muscular (DPTR); dieta padrão + treinamento de hipertrofia (DPTH); dieta padrão + treinamento de força (DPTF); dieta hiperlipídica + não treinado (DHNT); dieta hiperlipídica + treinamento de resistência muscular (DHTR); dieta hiperlipídica + treinamento de hipertrofia (DHTH); e dieta hiperlipídica + treinamento de força (DHTF).

Protocolos de treinamentos

Neste estudo, foi utilizado o protocolo de treinamento resistido adaptado de Luciano et al.( O protocolo consistiu nos animais escalarem uma escada vertical com pesos atados em suas caudas até alcançarem o topo da escada. No topo, os camundongos alcançavam um compartimento (20×20×20cm); com a ajuda do pesquisador, os camundongos eram novamente colocados na parte inferior da escada, e todo o processo se iniciava novamente.

Protocolo de treinamento de resistência muscular

Os animais foram submetidos ao treinamento de resistência, no qual a carga inicial foi de 10% da massa corporal (primeira à quarta semana), aumentando progressivamente para 20% (quarta à sexta semana), 30% (sexta à oitava semana) e 50% (oitava à décima semana), com 15 repetições, 2 minutos de intervalo, 5 dias por semana, durante 10 semanas.

Protocolo de treinamento de hipertrofia

Os animais foram submetidos ao treinamento de hipertrofia, no qual a carga inicial foi de 25% da massa corporal (primeira à quarta semana), aumentando progressivamente para 50% (quarta à sétima semana) e 75% (sétima à décima semana), com oito repetições, 2 minutos de intervalo, 5 dias por semana, durante 10 semanas.

Protocolo de treinamento de força

Os animais foram submetidos ao treinamento de força, no qual a carga inicial foi de 50% da massa corporal (primeira à segunda semana), aumentando progressivamente para 75% (segunda à terceira semana), 100% (terceira à quinta semana), 125% (quinta à sétima semana), 150% (sétima à nona semana) e 175% (nona à décima semana), com três a quatro repetições, 2 minutos de intervalo, 5 dias por semana, durante 10 semanas.

Cálculo do volume de treino

O volume de treinamento foi comparado utilizando-se o produto das repetições versus séries versus carga,( expresso em joules.

Análise do lactato

A coleta de sangue para análise de lactato foi realizada em quatro momentos diferentes: na primeira (coleta 1), quarta (coleta 2), sétima (coleta 3) e décima (coleta 4) semanas. Foi realizada sempre no tempo zero minuto, após fim da sessão de treino. Após pequeno corte na extremidade da cauda do animal, amostras de 15μL de sangue foram coletadas e depositadas em microtubos contendo 30μL de fluoreto de sódio (NaF) a 1%, sendo imediatamente congeladas, para posterior análise das concentrações sanguíneas de lactato, pelo método eletroenzimático, em analisador bioquímico (Yellow Springs 2700S).

Peso corporal e índice de adiposidade

O peso corporal foi registrado na semana zero (antes de começar o treinamento), na semana 5 e na semana 10 de treinamento. Após 48 horas da última sessão de treinamento, os animais foram mortos por decapitação, os tendo os tecidos adiposos mesentérico, epididimal, retroperitoneal e perirenal dissecados e pesados para determinação do índice de adiposidade (g/100g de peso corporal).

Teste de tolerância à insulina

O teste foi realizado após 6 horas de jejum. A primeira coleta de sangue representou o tempo zero do teste. Em seguida, injetou-se insulina (1U/kg de peso corporal) intraperitonealmente, e amostras do sangue foram coletadas pela cauda nos tempos 5, 10, 15, 20, 25 e 30 minutos, para a determinação da glicose sanguínea por meio de glicosímetro. Calculou-se a velocidade constante do decaimento da glicose (kITT) por meio da fórmula 0,693/t1/2. O t1/2 da glicose foi calculado a partir da curva da análise dos mínimos quadrados da concentração da glicose sérica, durante a fase de decaimento linear.

Ensaio de imunoabsorbância enzimática (ELISA)

A dosagem de TNF-α foi realizada pelo método ELISA, segundo as especificações do fabricante (R&D Systems).

Análise histológica

Fragmentos do tecido adiposo epididimal foram coletados, processados, incluídos em blocos de parafina e, posteriormente, seccionados em cortes de 5μm (micrótomo Hacker Edge SL-200). As lâminas foram coradas com coloração de hematoxilina e eosina (HE), a fim de avaliar a histoarquitetura do tecido. A aquisição das imagens foi realizada por microscópio óptico (Nikon Eclipse Ti-U).

Análise estatística

Os dados foram expressos como média e erro padrão da média (EPM). As variáveis foram analisadas quanto à normalidade da distribuição usando o teste de Shapiro-Wilk, e a homogeneidade de variância foi avaliada entre os grupos por meio do teste de Levene. Quando comparados apenas dois grupos (dieta padrão versus dieta hiperlipídica), a ferramenta utilizada foi o teste t de Student. Quando comparados os oito grupos, a ferramenta utilizada foi a análise de variância (ANOVA) one-way , seguida pelo teste post-hoc de Newman-Keuls. O nível de significância estabelecido foi 5%; p<0,05. O programa GraphPad Prism, versão 7.0, foi utilizado para a aplicação dos testes estatísticos.

RESULTADOS

Efeitos da dieta hiperlipídica sobre o peso corporal e a sensibilidade à insulina

Os animais alimentados com dieta hiperlipídica apresentaram maiores pesos corporais e de glicemia de jejum, menor taxa de kITTe menor quantidade total de absorção de glicose (medida pela área sob a curva) durante o teste de tolerância à insulina, indicando menor sensibilidade à insulina ( Tabela 1 ).

Tabela 1

Peso corporal, glicemia, constante de decaimento da glicose (kITT) e área sob a curva da glicose durante o teste de tolerância à insulina de camundongos Swiss alimentados com dieta padrão e com dieta hiperlipídica antes do treinamento físico resistido (caracterização do modelo)

Parâmetro	Dieta padrão	Dieta hiperlipídica
Peso corporal (g)	44,5±0,36	55,3±1,92*
Glicemia (mg/dL)	144,8±11,76	218,0±13,98*
kITT(%/minuto)	4,60±0,53	2,12±0,53*
Área sob a curva (mg/dL/minuto)	2794±198,2	6650±399,3*

Resultados estão expressos como média±erro padrão da média. * p<0,05 em comparação aos grupos dieta padrão (Test t de Student).

Volume e respostas metabólicas dos treinos resistidos

Objetivando saber as similaridades dos treinos, analisou-se o volume total de trabalho e os níveis sanguíneos de lactato. O volume total de treinamento não diferiu entre os três tipos de treinamento ( Figura 1A ). Os níveis de lactato sanguíneo foram avaliados. Nenhuma diferença estatística nos níveis de lactato sanguíneo foi observada nas comparações intragrupo (entre as coletas) e intergrupo, demonstrando similaridade entre os treinos ( Figura 1B ).

Figura 1

Volume total de treinamento e níveis de lactato sanguíneo. A) Volume total de treinamento. B) Comparação intragrupo e intergrupo dos níveis sanguíneo de lactato

Efeitos do treinamento resistido sobre a adiposidade

O peso médio inicial dos animais demonstra pesos similares intragrupos ( Figura 2A ). Na semana 5 de treinamento, somente o Grupo DHTF apresentou diferença significativa quando comparado ao Grupo DHNT ( Figura 2B ). Na semana 10, os camundongos apresentaram reduzido peso corporal em todos os três tipos de treinamento, quando comparados com o Grupo DHNT ( Figura 2C ). Os camundongos alimentados com dieta padrão, em nenhum momento do período de treinamento, demonstraram diferença estatística entre os grupos ou comparado ao grupo não treinado ( Figura 2C ).

Figura 2

Peso corporal, índice de adiposidade e área de adipócito de camundongos Swiss alimentados com dieta padrão e com dieta hiperlipídica submetidos a diferentes protocolos de treinamento físico resistido. A) Peso corporal na semana zero (1 dia antes do início do período do treinamento). B) Peso corporal na semana 5 (5 semanas após início do período do treinamento). C) Peso corporal na semana 10 (1 dia antes da eutanásia). D) Índice de adiposidade. E) Área relativa dos adipócitos

O índice de adiposidade mostrou que a dieta hiperlipídica foi eficiente em induzir adiposidade no Grupo DHNT ( Figura 2D ). Por outro lado, os três tipos de treinamento foram eficazes em reduzir a adiposidade em camundongos alimentados com DH. A adiposidade não diferiu entre os grupos de treinamento de resistência muscular, hipertrofia e força, mas estes grupos apresentaram índice de adiposidade menor em comparação com o Grupo DHNT ( Figura 2D ).

Os animais do grupo alimentado com dieta hiperlipídica não só apresentaram maior adiposidade como também maior área adipocitária quando comparados ao Grupo DPNT ( Figura 2E ). Os três tipos de treinamento resistido reduziram de maneira igualitária a área adipocitária quando comparados ao Grupo DHNT ( Figura 2E ). Os treinamentos não alteraram a área adipocitária nos animais alimentados com dieta padrão.

Efeitos do treinamento resistido sobre a glicemia e a sensibilidade à insulina

Após o treinamento, apesar de não ocorrer diferença nos valores de glicemia basal de jejum ( Figura 3A ), os animais alimentados com dieta hiperlipídica apresentaram menores valores da taxa de decaimento da glicose ( Figura 3B ) e maior área sob a curva ( Figura 3C ) quando comparados com o Grupo DPNT. Os treinamentos de resistência muscular, hipertrofia e de força aumentaram a constante de decaimento ( Figura 3B ) e reduziram a área sob a curva ( Figura 3C ) de maneira igualitária.

Figura 3

Glicemia e sensibilidade à insulina de camundongos Swiss alimentados com dieta padrão e com dieta hiperlipídica submetidos a diferentes protocolos de treinamento físico resistido. A) Glicose sanguínea basal de jejum. B) Constante de decaimento da glicose durante o teste de tolerância à insulina. C) Área sob a curva (ASC) da glicose durante o teste de tolerância à insulina

Efeitos do treinamento resistido sobre os níveis de TNF-α

Avaliaram-se os níveis de TNF-α em homogenato de tecido adiposo como marcador de inflamação crônica de baixo grau. Os resultados mostram diferença significativa entre os grupos dieta padrão e hiperlipídica não treinados em relação aos níveis de TNF-α ( Figura 4 ). Por outro lado, os valores foram igualmente reduzidos nos grupos dieta hiperlipídica que realizaram treinamentos quando comparados ao Grupo DHNT ( Figura 4 ).

Figura 4

Níveis de fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) em tecido adiposo de camundongos Swiss alimentados com dieta padrão e com dieta hiperlipídica submetidos a diferentes protocolos de treinamento físico resistido

DISCUSSÃO

A crescente prevalência global da obesidade é motivo de preocupação e exige estratégias inter/multidisciplinares. Algumas das estratégias incluem mudanças nos aspectos comportamentais e nutricionais, destacando o exercício físico de resistência cardiopulmonar. No entanto, muito ainda se discute em relação aos efeitos do exercício físico resistido sobre parâmetros relacionados à obesidade.

Neste estudo, avaliaram-se três diferentes protocolos de exercícios físicos resistido, e observou-se que estes foram igualmente efetivos em reduzir o peso corporal; o índice de adiposidade e área adipocitária; a inflamação crônica de baixo grau; e a resistência à insulina.

No presente estudo, os camundongos obesos submetidos aos três tipos de treinos reduziram igualmente o peso corporal, o índice de adiposidade e a área adipocitária. Resultados similares têm sido observados em estudos prévios. Utilizando treino resistido similar ao do presente estudo (12 semanas subindo escada de 1,1m com peso atado à cauda) em ratos Wistar machos obesos por dieta hiperlipídica, Leite et al., observaram que os animais apresentaram significativa redução de massa corporal, massa magra e percentual de gordura.( Utilizando treino resistido de subida em escada com peso atrelado a cauda, subindo de 8 a 12 vezes por sessão, com frequência de 3 sessões por semana, durante 12 semanas, Souza et al., registraram redução na massa corporal, massa de gordura e percentual de gordura quando comparado a ratos Wistar obeso sedentário.( Speretta et al., compararam os efeitos do treino resistido (subida em escada) com treino de resistência cardiopulmonar (natação, 60 minutos por dia, 5 dias por semana, durante 8 semanas, com sobrecarga de 5% do peso corporal atado à cauda) quanto à área adipocitária.( O treino resistido reduziu a área adipocitária quando comparado com o sedentário obeso, mas não houve diferença entre os diferentes tipos de treinamento (subida em escada versus natação).( Ainda, Mardare et al., compararam treino de força isométrica (agarrados com patas dianteira e traseiras em um fio horizontal por 3 minutos, três séries com intervalo de 1 minutos, cinco vezes por semana) e de resistência cardiorrespiratória (corrida a 80% do consumo máximo de oxigênio em esteira, 30 minutos por dia, 5 dias por semana, durante 10 semanas) em camundongos C57BL/6 tratados com dieta hiperlipídica.( Os autores observaram que os dois protocolos de exercício reduziram igualmente o peso corporal em relação ao grupo em dieta padrão não treinado.(

A redução da adiposidade ocorreu igualitariamente apesar das diferentes características de cada tipo de treinamento, sugerindo que os protocolos têm adaptações metabólicas similares. Seria possível pensar que as alterações na adiposidade decorreriam de efeitos dos treinos sobre o padrão alimentar dos animais. Apesar de, no presente estudo, a alimentação ter sido realizada de maneira livre ( ad libitum ), estudos utilizando o mesmo modelo de treino mostraram não ocorrer alteração significativa na ingestão alimentar.( Alguns sugerem potenciais mecanismos para a redução de massa corporal e índice de adiposidade em treinamentos de força e hipertrofia (treino resistido), principalmente por haver aumento da massa muscular, levando ao aumento na taxa metabólica basal e, assim, resultando na diminuição da gordura corporal.( Para verificar isso, estudos adicionais são necessários.

O aumento da adiposidade é um fator determinante para o desenvolvimento de resistência à insulina.( De fato, os resultados mostram redução no decaimento da glicose e na área sob a curva da glicose no grupo obeso não treinado. Os exercícios físicos significativamente aumentam ambos os parâmetros. Misra et al., submeterem 30 pacientes obesos, por 3 meses, ao treino resistido progressivo que envolvia 6 grupos musculares: flexão de braço e ombro, extensão e flexão dos dedos, flexão de quadril, extensão do joelho e elevação de calcanhar (duas séries de 10 repetições cada).( Os autores observaram aumento na sensibilidade à insulina e redução da hemoglobina glicada associados à reduzida adiposidade.( No entanto, os efeitos agudos do exercício resistido, ou seja, independente da redução da adiposidade, têm sido relatado. Exercício resistido realizado de maneira aguda (60% de 1 repetição máxima induziu significativa melhora na sensibilidade à insulina.(

O modelo de obesidade induzido por dieta rica em gordura constitui situação de aumento de citocinas inflamatórias, como o TNF-α. Assim, no presente estudo, esperava-se aumento dessa citocina. De fato, camundongos alimentados com dieta hiperlipídica apresentaram maiores níveis de TNF-α. Por outro lado, hipotetizou-se que os treinos resistidos poderiam ter tido algum efeito sobre os níveis de TNF-α. De fato, os três tipos de exercícios físicos igualmente reduziram os níveis dessa citociona. Os efeitos do treino resistido de subida em escada sobre níveis de TNF-α têm sido estudados.( Speretta et al.,( avaliaram a expressão gênica no tecido adiposo de ratos submetidos ao treinamento resistido alimentados com dieta padrão e hiperlipídica e observaram redução significativa nos níveis TNF-α.

O presente estudo possui algumas limitações que certamente serão exploradass em futuras investigações, tais como acrescentar grupos alimentados com ração pareada ( pair feed ); avaliar a taxa metabólica basal; avaliar a área transversa da fibra muscular; avaliar moléculas envolvidas na transdução do sinal insulínico, como fosforilação do receptor de insulina (IR) e a proteína quinase B (Akt) avaliar moléculas envolvidas na transdução do sinal infamatório, como fator nuclear kappa B (NFκB) e TLR e avaliar outras citocinas, incluindo as anti-inflamatórias.

CONCLUSÃO

Os três protocolos de treinamento resistido reduziram igualmente o peso corporal, o índice de adiposidade, a área adipocitária, a inflamação crônica de baixo grau e a melhora do quadro de resistência à insulina. Mais investigações são necessárias para aumentar o conhecimento acerca dos efeitos do exercício resistido sobre controle ponderal. No entanto, o presente estudo mostrou considerável contribuição a esta questão e sugere opção para aderência, uma vez que pacientes obesos podem preferir praticar exercícios físicos resistidos a cardiorrespiratórios.