Efectele practicării exercițiului fizic asupra sarcopeniei asociate vârstei

Sarcopenia este un proces asociat vârstei. Constă în declinul masei și funcției musculaturii scheletice. Duce la fragilitate, cașexie, osteoporoză, sindrom metabolic și chiar deces. Mecanismele celulare și moleculare nu sunt pe deplin înțelese. Disfuncția mitocondrială asociată vârstei se referă la miostatină și citokinele inflamatorii și are legătură cu producerea radicalilor liberi. Se ajunge la apoptoza celulară mediată de mitocondrii. Această lucrare identifică mecanismele potențiale și efectele practicării exercițiului fizic asupra sarcopeniei asociate vârstei. Exercițiul aerob oferă soluția prin ameliorarea disfuncției mitocondriale, iar cel de rezistență crește masa și ameliorează funcția musculară.

Exercițiul fizic și sarcopenia – introducere

Musculatura scheletică este un sistem important al organismului, deoarece susține întregul corp și asigură locomoția și manipularea obiectelor din mediul înconjurător. Mușchiul scheletic trece însă printr-un proces de degradare, odată cu înaintarea în vârstă, prin nutriție deficitară, prin utilizarea sa necorespunzătoare, dar și ca urmare a modificărilor hormonale, însoțite de schimbări metabolice în organism. Declinul masei musculare scheletice definește fenomenul de sarcopenie, despre care se știe că duce la fragilitate, cașexie, osteoporoză, sindrom metabolic și chiar la deces [1]. Sarcopenia a fost prezentată pentru prima dată de Irwin Rosenberg în anul 1989, având drept scop să ofere o explicație pentru declinul masei musculare, care are legătură cu înaintarea în vârstă [1].

Definiția actuală s-a extins de la masa musculară scăzută, către aprecierea funcției și a nivelului de performanță musculară. Prin urmare, Grupul de Lucru European privind Sarcopenia la Persoanele în Vârstă (The European Working Group on Sarcopenia in Older People – EWGSOP) a propus ca masa musculară și funcția musculară (forță sau performanță) scăzute să fie considerate drept caracteristici esențiale de diagnostic ale sarcopeniei [1,2].

Masa musculară a membrelor este estimată, de regulă, prin absorbtiometrie duală cu raze X, iar masa musculară apendiculară calculată este împărțită la înălțimea la pătrat (kg/m²), pentru a se determina indicele de masă musculară scheletică (SMI) [1]. Taaffe și colab., în 2005, au propus drept valori de referință sau „cut off points”, 7,26 kg/m² pentru bărbați și 5,45 kg/m² pentru femei [1,3]. Sarcopenia se apreciază când SMI înregistrează peste 2 abateri standard, aflate sub valoarea medie calculată pentru persoanele tinere și sănătoase, de ambele sexe [1,4].

Forța musculară este evaluată prin aprecierea forței de prehensiune (strângere) la nivelul mâinii, iar Heo și colab., în 2017, au propus drept criterii de diagnostic valorile 26 – 30 kg pentru bărbați, respectiv 16 – 20 kg pentru femei [1,5]. Performanța fizică este evaluată cel mai adesea prin determinarea vitezei de mers normal, iar sarcopenia, cu limitarea mobilității, se consideră a fi descrisă prin valoarea vitezei de mers obișnuit, aflată < 0,1 m/sec pe un traseu de 4 m sau pe o distanță de mers de < 400 m, străbătută în interval de 6 minute [1,4]. Toate aceste criterii diferă de la o țară la alta, sarcopenia putând fi evaluată în diferite moduri.

Patogenia sarcopeniei asociate vârstei

Sunt recunoscute multiple cauze și căi implicate în patogenia sarcopeniei, precum: factori de mediu, probleme endocrine, pierderea neuronilor motori, activarea căilor inflamației și altele [1]. Cercetările recente sugerează că disfuncția mitocondrială și activarea semnalizării apoptotice reprezintă aspecte cheie critice, aflate în legătură cu vârsta, după cum este reprezentat în figura 1 [1].

Figura 1. Mecanisme potențiale ale patogeniei sarcopeniei aflate în legătură cu vârsta [1]

După cum se poate remarca din figura 1, elementele și mecanismele despre care se sugerează că ar fi implicate în patogenia sarcopeniei asociate cu vârsta pot fi următoarele: stresul oxidativ mitocondrial, elementele care sunt legate de dinamica mitocondrială, autofagia și apoptoza mitocondriilor, citokinele inflamatorii, hormonul de creștere numit miostatină.

Speciile mitocondriale reactive de oxigen (mtROS) și disfuncția mitocondrială

Acumularea speciilor reactive de oxigen, la nivel mitocondrial, are legătură cu stresul oxidativ de la nivelul musculaturii scheletice, fiind instalate pe măsură ce mușchiul îmbătrânește, devenind, astfel, cauză majoră a sarcopeniei induse de vârstă [1]. Acumularea mtROS la nivelul musculaturii scheletice este urmată de degradare prin atrofia mușchilor, disfuncție musculară și creșterea țesutului fibros [1,5]. Producția de mtROS este asociată cu mutații ale ADN-ului mitocondrial (mtADN), perturbarea fosforilării oxidative și reducerea sintezei de ATP, fenomene considerate a fi cauze potențiale ale sarcopeniei [1,5].

 Apoptoza mitocondrială

Apoptoza reprezintă forma bine programată de moarte celulară, care poate fi caracterizată prin fragmentarea celulară, pierderea fibrelor musculare și atrofia musculară la nivelul musculaturii scheletice [1]. Disfuncțiile mitocondriale și mtROS declanșează evenimentele inițiale ale apoptozei mediate de mitocondrie, cauza majoră a sarcopeniei induse de vârstă [1].

Dinamica mitocondrială

Funcția și structura fibrelor musculare scheletice sunt afectate mai ales de dinamica și morfologia mitocondrială (formă și dimensiune), ambele fiind induse de semnale de natură intracelulară și extracelulară [1,6]. Dinamica și morfologia mitocondrială sunt controlate prin procesele de fuziune (cuplarea și combinarea mai multor mitocondrii) și de fisiune (divizarea unei mitocondrii în două sau mai multe entități independente), procese care se petrec continuu [1].

Fuziunea mitocondrială poate compensa insuficiența mitocondrială, în timp ce fisiunea poate păstra funcția, separând mitocondriile disfuncționale de cele sănătoase [1,7]. Poate fi prevenită chiar și reîncorporarea mitocondriilor deteriorate în rețeaua mitocondrială sănătoasă [1,7]. Dinamica mitocondrială determină formele organitelor intracelulare și are efecte substanțiale asupra reglării mtADN-ului și a funcției mitocondriale [1].

Dezechilibrele dinamicii mitocondriale afectează negativ homeostazia și funcția mitocondrială, conducând astfel la senescență și atrofie musculară în mușchiul scheletic [1]. Mai mult, fragmentarea și disfuncția mitocondrială pot conduce la activarea autofagiei mitocondriale (mitofagia) și la atrofia fibrelor musculare [1].

 Autofagia mitocondrială

Mitofagia are drept rezultat îndepărtarea mitocondriilor inutile sau afectate și începe atunci când potențialul membranar al mușchiului scheletic se pierde prin îmbătrânirea celulară, fiind precedată de o fixare mitocondrială la nivel membranar [1]. Mitofagia a căpătat o atenție deosebită în contextul atrofiei musculaturii scheletice, jucând un rol critic pentru menținerea funcției mitocondriale și a masei musculare [1].

Miostatina

Miostatina este o miokină, o proteină produsă și eliberată de miocite (celule musculare), care acționează asupra funcției autocrine a celulelor musculare, cu rolul de a inhiba miogeneza (creșterea celulelor musculare și diferențierea lor). Deficitul său conduce la creșterea dramatică a masei musculare, în timp ce excesul este urmat de distrugerea acesteia, precum se întâmplă în cazul distrofiei musculare. Miostatina este asociată cu fenomenul de îmbătrânire, fiind însă necesare studii aprofundate pentru o mai bună documentare asupra acestui aspect.

Citokinele inflamatorii

S-a demonstrat că markerii inflamației contribuie la deteriorarea musculară, aflată în legătură cu vârsta [1,8]. S-a constatat că nivelurile crescute ale factorului alfa de necroză tumorală (TNF-α) măresc catabolismul muscular, iar citokinele inflamatorii pot antagoniza efectul anabolic al IGF-1, prin inducerea rezistenței dezvoltate față de hormonii de creștere, cărora le scade nivelul circulant, alături de nivelul IGF-1 muscular [1,8]. Interleukina 6 (IL-6) poate avea rol complex, putând acționa atât ca citokină proinflamatoare, cât și ca citokină antiinflamatoare, iar studiile recente au sugerat că IL-6  din sânge poate fi diferențiată de IL-6 derivată din mușchi, care poate inhiba TNF- α [1,9]. Deși implicarea citokinelor în sarcopenie rămâne un subiect aflat în studiu, totuși, sarcopenia pare a fi un fenomen de îmbătrânire asociat cu prezența citokinelor inflamatorii [1,9].

Efectele practicării exercițiului fizic asupra sarcopeniei asociate vârstei

Exercițiul fizic aduce numeroase beneficii asupra menținerii stării de sănătate: crește masa musculară, îmbunătățește forța și rezistența musculară, reduce grăsimea corporală, îmbunătățește funcția sistemului imunitar și pe a celui cardiovascular [1]. Exercițiul fizic trebuie considerat o caracteristică esențială a strategiilor terapeutice care se adresează sarcopeniei induse de înaintarea în vârstă. Se face referire la programele de exerciții aerobice, dar și la cele de fitness (de rezistență), ori la combinația dintre aceste două categorii [1].

 Exercițiul aerob

Exercițiul aerob determină producerea de ATP în mitocondriile mușchilor scheletici și îmbunătățește capacitatea aerobă, asigură reglarea metabolică și susține funcția cardiovasculară [1]. În plus, contribuie la inducerea biogenezei și a dinamicii mitocondriale, la restabilirea metabolismului mitocondrial, reduce expresia genelor catabolice și crește sinteza proteinelor musculare [1,6,10]. Antrenamentul de anduranță poate suprima calea apoptotică la nivelul mușchiului scheletic, iar exercițiile aerobe ajută la menținerea expresiei proteinei autofagice și chiar pot crește expresia proteinelor asociate autofagiei, în mușchiul scheletic; în plus, alți autori arată faptul că exercițiile aerobe controlează expresia ARNm a miostatinei [1]. Dacă se are în vedere faptul că acești factori se află în relație cu sarcopenia asociată vârstei, se pare că într-adevăr, exercițiile aerobe prezintă efect protector [1].

Studiile efectuate au subliniat că, după 12 săptămâni de antrenament, alcătuit din exerciții aerobe, s-au îmbunătățit biogeneza mitocondrială și proteina de fisiune mitocondrială la subiecții în vârstă [1,11]. S-a utilizat cicloergometrul, frecvența ședințelor de antrenament aerobic a fost de 3 – 4 ședințe efectuate săptămânal, cu o durată cuprinsă între 20 și 45 de minute pentru fiecare ședință și o valoare de 60 – 80% din HRR (rezerva ritmului cardiac) [1]. Rezultatele au subliniat următoarele: creșterea circumferinței coapsei, prin mărirea volumului mușchiului cvadriceps, sporirea capacității aerobe, reducerea cantității de miostatină eliberată de miocite, scăderea citokinelor inflamatorii [1]. În general, exercițiul aerob pare să amelioreze problemele legate de mitocondrie și să asigure hipertrofia și forța musculară la persoanele vârstnice [1].

Exercițiul de rezistență

Exercițiul contrarezistiv reprezintă o strategie eficientă pentru prevenirea pierderii masei musculare, deoarece stimulează hipertrofia și asigură creșterea forței musculare prin deplasarea echilibrului dintre sinteză și degradarea proteinelor musculare, în favoarea procesului de sinteză proteică [1,12]. Se cunoaște faptul că exercițiul de rezistență sau contrarezistiv, efectuat în mod regulat, crește dimensiunea și ariile de secțiune transversală ale fibrelor musculare, în special cu referire la fibrele cu contracție rapidă de tip II, față de cele cu contracție lentă tip de I [1,5]. Creșterea sintezei proteinelor musculare și hipertrofia fibrelor musculare vor crește capacitatea de producere a forței musculare și vor îmbunătăți calitatea fibrei musculare și performanța fizică [1,12].

În ciuda acestor evidențe, exercițiul de rezistență prezintă un efect mai scăzut asupra expresiei proteinelor mitocondriale sau a funcțiilor acestora, elemente care sunt considerate a fi cauze potențiale ale sarcopeniei asociate cu vârsta [1]. Totuși, exercițiul fizic de rezistență rămâne o recomandare valoroasă împotriva sarcopeniei, cu referire la îmbunătățirea masei și a funcției musculare, pe care le asigură. Antrenamentul progresiv, utilizând exerciții fizice de rezistență, a condus la creșterea performanței fizice și la o bună utilizare tisulară a oxigenului [1,13]. După 10 săptămâni de antrenament prin exerciții contrarezistive, s-a constat creșterea forței de prehensiune la nivelul mâinii și a forței musculare la nivelul membrelor inferioare, obiectivată prin testele aplicate [1]. După 3 luni de exerciții fizice cu rezistență, s-a constatat îmbunătățirea stabilității în ortostatism și dezvoltarea masei musculare [1].

Studiile au arătat creșterea forței musculare la nivelul cvadricepsului și sporirea performanței motorii la ridicarea de pe scaun, bazată pe creșterea forței voluntare maxime, dezvoltate la extensia genunchiului, după 12 săptămâni de antrenament contrarezistiv [1,14]. Acestor rezultate, li s-au alăturat creșterea masei corporale slabe, bazate pe dezvoltarea de masă musculară și pe scăderea grăsimii corporale, creșterea forței voluntare la nivelul membrelor superioare (capacitatea de a ridica și purta o greutate), sporirea performanței fizice, prin mărirea distanței sau creșterea autonomiei de mers, creșterea duratei de desfășurare a activităților de petrecere a timpului liber (activități recreaționale), îmbunătățirea utilizării oxigenului la nivel tisular [1].

Exerciții fizice combinate – exercițiu aerob și antrenament contrarezistiv

O primă concluzie a celor prezentate este faptul că exercițiul aerob manifestă efect scăzut asupra creșterii forței musculare, prin comparație cu cel contrarezistiv sau de rezistență [1,15]. În același timp, exercițiul de rezistență poate să crească riscul de accidentare, să inducă plictiseală și să reducă rata de participare, deoarece presupune durate prelungite ale antrenamentului, putând deveni mai puțin eficient la persoanele în vârstă, prin sinteza musculară deficitară [1,5,15].

Dat fiind faptul că niciun tip de exercițiu, considerat la modul singular, nu pare să corespundă cerințelor exercițiului terapeutic în contextul sarcopeniei legate de vârstă, se preferă programe de exerciții care includ, atât exercițiul aerob, cât și pe cel contrarezistiv sau de rezistență [1]. S-au dezvoltat în acest sens, exerciții de circuit, care combină aceste două tipuri de exerciții [1,15]. Studiile au arătat că, după 12 săptămâni de program de circuit, s-a constatat îmbunătățirea echilibrului la mers, creșterea coordonării și controlului pentru activitățile ce presupun contracție musculară izokinetică [1,15]. În plus, antrenamentul multimodal (multimodal training interventions), după cum a fost denumit, desfășurat pe o durată de 6 luni, a dus la ameliorarea performanței motorii, prin sporirea autonomiei la mers pe distanțe și intervale de timp crescute [1,16]. Prin urmare, se poate face afirmația că exercițiile combinate, desfășurate în mod sistematic, în cadrul unor circuite de antrenament complex, pot fi utilizate în vederea combaterii sarcopeniei legate de vârstă [1]. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a se determina dacă exercițiul fizic combinat întârzie efectul mecanismelor moleculare potențiale ale sarcopeniei [1].

Durata exercițiilor utilizate în studiile citate este de până la 60 de minute, intensitatea efortului fizic este moderat către intens, antrenamentul se desfășoară pe o durată de 32 de săptămâni, evaluarea forței musculare și a performanței motorii s-au efectuat prin utilizarea testelor funcționale, cunoscute în literatura de specialitate, iar în final s-au constatat: reducerea greutății, pe baza scăderii cantității de grăsime corporală, dezvoltarea masei și a forței musculare (prin creșterea ariei de secțiune, bazate pe fibrele musculare de tip II și sporirea nivelului hormonului de creștere), precum și îmbunătățirea autonomiei în desfășurarea activităților zilnice și recreaționale [1].

Concluzie

Sarcopenia are legătură cu stresul oxidativ mitocondrial, cu apoptoza și dinamica mitocondrială, precum și cu mitofagia (autofagia mitocondrială), miostiatina și prezența citokinelor inflamatorii [1]. Rezultatele studiilor efectuate au demonstrat că regimurile de exerciții aerobe, asociate antrenamentelor contrarezistive, în așa numitele circuite de exerciții combinate, sunt urmate de efecte benefice mai rapide și stabile, utile atât în scop preventiv, cât și terapeutic, în contextul sarcopeniei legate de vârstă [1]. Sunt însă necesare cercetări și studii suplimentare, în scopul elucidării modului în care mecanismele celulare și cele moleculare, responsabile de efectul protector al practicării antrenamentului diversificat, efectuat în mod regulat, se manifestă în contextul sarcopeniei musculaturii scheletice, legate de vârstă [1].

Pentru ABONAMENTE și CREDITE DE SPECIALITATE click AICI!

Referințe bibliografice:

1. Su-Zi Yoo, Mi-Hyun No, Jun-Won Heo, Dong-Ho Park, Ju-Hee Kang, So Hun Kim and Hyo-Bum Kwak; Role of execise in age-related sarcopenia, Exerc. Rehabil.2018 Aug.; 14(4): 551–558. Published online 2018 Aug. 24. doi: 10.12965/jer.1836268.134, PMCID: PMC6165967, PMID: 30276173. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6165967/;
2. Cruz-Jentoft A. J., Baeyens J. P., Bauer J. M., Boirie Y., Cederholm T., Landi F., Martin F. C., Michel J. P., Rolland Y., Schneider S. M., Topinková E., Vandewoude M., Zamboni M., European Working Group on Sarcopenia in Older People Sarcopenia: European consensus on definition and diagnosis: Report of the European Working Group on Sarcopenia in Older People. Age Ageing. 2010; 39:412–423. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar];
3. Taaffe D. R., Sipilä S., Cheng S., Puolakka J., Toivanen J., Suominen H. The effect of hormone replacement therapy and/or exercise on skeletal muscle attenuation in postmenopausal women: a yearlong intervention. Clin. Physiol. Funct. Imaging. 2005;25:297-304. [PubMed] [Google Scholar];
4. Cooper C., Fielding R., Visser M., van Loon L. J., Rolland Y., Orwoll E., Reid K., Boonen S., Dere W., Epstein S., Mitlak B., Tsouderos Y., Sayer A. A., Rizzoli R., Reginster J. Y., Kanis J. A. Tools in the assessment of sarcopenia. Calcif. Tissue Int. 2013; 93:201–210. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar];
5. Heo J. W., No M. H., Park D. H., Kang J. H., Kwak H. B. Aging-induced sarcopenia and exercise. Asian J. Kinesiol. 2017; 19:43–59. [Google Scholar];
6. Seo A. Y., Joseph A. M., Dutta D., Hwang J. C., Aris J. P., Leeuwenburgh C. New insights into the role of mitochondria in aging: mitochondrial dynamics and more. J. Cell Sci. 2010a;123(Pt 15):2533–2542. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar];
7. Ni H. M., Williams J. A., Ding W. X. Mitochondrial dynamics and mitochondrial quality; control. Redox Biol. 2015; 4:6–13. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar];
8. Budui S. L., Rossi A. P., Zamboni M. The pathogenetic bases of sarcopenia. Clin. Cases Miner Bone Metab. 2015; 12:22–26. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar];
9. Rolland Y., Czerwinski S., Abellan Van Kan G., Morley J. E., Cesari M., Onder G., Woo J., Baumgartner R., Pillard F., Boirie Y., Chumlea W. M., Vellas B. Sarcopenia: its assessment, etiology, pathogenesis, consequences and future perspectives. J. Nutr. Health Aging. 2008; 12:433–450. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar];
10. Erlich A. T., Tryon L. D., Crilly M. J., Memme J. M., Moosavi Z. S. M., Oliveira A. N., Beyfuss K., Hood D. A. Function of specialized regulatory proteins and signaling pathways in exercise-induced muscle mitochondrial biogenesis. Integr. Med. Res. 2016; 5:187–197. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar];
11. Bori Z., Zhao Z., Koltai E., Fatouros I. G., Jamurtas A. Z., Douroudos I. I., Terzis G., Chatzinikolaou A., Sovatzidis A., Draganidis D., Boldogh I., Radak Z. The effects of aging, physical training, and a single bout of exercise on mitochondrial protein expression in human skeletal muscle. Exp. Gerontol. 2012; 47:417–424. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar];
12. Johnston A. P., De Lisio M., Parise G. Resistance training, sarcopenia, and the mitochondrial theory of aging. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 2008; 33:191–199. [PubMed] [Google Scholar];
13. Binder E. F., Schechtman K. B., Ehsani A. A., Steger-May K., Brown M., Sinacore D. R., Yarasheski K. E., Holloszy J. O. Effects of exercise training on frailty in community-dwelling older adults: results of a randomized, controlled trial. J. Am. Geriatr. Soc. 2002; 50:1921–1928. [PubMed] [Google Scholar];
14. Geirsdottir O. G., Arnarson A., Ramel A., Briem K., Jonsson P. V., Thorsdottir I. Muscular strength and physical function in elderly adults 6–18 months after a 12-week resistance exercise program. Scand. J. Public Health. 2015; 43:76–82. [PubMed] [Google Scholar];
15. Lee M. Y., Jun W. S., Lee M. G. Effects of a 12-week circuit exercise program on fall-related fitness in elderly women with sarcopenia. Korean J. Sports Sci. 2017; 26:1123–1135. [Google Scholar];
16. Gudlaugsson J., Aspelund T., Gudnason V., Olafsdottir A. S., Jonsson P. V., Arngrimsson S. A., Johannsson E. The effects of 6 months multimodal training on functional performance, strength, endurance, and body mass index of older individuals. Are the benefits of training similar among women and men? Laeknabladid. 2013; 99:331–337. [PubMed][Google Scholar].