Marcadores de Estrés Oxidativo y Envejecimiento. El ejercicio físico controlado sobre los niveles de parámetros oxidativos en mujeres mayores. Estudio especial del estado redox y la modificación oxidativa del ADN

Existe una tendencia al envejecimiento consecuencia del aumento de la esperanza de vida y la disminución de la tasa de fecundidad. Desde la "Teoría del Envejecimiento Exitoso" de Rowe y Kahn como mecanismo de prevenir la enfermedad y la discapacidad, muchos autores han sugerido la importancia de investigar este proceso y poder modificar las alteraciones asociadas mediante intervenciones fisiológicas o sociales, habiéndose convertido su estudio en una disciplina de gran interés. La reiteración progresiva sufrida por las moléculas del organismo y su disfunción biológica son un punto de debate, si bien la teoría más aceptada es la del estrés oxidativo (EO). Pese a que el EO, el estrés del metabolito y el hidrolítico se reconocen como implicados en los fenómenos de mortalidad, la naturaleza molecular de los mismos permanece incierta habiéndose propuesto más de 300 teorías intentando resolver las incógnitas del envejecimiento. No obstante, desde el momento en que se planteó la teoría de los radicales libres hay suficiente evidencia para considerar al EO como el factor principal del envejecimiento por su contribución al desarrollo de procesos patológicos dependientes de la edad. Así, el EO, refleja un desequilibrio entre los procesos de oxidación espontánea inducida por un aumento en la producción de ROS y la efectividad de los sistemas antioxidantes. En estas condiciones, una vez superada la barrera antioxidante, las especies reactivas difunden a través de los distintos compartimentos celulares e interaccionan libremente con un número muy variado de biomoléculas a las que modifican oxidativamente primero para inducir después la pérdida de su función biológica. Esta modificación es resultado del secuestro electrónico al que se ven sometidas por las especies paramagnéticas en un intento de aparear su electrón desapareado. Para medir la evolución del EO durante el envejecimiento se han propuesto varios biomarcadores que incluirían productos de peroxidación lipídica (LPO), de oxidación de proteínas, enzimas de acción antioxidante, minerales, vitaminas, glutatión, flavonoides, bilirrubina y ácido úrico entre otros, pero ninguno podría ser considerado como único e idóneo para determinar la esperanza de vida de la persona individual, su edad biológica o el estado de salud relacionado con la edad. Además, hay muchos datos contradictorios sobre los cambios de cada biomarcador individual, siendo imposible utilizar solo un marcador para determinar el estado de salud ni predecir la esperanza de vida. Entre ellos, se ha propuesto incluir al menos un marcador de LPO, de oxidación de la proteína y del estado antioxidativo total, e idealmente también uno para los daños en el ADN. La modificación oxidativa de proteínas, lípidos y ácidos nucleicos son aspectos muy importantes dentro de las interacciones moleculares de los ROS y las consecuencias biopatológicas del EO debido a la gran cantidad de estudios que señalan que el estrés oxidativo subyace e interviene en la evolución de las complicaciones patogénicas de todos los procesos degenerativos propios de la edad avanzada. Tampoco conocemos si el grado de estrés es de la misma intensidad en todos los individuos dentro de una misma franja de edad y qué consecuencias o beneficios puede tener para los más longevos. Las especies reactivas en general y los ROS en particular, en condiciones fisiológicas o controladas desempeñan funciones de regulación homeostática muy importantes para las células. Por su importancia como marcador de EO e implicaciones fisiopatológicas, los productos de oxidación de los ácidos nucleicos ocupan un papel destacado como posibles marcadores biológicos del envejecimiento. De ellos, la 8-oxo-dG se destaca como metabolito prominente. Por otra parte, la actividad y expresión de enzimas antioxidantes también han sido objeto de profundas investigaciones, si bien los resultados obtenidos difieren dependiendo del tipo de estudio y aproximación experimental utilizada. Tampoco está definida la autoría y utilidad de estos marcadores, productos de oxidación y/o moléculas antioxidantes, como analitos individuales o más bien en su conjunto, cuántos y cuáles. En cuanto a la relación existente entre actividad física y el EO persiste cierta controversia entre los resultados obtenidos y las conclusiones a las que llegan los distintos grupos. El ejercicio físico induce la formación de ROS con una intensidad que parece depender del tipo de actividad y las características de los sujetos que lo practican. Sin embargo, su práctica parece ser beneficiosa en muchos aspectos e incluso se ha sugerido que aumenta la longevidad de algunas especies y líneas celulares. Se han planteado varias hipótesis de cómo la actividad física puede mejorar la progresión del envejecimiento y se ha comunicado que la duración de la vida puede incrementar en dos años cuando se practica ejercicio físico. Sin embargo, la contradicción es obvia, en base al concepto de que el ejercicio físico aumenta el estrés oxidativo como otras proteínas de fase reactiva aguda y marcadores de inflamación. Se ha alegado que el ejercicio promueve tanto la producción de radicales libres como la peroxidación lipídica. Incluso el ejercicio físico regular, que se ha demostrado que aumenta la vida media, también se considera un factor estresante.   HIPÓTESIS DE TRABAJO ¿Podemos conocer la edad biológica de las personas y, ante sus alteraciones poder predecir la aparición de alteraciones? ¿El ejercicio físico puede mejorar el estrés oxidativo? ¿Qué tipo de entrenamiento es el más indicado para mejorar el estrés oxidativo.? OBJETIVOS 1. Valoración de los niveles sistémicos de estrés oxidativo (EO) en personas adultas sanas de edades comprendidas entre los 18 y los 90 años. 2. Cuantificar los efectos del entrenamiento físico controlado sobre el rendimiento de los sujetos y los niveles de EO en mujeres adultas mayores.   MATERIAL Y MÉTODOS Para abordar los objetivos experimentales planteados se ha subdivido a la población en dos grupos. El primer grupo (120 individuos, hombres y mujeres con edades entre 18 y 90 años) corresponde al estudio de la valoración de los cambios de parámetros oxidativos en distintas edades. El grupo se subdividió en tres grupos según la edad: Grupo A: 18 a 40 años, B: 41 a 60 y C: 61 a 90 años. El segundo grupo corresponde al estudio de entrenamiento controlado sobre parámetros de función física y de estrés oxidativo para lo que se seleccionó un grupo de mujeres mayores sanas, con edades entre 60 y 75 años, a las que se les entrenó mediante ejercicio de fuerza con resistencia variable desarrollado a diferentes intensidades. Para la medida de la función física se evaluó mediante las siguientes pruebas estandarizadas de la batería Rikli y Jones. El análisis de los metabolitos de EO se realizó por procedimientos estandarizados. Las actividades de superóxido dismutasa (SOD), catalasa (CAT) y glutatión peroxidasa (GPx) y los niveles de glutatión se analizaron por el método de espectrofotometría siguiendo los respectivos procedimientos de kits de ensayo de Cayman Chemical. La actividad de la capacidad antioxidante del plasma (PAO) y proteínas carboniladas se analizó por el método de ELISA siguiendo el protocolo del kit de ensayo de Cayman Chemical respectivo. La determinación de malonildialdehido (MDA) en células mononucleares circulantes (CMNs) por Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC-UV). Los niveles de F2-8-isoprostanos (F2-IsoP) en la orina se cuantificaron siguiendo las especificaciones analíticas del ensayo ELISA de Cayman. En cuanto a las determinaciones de 8 oxo-7,8-dihidrodesoxiguanosina (8-oxo-dG) en ADN genómico procedente de CMNc, suero y orina se realizaron por separación y cuantificación por HPLC-EC siguiendo los métodos descritos por Muñiz y Espinosa. RESULTADOS Existe una tendencia a la disminución de actividades en las tres enzimas antioxidantes estudiadas y en la capacidad total del plasma, si bien la intensidad de estas disminuciones difiere dependiendo de tipo del parámetro antioxidante analizado. La actividad SOD disminuyó en el grupo de adultos entre 41 y 60 años en un 3% (diferencia estadísticamente no significativa). Sin embargo, en el grupo C (de mayor edad), los valores de SOD, en las células mononucleares circulantes, representa un 8% menos respecto al grupo A (de 18 y 40 años) y alcanza significancia estadística (p<0,05). La actividad de enzima catalasa presenta una disminución más marcada conforme avanza la edad respecto a lo observado con las actividades anteriores. En el grupo de sujetos más jóvenes, esta actividad disminuye un 12% en el grupo B y 24% en el C con valor estadístico p<0,001 pasando de 270 U/g.prot a 238 U/g.prot y 205 U/g.prot respectivamente. También en este caso existe diferencia significativa (p<0,001) al comparar el grupo B con el C. La capacidad antioxidante total del plasma disminuye progresivamente con la edad, disminuyendo en un 7% en el grupo B y 22% en el C con relación a la población de menor edad (Grupo A) (p<0,001). Existe diferencia entre los grupos B y C (p<0,001) con tendencia a la disminución de la defensa antioxidante total a medida que se avanza en edad. El antioxidante GSH tiende a disminuir en los grupos de mayor edad (B y C) con respecto al grupo de menor edad (A), con muy discreta disminución en el primer caso y más marcada y significativa (p<0,001) en el segundo, con un porcentaje de disminución del 10%. Esta disminución corresponde con un aumento progresivo de su producto oxidado GSSG (Glutation oxidado). La actividad GPx sigue una tendencia similar, con descenso del 4% y 7% con respecto al valor del grupo A en los sujetos adultos más mayores, grupos B y C respectivamente. En este caso, las diferencias estadísticas se observan ya en el grupo de sujetos entre 41 y 60 años (Grupo B) (p<0,05) y ésta aumenta en los sujetos de edad más avanzada (Grupo C) (p<0,001). También existe una diferencia significativa entre el grupo B y C (p<0,001) indicando que la actividad de esta enzima se reduce todavía más en el grupo de edad comprendida entre 61 y 90 años. Correspondiendo con la disminución de actividades antioxidantes se observa, como resultado un aumento de los productos de oxidación de lípidos en las CMNc. El MDA aumenta a medida que avanza la edad así como los F2-IsoP. Respecto a las proteínas, su marcador de oxidación por ROS más específico, los grupos carbonilos o proteínas carboniladas sigue una tendencia parecida al aumentar ligeramente con relación al grupo A de sujetos más jóvenes, hasta ser significativo en las personas de mayor edad (Grupo C). Para la valoración de la oxidación del ADN se cuantificó la cantidad del producto de oxidación, 8-oxo-dG, tanto in situ, es decir, la proporción de esta base oxidada en la cadena de ADN nuclear extraído de CMNc, como su producto de reparación liberado en suero y en orina. La oxidación del ADN genómico en las células circulantes aumenta en los grupos de mayor edad respecto a los más jóvenes. En el grupo control (GC) los niveles de 8-oxo-dG en orina fueron 2.75+/-1.30nmoles/mmol creatinina y las concentraciones de GSH y GSSG en CMNc de 22.46+/-2.67 y 0.23+/-0.10 nmol/mg proteína respectivamente (relación GSSG/GSH de 1.08%+/-0.59 En el grupo ALTO se observó un incremento significativo (p=0.010) en la eliminación urinaria de 8-oxo-dG (+71.07%) con un tamaño del efecto (TE) grande (1.12), acompañado de una disminución significativa (p=0.002) del antioxidante GSH (-10.91%, ET=-0.69). En el grupo MOD se produjo una disminución significativa (p=0.033) de la 8-oxo-dG en orina (-25.66%) con un TE moderado (-0.69), sin observar cambios en los niveles intracelulares de GSH, encontrando diferencias significativas entre el grupo ALTO y GC tras el entrenamiento (p=0.048). No se observaron diferencias en los niveles intracelulares de GSSG ni de la relación GSSG/GSH inducidos por la intervención física en ninguno de los grupos estudiados. CONCLUSIONES 1. Disminución progresiva de SOD, CAT, GPx, GSH y PAO con la edad en población sana con edades entre18 y 90 años 2. Aumento de productos de peroxidación lipídica y proteínas carboniladas progresivo con la edad. 3. Aumenta lesión oxidativa del ADN ya que aumenta 8-oxo-dG en CMNc, suero y orina. Esto sugiere mayor lesión del material genético pero conservación de los sistemas de reparación en personas mayores sin patologías asociadas al envejecimiento. 4. F2-IP, 8-oxo-dG, GSH, GSSG, GSSG/GSH y GPx correlacionan con la edad, posible uso como marcadores biológicos de envejecimiento. 5. El entrenamiento de la fuerza de moderada intensidad (MI) puede mejorar el EO al disminuir el daño del ADN en mujeres mayores sanas pero se produce el efecto contrario con alta intensidad (AI). 6. Tanto el entrenamiento de la fuerza de MI como el de AI mejoran la función física

The Effect of Moderate- Versus High-Intensity Resistance Training on Systemic Redox State and DNA Damage in Healthy Older Women

This study investigated effects of a 16-week progressive resistance training program (RTP) with elastic bands at two different intensities on systemic redox state, DNA damage, and physical function in healthy older women. METHODS: Participants were randomly assigned to the high-intensity group (HIGH; n = 39), moderate-intensity group (MOD; n = 31), or control group (CG; n = 23). The exercise groups performed an RTP twice a week with three to four sets of 6 (HIGH) or 15 (MOD) repetitions of six overall body exercises at a perceived exertion rate of 8-9 on the OMNI-Resistance Exercise Scale for use with elastic bands. Thiol redox state was determined by reduced glutathione (GSH), oxidized glutathione (GSSG), and GSSG/GSH in blood mononuclear cells. Degree of DNA damage was assessed by presence of the oxidized DNA base molecule 8-oxo-7,8-dihydro-2'-deoxyguanosine (8-OHdG) in urine. Physical function monitoring was based on the arm curl, chair stand, up and go, and 6-min walk tests. RESULTS: The HIGH group showed a significant increase in 8-OHdG (+71.07%, effect size [ES] = 1.12) and a significant decrease in GSH (-10.91, ES = -0.69), while the MOD group showed a significant decrease in 8-OHdG levels (-25.66%, ES = -0.69) with no changes in thiol redox state. GSH levels differed significantly between the HIGH and CG groups posttest. The exercise groups showed significant improvements in physical function with no differences between groups. CONCLUSION: RTP at a moderate rather than high intensity may be a better strategy to reduce DNA damage in healthy older women while also increasing independence