The effects of caffeine and diclofenac on oxidative stress and inflammation on exercised rats

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorExercise can represent a physical stress that disrupts the homeostasis. Elevated muscle oxygen consumption increases reactive oxygen species (ROS) and inflammatory proteins production, leading to oxidative stress and systemic inflammation. Nowadays, both caffeine, a commonly compound present in many commercial beverages and medicines, and the non-steroidalanti-inflammatory drugs (NSAIDs), including diclofenac, have been used in sports competitions events. Considering that athletes intent to improve their sports performance, mainly on high intensity competitions and short duration that can lead to inflammation and pain, a great number of athletes consume caffeine and NSAIDs due they ergogenic effects or avoid inflammation and loss of performance. However, little is known about the physical exercise and concomitant use of caffeine/diclofenac. Considering the sport specificity, most authors have focused exercise in skeletal muscle studies. In view of the important role of liver during physical activities, one of the goals of this work was to analyze the effect of caffeine and diclofenac on cell damage, hepatic inflammation and oxidative stress markers in exercised rats. In two papers, we highlight the effect of caffeine on the oxidative damage, inflammation and tissue adaptation in liver, muscle and plasma of training rats. The experimental protocol included four groups: sedentary-saline, sedentary-diclofenac, exercise-saline, and exercise-diclofenac. The exercised groups performed a 4-week aerobic swimming training protocol and were treated with saline or caffeine (6 mg/kg). We found significant changes on citrate synthase (CS), superoxide desmutase (SOD), glutathione peroxidase (GPx) and acetylcholinesterase (AChE) enzyme activities and aspartate aminotransferase (AST) and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) levels after training. These modifications were reverted by caffeine treatment. In the manuscript, we highlight the effects of diclofenac (10 mg/kg) on the inflammation induced by an acute exercise. Rats were divided in 4 groups: control-saline (CS), control-diclofenac (CD), exercise-saline (ES) and exercise-diclofenac (ED). The animals from the C and E groups received saline, while the groups CD and ED received diclofenac treatment during seven days previous to the exercise bout, which consisted in an acute bout of eccentric exercise lasting 90 min. We identified an increase in both gene expression and levels of proteins TLR4, MyD88, TRIF, NFκB, p65, IL-6, TNF-α and iNOS in the exercised groups. Diclofenac treatment blunted these responses exercised-induced. Taken together, the data indicate that diclofenac and caffeine interfere on oxidative and inflammation responses induced by physical exercise, altering the adaptive mechanisms of tissues under exercise.O exercício físico pode representar um tipo de estresse por alterar a homeostase corporal. O elevado consumo de oxigênio pelo músculo esquelético durante o exercício físico aumenta a produção de espécies reativas de oxigênio (EROs) e proteínas inflamatórias, desencadeando estresse oxidativo e inflamação sistêmica. Atualmente, a cafeína, um composto presente em diversas bebidas e medicamentos, e os anti-inflamatórios não-esteroidais (AINEs), incluindo o diclofenaco, têm sido amplamente usados em competições esportivas. Considerando que os atletas treinam com o objetivo de melhorar o seu desempenho esportivo, principalmente em provas de alta intensidade e curta duração e que essas podem levar à sensação de dor e processo inflamatório, um grande número desses atletas usa tanto cafeína e AINEs como recursos ergogênicos ou até mesmo para evitar perdas de performance em suas provas. No entanto, pouco se sabe sobre os efeitos da associação entre treinamento físico e o uso concomitante de cafeína/diclofenaco nos tecidos. Levando em consideração a especificidade esporte, a maioria dos estudos são referentes a associação exercício físico e músculo esquelético. Entretanto, as respostas adaptativas ao exercício físico não são restritas ao tecido muscular. Considerando o importante papel do fígado durante a atividade física, um objetivo desta tese foi analisar os efeitos da cafeína e, em um segundo momento, do diclofenaco, sobre marcadores hepáticos de estresse oxidativo, dano tecidual e inflamação em ratos treinados. Nos artigos destacamos o papel da cafeína em modular as respostas de dano, estresse oxidativo, inflamação e adaptação causadas pelo treinamento físico em fígado, músculo e plasma. O protocolo experimental foi realizado com 4 grupos distintos: sedentário-salina, sedentário-cafeína, exercício-salina e exercício-cafeína. Os grupos exercício foram submetidos a 4 semanas de treinamento aeróbio de natação e os grupos tratados foram suplementados com cafeína (6 mg/kg), durante o treinamento. Identificamos mudanças significativas na atividade das enzimas citrato sintase (CS), superóxido desmutase (SOD), glutationa peroxidase (GPx) e acetilcolinesterase (AChE), e nos níveis da aspartato aminotransferase (AST) e substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) após treinamento. Todas essas alterações foram revertidas pelo tratamento com cafeína. No manuscrito destacamos o papel modulador do diclofenaco sobre a inflamação gerada por exercício agudo. O protocolo consistiu em uma sessão de 90 mim de exercício excêntrico agudo em esteira em ratos tratados previamente com salina ou diclofenaco (10mg/kg) (grupos: controle-salina, exercício-salina, controle-diclofenaco, exercício-diclofenaco). Após o exercício, foi identificado um aumento na expressão gênica e níveis da proteínas TLR4, MyD88, TRIF, NFκB p65, IL-6, TNF-α e iNOS. Essas respostas geradas pelo exercício excêntrico foram bloqueadas pelo tratamento com diclofenaco. Os dados obtidos nos permitem concluir que o diclofenaco e a cafeína interferem nas respostas adaptativas de cunho oxidativo/inflamatório geradas pelo exercício físico, podendo assim alterar os mecanismos de hormesis dos tecidos ao exercício físico