Effect of strength training with restriction blood flow on reactivity of the abdominal aorta in Wistar rats

O treinamento de força (ST) com restrição do fluxo sanguíneo (BFR) é conhecido por promover aumentos na hipertrofia e na força, às vezes semelhante ao ST tradicional, apesar dos efeitos do BFR arterial nas adaptações musculares não estarem bem estabelecidos. No entanto, as sessões de ST de alta intensidade (acima de 70% de 1 contração voluntária máxima - CVM) podem trazer complicações (respostas cardiovasculares exacerbadas na função vascular, no remodelamento estrutural e também pode levar a complicações ortopédicas, por exemplo) em determinadas populações, como idosos ou pessoas com condições especiais de saúde tornando-se, portanto, inviável. Como alternativa, estudos indicam que o treinamento de força com restrição de fluxo sanguíneo com baixa intensidade de carga (20-50% de 1 CVM), pode produzir adaptações positivas semelhantes ao ST com intensidade igual ou superior a 70 % 1 CVM. Entretanto, poucos são os estudos que investigaram seus efeitos na função vascular. Além disso, há muita divergência na metodologia utilizada em estudos com treinamento de força com restrição do fluxo sanguíneo em humanos e, consequentemente, encontramos estudos com diferentes conclusões. Dessa forma, apesar das evidências sugerirem que o treinamento de força com restrição do fluxo sanguíneo (STBFR) é seguro, ainda carecem de maiores investigações, principalmente com relação a saúde vascular. Devido a essas dificuldades, optamos por um protocolo de treinamento com BFR arterial em modelo animal. Para tanto, dois estudos foram propostos para atender aos seguintes objetivos; avaliar se o STBRF é capaz de melhorar as adaptações musculares, o desempenho e a segurança da realização deste método em ratos Wistar (manuscrito 1), e, avaliar os efeitos do STBFR sobre a função vascular destes animais (manuscrito 2). O protocolo experimental contou com a utilização de ratos Wistar Hannover com 8 semanas de idade, divididos em quatro grupos: sedentários sham (S/S), sedentários com BFR arterial (S/BFR), treinados sham (T/S) e treinados com BFR arterial (T/BFR), sendo que os grupos com BFR foram submetidos a cirurgia arteriovenosa para restrição de fluxo sanguíneo da artéria femoral. O protocolo de treinamento consistiu em quatro semanas de ST composto por 6 séries de 10 subidas de escadas com 50% de 1 CVM. No início e ao final do protocolo foram obtidos dados referentes ao peso corporal, gordura epididimal, peso máximo carregado, força de preensão manual, índice de hipertrofia muscular, pressão arterial sistólica, atividade enzimática da superóxido dismutase, concentração de nitrito/nitrato e fator de necrose tumoral alfa (manuscrito 1). Curvas de concentração-resposta na aorta abdominal à acetilcolina (ACh: 10nM - 100&micro;M) e fenilefrina (PHE: 1nM - 30&micro;M), produção de óxido nítrico (NO) e espécies reativas de oxigênio (ROS), remodelamento vascular (matriz de metaloproteinase - 2) e atividade gelatinolítica (zimografia) (manuscrito 2). A normalidade e a homogeneidade foram verificadas pelos testes de Shapiro-Wilk e Levene, respectivamente. A estatística utilizada foi a ANOVA two-way, seguida de um pós-teste de Bonferroni. Valores de p <0,05 usando programa GraphPad Prism. O grupo T/BFR apresentou aumento da força e hipertrofia muscular. Por outro lado, o T/S foi eficaz para incremento da força, porém sem efeito para a hipertrofia. Além disso, não foram encontradas alterações cardíacas e metabólicas significantes (manuscrito 1). Neste contexto, entende-se que o protocolo de treinamento foi eficaz, pois aumentou a força dos animais T/S e T/BFR nos testes de peso máximo carregado. Os animais do grupo S/S apresentaram relaxamento reduzido na ACh (Emax 22%) comparado ao S/BFR e o treinamento de força preveniu a redução do relaxamento no grupo T/BFR. Para o grupo T/S, não foi encontrada melhora do relaxamento quando comparado aos pares sedentários. A resposta máxima ao agente alfa-agonista foi aumentada em 80% em animais S/BFR. O treinamento físico não alterou a resposta máxima. Por outro lado, os animais dos grupos T/S e T/BFR apresentaram redução de 4 a 4,5 vezes, respectivamente, na sensibilidade à fenilefrina e nos animais do grupo S/BFR, essa redução foi de 6 vezes. Ainda assim, o grupo T/S apresentou aumento na produção de NO e tanto T/S quanto T/BFR apresentaram redução da produção in situ de ROS (62% e 40% respectivamente). Além disso, ambos os grupos treinados apresentaram redução da atividade gelatinolítica da MMP-2 na aorta (manuscrito 2). Em conclusão, o T/BFR é capaz de melhorar as adaptações musculares e o desempenho em ratos, sem causar danos cardiovasculares e metabólicos. Esses resultados são inéditos, promissores e sugerem que, além do treinamento de força, o BFR deve ser considerada como uma alternativa de intervenção clínica tanto para o desempenho físico quanto para a melhora da saúde endotelial.Strength training (ST) with blood flow restriction (BFR) promotes increases in hypertrophy and strength, sometimes similar to traditional ST. However, the effects of arterial BFR on muscle adaptations are not well up-to-date. However, the consequences of high-intensity ST (above 70% of 1 maximum voluntary contraction - MVC) can bring complications (exaggerated cardiovascular responses in vascular function, structural remodeling and can also lead to orthopedic complications, for example) in certain prev, such as the elderly or people with special health conditions, making it unfeasible. Alternatively, studies indicate that strength training with blood flow restriction with low load intensity (20-50% of 1 MVC) can produce cheerful, positive adaptations to the ST with intensity or equal to 70% 1 MVC. However, few studies have investigated its effects on vascular function. Furthermore, there is a lot of divergence in the methodology applied in studies with strength training with blood flow restriction in humans, and, consequently, we found studies with different means. Thus, despite the evidence suggesting that strength training with restricted blood flow (STBFR) is safe, further investigation is still needed, especially vascular health. Due to these difficulties, we opted for a training protocol with arterial BFR in an animal model. Therefore, two studies were proposed to meet the following objectives; to evaluate whether STBRF can improve muscle adaptations, performance, and safety of performing this method in Wistar rats (manuscript 1) and to evaluate the effects of STBFR on the vascular function of these animals (manuscript 2). The experimental protocol included the use of 8-week-old Wistar Hannover rats, divided into four groups: sham sedentary (S/S), sedentary with arterial BFR (S/BFR), sham trained (T/S) and trained with arterial BFR (T/BFR), and the groups with BFR underwent arteriovenous surgery to restrict the blood flow of the femoral artery. The training protocol consisted of four weeks of ST consisting of 6 sets of 10 stair climbs with 50% of 1 MVC. At the beginning and the end of the protocol, data on body weight, epididymal fat, maximum weight carried, handgrip strength, muscle hypertrophy index, systolic blood pressure, superoxide dismutase enzymatic activity, nitrite/nitrate concentration, and factor, alpha tumor necrosis (manuscript 1). Concentration-response curves in the abdominal aorta to acetylcholine (ACh: 10nM - 100&micro;M) and phenylephrine (PHE: 1nM - 30&micro;M), nitric oxide (NO) production and reactive oxygen species (ROS), vascular remodeling (metalloproteinase matrix-2) and gelatinolytic activity (zymography) (manuscript 2). Normality and homogeneity were verified by the Shapiro-Wilk and Levene tests, respectively. The statistic used was the two-way ANOVA, followed by a Bonferroni post-test. P-values < 0.05 using GraphPad Prism program. The T/BFR group showed increased strength and muscle hypertrophy. On the other hand, T/S was effective in increasing strength but with no effect on hypertrophy. Furthermore, no significant cardiac and metabolic alterations were found (manuscript 1). In this context, it is understood that the training protocol was effective, as it increased the strength of the T/S and T/BFR animals in the maximum loaded weight tests. The animals in the S/S group reduced dissipation in ACh (Emax 22%) compared to the S/BFR, and strength training prevented reducing relaxation in the T/BFR group. For the T/S group, no improvement in relaxation was found when compared to the sedentary pairs. The maximal response to the alpha-agonist agent was increased by 80% in S/BFR animals. Physical training didn\'t change the maximal response. Still, animals in the T/S and T/BFR groups reduced by 4 to 4.5 times, respectively, insensitivity to PHE, and in the S/BFR group, this reduction was six times. The T/S group showed an increase in NO production, and both T/S and T/BFR decreased in situ ROS production (62% and 40%, respectively). Furthermore, both groups trained reduced the gelatinolytic activity of MMP-2 in the aorta (manuscript 2). In conclusion, T/BFR can improve muscle adaptations and performance in rats without causing cardiovascular and metabolic damage. These results are unprecedented, promising, and improvement that, in addition to strength training, the BFR should be considered an alternative clinical intervention for both physical performance to improve endothelial health