Efeitos do exercício físico sobre propriedades estruturais e mecânicas do fêmur de ratos com diabetes experimental e sob insulinoterapia

Abstract

Este estudo teve como objetivo investigar os efeitos do treinamento em natação (TN) de baixa intensidade combinado com a insulinoterapia sobre propriedades estruturais e mecânicas do fêmur de ratos em crescimento com diabetes mellitus tipo 1 (DMT1) experimental induzido por streprozotocina (STZ). Foram utilizados 60 ratos Wistar com 30 dias de idade e massa corporal média de 90g no início do experimento. Os animais foram distribuídos aleatoriamente, em seis grupos experimentais com 10 animais em cada: controle sedentário (CS); controle exercitado (CE); diabético sedentário (DS); diabético exercitado (DE); diabético sedentário tratado com insulina (DSI); diabético exercitado tratado com insulina (DEI). Os animais dos grupos DE, DS, DEI e DSI receberam uma injeção intraperitoneal (60 mg/kg de massa corporal) de STZ, diluída em 1mL de tampão citrato de sódio (0,1 M, pH 4.5). Sete dias após a aplicação de STZ e jejum de 12 horas, os animais que apresentaram glicemia de jejum superior a 300 mg/dL foram considerados diabéticos. Após sete dias de indução do diabetes, os animais dos grupos DE, DEI e CE foram submetidos ao TN (90 min/dia; 5 dias/semana; 5% peso corporal), por oito semanas. No mesmo período os animais dos grupos DSI e DEI receberam uma dose de insulina (1-4 UI). Após o período experimental os animais sofreram eutanásia, o fêmur direito foi dissecado para avaliação da densidade mineral óssea (DMO), do conteúdo mineral ósseo (CMO) e da resistência óssea. O fêmur esquerdo foi dissecado para determinação da morfometria óssea. Os resultados mostraram que o DMT1 experimental reduziu o CMO e a DMO do fêmur. Na região do colo femoral o DMT1 reduziu a rigidez, a força de fratura, a tenacidade, o volume ósseo e a quantidade de colágeno total e tipo III. Na região da diáfise femoral houve redução da rigidez, da força de fratura, da tenacidade e da espessura cortical. A insulinoterapia isoladamente amenizou os efeitos deletérios do DMT1 sobre o CMO e a DMO do fêmur; e atenuou a redução da força de fratura e da tenacidade, assim como reverteu a perda de volume ósseo e da quantidade de colágeno total no colo femoral. Na diáfise femoral, a insulinoterapia amenizou a redução na rigidez, na força de fratura óssea, na tenacidade e na espessura cortical. O treinamento em natação isoladamente aumentou a DMO do fêmur e o volume ósseo no colo femoral e a tenacidade na diáfise femoral dos animais controles (grupo CE), assim como a força de fratura e a tenacidade no colo femoral dos animais diabéticos não tratados com insulina (grupo DE). A combinação do TN com a insulinização aumentou o volume ósseo e a força de fratura no colo femoral dos animais diabéticos (grupo DEI). Concluiu-se que a combinação do treinamento em natação de baixa intensidade com a insulinização durante oito semanas é efetiva em atenuar os efeitos deletérios do DMT1 experimental induzido por STZ sobre propriedades estruturais e mecânicas do fêmur de ratos em crescimento.

The aim of this study was to investigate the effects of a low-intensity swimming training (ST) combined with insulin therapy on the femoral structural and mechanical properties in growing rats with experimental type 1 diabetes mellitus (T1DM) induced by streprozotocin (STZ). Sixty Wistar rats at 30 days of age and average body mass of 90g at the onset of the experiment were used. The animals were randomized into six groups of ten animals: sedentary control (CS), exercised control (CE), diabetic sedentary (DS) and diabetic exercised (DE), sedentary diabetic treated with insulin (DSI), insulin-treated diabetic exercised (DEI). The animals from DE, DS, DEI and DSI groups received an intraperitoneal injection (60 mg/kg body weight) of STZ diluted in 1 mL of sodium citrate buffer (0.1M, pH 4.5). Seven days after the STZ injection and 12 hours fasting animals showing blood glucose above 300 mg/dL were considered diabetic. Seven days after induction of diabetes, the animals in group DE, DEI and CE were subjected to swimming training (90 min/day; 5 days/week; 5% body weight) for eight weeks. For the same period animals from groups and DEI and DSI received a daily dose of human insulin (1-4 U/day). By the end of the experimental period, animals were euthanized and the right femur was dissected for assessment of bone mineral density (BMD), bone mineral content (BMC) and bone strength. The left femur was dissected for determination of bone morphometry. The results showed that the experimental T1DM reduced femoral BMC and BMD, femoral neck stiffness, breaking force, tenacity, bone volume, total collagen and type III collagen content. In the femoral midshaft T1DM reduced bone breaking force, stiffness and the cortical thickness. The insulin therapy itself attenuated the deleterious effects of T1DM on the femoral BMC and BMD; and mittigated the reductions of bone breaking force and tenacity as well as reversed the trabecular bone volume loss and the total collagen content in the femoral neck. In the femoral midshaft region insulin therapy attenuated the reductions in bone stiffness, breaking force, tenacity and cortical bone thickness. Swimming training itself increased the femoral BMD, the femoral neck trabecular bone volume, and the midshaft tenacity in control rats (CE group) as well as the femoral neck breaking force and tenacity in diabetic animals non treated with insulin (DE group). The combination of ST with insulin therapy increased the femoral neck trabecular bone volume and breaking force in diabetic animals (DEI group). It was concluded that the combination of low-intensity swimming training with insulin therapy is effective in attenuating the deleterious effects of experimental T1DM induced by STZ on the femoral structural and mechanical properties in growing rats.