Efeitos do exercício físico regular sobre o estresse oxidativo e sistema catecolaminérgico em ratos hiperfenilalaninêmicos

Abstract

Fenilcetonúria (PKU) é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência da atividade da enzima fenilalanina hidroxilase, levando ao acúmulo de fenilalanina e seus metabólitos no sangue e tecidos. A hiperfenilalaninemia (HPA) causa danos importantes no cérebro, provavelmente causados por aumento de estresse oxidativo e diminuição da disponibilidade dos outros aminoácidos grandes neutros (LNAA), entre outros mecanismos. Pacientes diagnosticados precocemente também estão sujeitos a estes desequilíbrios. O objetivo deste trabalho foi verificar em ratos: a) o efeito agudo do modelo de HPA na concentração de aminoácidos em plasma e cérebro total, b) o efeito do exercício regular em parâmetros de estresse oxidativo em cérebro total, conteúdo de catecolaminas em supra-renal e aspectos comportamentais na HPA crônica. Para o modelo agudo, os ratos foram divididos nos grupos HPA e Salina (SAL) (n=3). A HPA foi induzida através da administração subcutânea de alfa-metil-fenilalanina e fenilalanina, enquanto o grupo SAL recebeu salina. Os animais foram mortos 1 h após a injeção, no segundo dia de tratamento. Para o modelo crônico, os animais foram distribuídos no grupo Sedentário (Sed) ou Exercício (Exe), e subdivididos em SAL e HPA. Grupos HPA (n=16- 20) foram submetidos ao modelo durante 17 dias, enquanto os grupos SAL (n=16-20) receberam salina. Os grupos Exe realizaram duas semanas de exercício aeróbico com duração diária de 20 min. No 17º dia, 1 h após a injeção, os animais realizaram a primeira exposição ao teste de campo aberto e, 24 h depois, realizaram a segunda sessão. Após, os animais foram mortos e o cérebro total foi homogeneizado para determinação da lipoperoxidação, através do conteúdo de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS), e atividade das enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e glutationa peroxidase (GPx). As glândulas supra-renais foram coletadas para análise de conteúdo de catecolaminas. O efeito agudo de HPA causou aumento de fenilalanina e diminuição de tirosina em plasma e cérebro, bem como diminuiu os níveis dos outros LNAA apenas no cérebro. Cronicamente, a HPA causou aumento de TBA-RS e SOD, e redução de CAT, GPx e conteúdo de catecolaminas. O exercício foi capaz de reverter todas as alterações encontradas no grupo HPA, exceto para a SOD. Quanto aos parâmetros comportamentais, a HPA causou diminuição na memória de habituação e o exercício regular preveniu esta alteração. Nenhuma alteração foi encontrada no grupo ExeSAL. Os ratos hiperfenilalaninêmicos foram mais responsivos aos benefícios produzidos pelo exercício regular. O treinamento físico parece ser uma estratégia interessante a ser estudada para a restauração do sistema antioxidante e de alterações comportamentais que ocorrem na PKU.

Phenylketonuria (PKU) is an inborn error of metabolism caused by deficiency of phenylalanine hydroxylase, resulting in accumulation of phenylalanine and its metabolites in blood and tissues. Hyperphenylalaninemia (HPA) causes serious damage in the brain probably due to increased oxidative stress and decreased availability of other large neutral amino acids (LNAA), among other mechanisms. Patients early diagnosed are also subject to these imbalances. The objective of this study was to evaluate: a) the effect of acute HPA model on the concentration of LNAA in plasma and total brain, b) the effect of regular exercise on parameters of oxidative stress in total brain, catecholamine content in suprarenal and behavioral aspects in a chronic HPA model. HPA was induced by subcutaneous administration of alpha-methylphenylalanine and phenylalanine, while SAL group received saline. For the acute model, rats were divided into groups Saline (SAL) and HPA (n = 3). Animals were killed 1 h after last injection, at the second day of treatment. For the chronic model, animals were divided into sedentary group (Sed) or exercise group (Exe), and subdivided into SAL (n=16-20) and HPA (n=16-20). Administration continued as long as 17 days. Exe groups performed two weeks of daily aerobic exercise lasting 20 min. At the 17th day, 1 h after injection, the animals performed the first exposure to open field task, and 24 h later, performed the second session. After that, animals were killed and the whole brain was homogenized to evaluate lipid peroxidation through the content of thiobarbituric acid reactive substances (TBA-RS), and activity of antioxidant enzymes superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and glutathione peroxidase (GPx). Suprarenal glands were collected for catecholamine content analysis. Acute HPA increased phenylalanine and decreased tyrosine in plasma and brain as well as decreased levels of other LNAA in the brain. Chronically, HPA increased TBA-RS and SOD activity, and reduced CAT and GPx activities in the brain and reduced catecholamine content into suprarenal. Regular exercise was able to prevent all the alterations found in HPA group, except for SOD activity. Regarding the behavioral data, HPA caused a decrease of habituation memory and regular exercise prevented this change. Exercise per se (ExeSAL group) produced no changes. HPA rats were more responsive to the benefits produced by regular exercise. Physical training appears to be an interesting strategy to be studied for the restoration of the antioxidant system and the behavioral changes that occur in PKU.