Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/56074
Type: Tese
Title: Interações do sistema circadiano com a atividade física e a temperatura ambiente
Authors: Frederico Sander Mansur Machado
First Advisor: Cândido Celso Coimbra
metadata.dc.contributor.advisor2: Maristela Oliveira Poletini
Abstract: Background: O relógio biológico interno pode ser sincronizado por diferentes agentes ou zeitgebers. A atividade física regular e os ciclos de temperatura constituiriam estímulos secundários para a sincronização do sistema circadiano de controle temporal aos ciclos diários de claro/escuro. Portanto, o presente trabalho investigou tanto o efeito do exercício físico no sistema circadiano, quanto a influência do horário do dia nos ajustes fisiológicos induzidos pela exposição ao frio em ratos Wistar. Materiais e métodos: No primeiro experimento, investigou-se o efeito de uma única sessão de exercício físico (40%, 70% e teste de exercício progressivo até a fadiga) em diferentes componentes do sistema circadiano, tais como: a expressão de genes de relógio em músculo esquelético e adrenais (rtPCR); a secreção de corticosterona (ELISA); as oscilações de temperatura interna e atividade locomotora espontânea (telemetria). No segundo experimento, avaliou-se o efeito do treinamento físico em diversos níveis do sistema circadiano de controle temporal em condições de repouso, tais como: a expressão de genes do relógio no músculo esquelético (rtPCR); a secreção de corticosterona (ELISA), as oscilações de temperatura interna e atividade locomotora espontânea (telemetria); a atividade serotonérgica e dopaminérgica no sistema nervoso central (HPLC). Após 8 semanas de treinamento, os animais foram eutanasiados em diferentes horários do dia para colheita de cérebro, músculo esquelético e sangue. No terceiro experimento, estudou-se o efeito do horário do dia nos ajustes fisiológicos e no relógio periférico (rtPCR) em resposta à exposição aguda ao frio. Os animais foram submetidos a condições de temperatura ambiente constante (23 °C) ou ambiente frio (4 °C) em seis horários diferentes do dia por 3 horas. Imediatamente após os animais foram eutanasiados para colheita de tecido adiposo marrom e músculo esquelético. Resultados: O exercício físico durante a fase clara do ciclo claro/escuro, alterou transitoriamente o balanço térmico circadiano ao elevar a temperatura interna de maneira independente dos aumentos sustentados de atividade locomotora. Esse desequilíbrio no balanço entre temperatura interna e atividade locomotora espontânea foi acompanhado por uma elevação nos níveis de corticosterona dependente da carga de trabalho. A exposição dos animais à esteira sem a realização de exercício induziu uma elevação na transcrição de PER1 no músculo gastrocnêmio que foi atenuada de forma inversamente proporcional pela carga de trabalho realizada durante o exercício. O exercício físico realizado regularmente durante a fase clara por 8 semanas promoveu ajustes no balanço térmico diário aumentando a atividade locomotora espontânea durante a fase escura, sobretudo nas últimas horas dessa fase do dia. Centralmente, tais ajustes foram acompanhados por alterações na atividade serotonérgica e dopaminérgica na área pré-óptica e serotonérgica no núcleo paraventricular do hipotálamo. Perifericamente, o treinamento induziu um aumento na transcrição de PER1 no músculo gastrocnemio durante a transição da fase escura para a clara, indicando uma adaptação em pelo menos um dos componentes moleculares do relógio biológico periférico. Durante a exposição ao frio durante a fase de repouso observou-se uma atenuação da mudança de substrato energético preponderante. Tal alteração foi acompanhada de uma leve hipertermia associada ao aumento da taxa metabólica. Adicionalmente, o horário do dia influenciou a intensidade da resposta ao frio de diversos componentes moleculares do relógio periférico, tais como CLOCK, PER1, CRY1, CRY2 e REV-ERBα de maneira tecido-específica no músculo sóleo e no tecido adiposo marrom, sugerindo a participação do sistema circadiano periférico na modulação da resposta ao frio. Conclusão: O presente trabalho demonstrou que o exercício físico pode influenciar o sistema circadiano de controle temporal modulando perifericamente a atividade de genes do relógio e promovendo ajustes na variação diária de atividade monoaminérgica basal em áreas diretamente envolvidas no controle da temperatura interna e no balanço térmico. Além disso, ficou caracterizada não apenas a importância do horário do dia como fator determinante da intensidade dos ajustes metabólicos ao ambiente frio, mas também a provável participação do relógio periférico na modulação dessas respostas.
Abstract: The internal biological clock can be synchronized by different entraining agents or zeitgebers. Regular physical activity and temperature cycles would be secondary stimuli for the synchronization of the circadian system to daily light/dark cycles. Therefore, the present study investigated both the effect of physical exercise on the circadian system and the influence of daylight hours on the physiological adjustments induced by cold exposure in Wistar rats. In the first experiment, the effect of a single physical exercise session (groups: rest, submaximal exercise at 40 and 70% of the average maximum velocity verified for the evaluated population, exercise test until fatigue) was investigated in different components of the circadian system: the expression of clock genes in skeletal msucle and adrenal (rtPCR); corticosterone secretion (ELISA); the oscillations of body temperature and locomotor activity (telemetry). In the second experiment the effect of physical training on several levels of the circadian system under resting conditions was evaluated: the cycle of the expression of the clock genes in skeletal muscle (rtPCR); the corticosterone cycle (ELISA), the oscillations of body temperature and locomotor activity (telemetry); cycles of serotonergic and dopaminergic activity in the central nervous system (HPLC). After 8 weeks of training, the animals were euthanized at different times of the day to harvest brain, gastrocnemius muscle and blood. In the third experiment the effect of day-time on the physiological adjustments (telemetry and indirect calorimetry) and the peripheral clock (rtPCR) in response to acute cold exposure were studied. The animals were submitted to conditions of constant ambient temperature (23 ° C) or cold environment (4 ° C) at six times of the day for 3 hours. Immediately after the animals were euthanized to harvest brown adipose tissue and soleus muscle. When performed during the resting phase of the light / dark cycle, physical exercise temporarily altered the circadian thermal balance by elevating body temperature independently of sustained increases in locomotor activity. This transitory imbalance in the balance between body temperature and locomotor activity was accompanied by an elevated-dependent workload on corticosterone levels immediately after exercise. Surprisingly, exposure of the animals to the treadmill without exercise induced an elevation in the transcription of PER1 in gastrocnemius, attenuated in a inverse proportion to the workload performed during the exercise. In turn, when performed with a regular schedule and for 8 weeks, physical exercise promoted adjustments in the daily heat balance by increasing the levels of locomotor activity during the active phase, especially in the last hours of this phase of the day. Centrally, such changes were accompanied by changes in serotonergic and dopaminergic activity in the preoptic area and serotonergic activity in the paraventricular nucleus of the hypothalamus. Peripherally, despite the similarity in the circulating corticosterone cycle, the training induced an increase in the transcription of PER1 in the gastrocnemius, especially during the transition from the dark phase to the light phase, indicating an adaptation of the peripheral clock. Finally, an attenuation of substrate shift evoked by cold exposure during the resting phase was observed. Such alteration was accompanied by mild hyperthermia associated with increased metabolic rate. In addition, the time of day influenced the intensity of the expression of several molecular components of the peripheral clock, such as CLOCK, PER1, CRY1, CRY2 and REV-ERBα in different ways for the soelus muscle and the brown adipose tissue, suggesting the participation of the peripheral circadian system in modulating the response to cold. Thus, the present study demonstrated that physical exercise can influence the circadian system by peripherally modulating clock or clock gene activity and also by promoting adjustments in basal monoaminergic activity cycles in areas directly involved in the control of body temperature and thermal balance. In addition, it was characterized not only the importance of the time of day for the intensity of the metabolic adjustments to the cold environment, but also the likely participation of the peripheral clock in the modulation of these responses.
Subject: Fisiologia
Ritmos circadianos
Exercícios físicos
Temperatura
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Fisiologia e Farmacologia
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/56074
Issue Date: 13-Jun-2017
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