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The Effect of intermittent hypobaric hypoxia and exercise on the recovery of induced skeletal muscle damage in trained laboratory rats: performance evaluation, plasma markers and M. Soleus differential gene expression = El efecto de hipoxia hipobárica intermitente y ejercicio de la recuperación del daño muscular esquelético inducido en ratas de laboratorio entrenadas: evaluación de rendimiento, marcadores plasmáticos y expresión génica diferencial del M. Soleus

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Universitat de Barcelona. Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia

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[eng] One of the key players in the regenerating injured skeletal muscle fibers are their surrounding satellite cells (specific stem cells), arranged between the basal lamina and the sarcolemma, in relatively few numbers per fiber. The satellite cells, which are myogenic precursor cells are activated during injury to fuse and mature into the injured fiber. Some studies have demonstrated that exercise and hypoxia facilitate the activation and migration into the blood circulation, moving more stem cells to an injured or activated area which in turn aids the repairing of the injury. The aim of this thesis was to study the regeneration profile over fourteen days after an eccentric-exercise induction of skeletal muscle damage in treadmill-trained laboratory rat, submitting them to series of daily (4 h) intermittent hypobaric hypoxia (with the simulated altitude of 4000 m) with or without the combination of light exercise as part of their rehabilitation. The rats could potentially react differently to the exercise training prior and post the induction of muscle damage, and furthermore, be differently susceptible to the injury-induction protocol, influenced by their training. This premise led to the formation of the rat AEY performance score, throughout the study, as a complementary tool for the data acquired during the injury regeneration. The regeneration was profiled four times over the recovery fourteen days from the injury induction via the concentration of myoglobin and creatine kinase (CK-MM) plasma markers and differential gene expression analysis in m. soleus, which is generally considered to be one of the most susceptible muscle to eccentric-exercise injury when running downhill. The plasma marker results indicate that the effect of the injury-induction protocol was very short lived, as after the significantly different peak concentrations for the control (passive recovery) and they hypoxia groups (sessions of intermittent hypoxia during recovery) 1 day post injury, had dropped down to basal level again 3 days post injury. However, the hypoxia+exercise group (sessions of intermittent hypoxia followed by light exercise during recovery) had a distinct profile with its slowly rising peak 3 days post injury and then dropping down again. Still, this profile was only significant for the CK-MM measurements, whilst myoglobin did not show any significant change following injury. It is clear that the hypoxia-exercise conditions cause different physiological reactions to the injury. However, the level of the injury would need to be greater in order to obtain a more significant pattern and to be able to interpret if the pattern is reflecting potentially beneficial effects or not. The differential gene expression analysis also indicates that the injury induction needed to have been greater to achieve differential expression. The hypoxia and hypoxia+exercise profiles are not parallel to each other, still the data also suggest that the hypoxia sessions could have been more effective. Therefore, it is difficult to give a general conclusion to which hypoxia or hypoxia+exercise facilitate the injury regeneration to a higher degree. The certain fact is that there are ethical and humane factors that need to be respected, but limit the margin of how the injury-induction can be carried out in the way it was done in this study.

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[spa] Uno de los actores clave en la regeneración de fibras musculares esqueléticas dañadas son las células satélite circundantes (células madre específicas), dispuestos entre la lámina basal y el sarcolema, en relativamente pocos números por fibra. Las células satélite, que son células precursoras miogénicas se activan durante lesión para fusionar y madurar en la fibra heridos. Algunos estudios han demostrado que el ejercicio y la hipoxia facilitan la activación y la migración en la circulación sanguínea, moviéndose más células a un área lesionada o activados que a su vez ayuda a la reparación de la lesión del tallo. El objetivo de esta tesis fue estudiar el perfil de regeneración más de catorce días después de una inducción excéntrico ejercicio de daño muscular esquelético en ratas de laboratorio caminadora entrenados, sometiéndolos a la serie de diario (4 h) la hipoxia hipobárica intermitente (con la altitud simulada de 4000 m), con o sin la combinación de ejercicio ligero, como parte de su rehabilitación. Las ratas podrían potencialmente reaccionan de manera diferente a la práctica de ejercicio, previa y la inducción de daño muscular, y además, ser diferente susceptible al protocolo de inducción de lesiones, influenciado por su formación. Esta premisa conducía a la creación de la puntuación de rendimiento AEY de las ratas a lo largo del estudio, como una herramienta complementaria para los datos adquiridos durante la regeneración de la lesión. La regeneración se perfila cuatro veces en los catorce días de recuperación de la inducción de lesiones a través de la concentración de mioglobina y la creatina quinasa (CK-MM) marcadores de plasma y análisis de la expresión diferencial de genes en m. sóleo, que generalmente se considera ser uno de el músculo más susceptibles a las lesiones excéntrica-ejercicio cuando se ejecuta cuesta abajo. Los resultados de los marcadores de plasma indican que el efecto del protocolo de la lesión de la inducción fue muy corta duración, ya que después de las muy diferentes concentraciones máximas para el control (recuperación pasiva) y la hipoxia grupos (sesiones de hipoxia intermitente durante la recuperación) después de la lesión de 1 día, había caído hasta el nivel basal de nuevo 3 días después de la lesión. Sin embargo, el grupo de hipoxia + ejercicio (sesiones de hipoxia intermitente seguido de ejercicio ligero durante la recuperación) tenía un perfil distinto con su pico lento aumento de 3 días después de la lesión y luego de descender de nuevo. Sin embargo, este perfil sólo fue significativa para las mediciones de CK-MM, mientras que la mioglobina no mostró ningún cambio significativo después de una lesión. Es evidente que las condiciones de hipoxia de ejercicio causan diferentes reacciones fisiológicas a la lesión. Sin embargo, el nivel de la lesión tendría que ser mayor con el fin de obtener un patrón más significativa y para ser capaz de interpretar si el patrón está reflejando efectos potencialmente beneficiosos o no. El análisis de la expresión diferencial de genes también indica que la inducción de lesiones necesario haber sido mayor para lograr la expresión diferencial. Los perfiles de la hipoxia y la hipoxia + ejercicio no son paralelas entre sí, siendo los datos también sugieren que las sesiones de hipoxia podría haber sido más eficaz. Por lo tanto, es difícil dar una conclusión general a la que la hipoxia o hipoxia + ejercicio facilitan la regeneración lesión a un grado superior. El hecho cierto es que hay factores éticos y humanos que necesitan ser respetado, pero limitan el margen de cómo la lesión de la inducción puede llevarse a cabo en la forma en que se llevó a cabo en este estudio.

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Tesis Doctorals - Departament - Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia

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The Effect of intermittent hypobaric hypoxia and exercise on the recovery of induced skeletal muscle damage in trained laboratory rats: performance evaluation, plasma markers and M. Soleus differential gene expression = El efecto de hipoxia hipobárica intermitente y ejercicio de la recuperación del daño muscular esquelético inducido en ratas de laboratorio entrenadas: evaluación de rendimiento, marcadores plasmáticos y expresión génica diferencial del M. Soleus