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Caracterización del estrés oxidativo pulmonar en ejercicio aeróbico prolongado, usando el método de aire exhalado condensado

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

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[spa]  Cada vez son más las personas que practican ejercicio físico de larga duración (>30 minutos) y a altas intensidades. Lo anterior se ve reflejado en el aumento significativo de competencias de carreras urbanas en el mundo. Es reconocido el efecto oxidante e inflamatorio del ejercicio sobre el pulmón, sin embargo aún no existe consenso sobre los niveles de intensidad y duración necesaria para desencadenar ambas reacciones, menos aún, se conocen las consecuencias clínicas que ambas respuestas puedan estar produciendo en el organismo.
Se ha descrito como principal desencadenante de la respuesta oxidativa e inflamatoria inducida por ejercicio a la sequedad del epitelio inducido por  hiperventilación derivada del ejercicio físico. Sin embargo, existen factores capaces de agravar estas respuestas, es el caso de algunos componentes ambientales como el cloro en piscinas, hipoxia o hiperoxia, aire contaminado, etc. Por otro lado, el nivel de entrenamiento, el tipo de ejercicio, el grado de hidratación, entre otros, también pueden afectar el desarrollo de ambas respuestas en el pulmón. 
Esta tesis consta de una primera parte donde se describen los mecanismos  fisiológicos que producen el aumento de los pro-oxidantes y como se relacionan con la respuesta pulmonar inducida por ejercicio. Una segunda parte contiene tres documentos científicos que han sido publicados en revistas de la especialidad, los cuales han permitido llevar a cabo 3 objetivos: i) Dar a conocer la información actualizada sobre los efectos oxidativo e inflamatorios pulmonares inducidos por ejercicio en modelos animales y humanos; ii) caracterizar los efectos del ejercicio de alta intensidad en ambiente externo (no controlado); y iii) caracterizar los efectos de la duración del ejercicio de intensidad baja en ambiente de laboratorio (controlado). 
Para el primer objetivo se llevó a cabo una revisión bibliográfica que abordó los mecanismos implicados en la producción de pro-oxidantes, daño oxidativo e inflamación pulmonar inducidos por ejercicio físico en humanos y animales sanos, incluyendo aspectos tales como niveles de entrenamiento físico, duración e intensidad del ejercicio, efecto agudo y/o crónico, e influencia de condiciones ambientales (frío, altitud y contaminación del aire). Las muestras pulmonares incluyeron fueron: i) homogeneizados de tejido pulmonar, líquido de lavado bronco-alveolar y biopsias (invasivas), esputo inducido (semi-invasiva) y aire exhalado condensado y no condensado (no invasivas). En el documento se destaca la masificación del uso del AEC como una técnica no invasiva y confiable, principalmente en humanos. Para el segundo objetivo se realizó un estudio experimental con sujetos levemente entrenados, los cuales que realizaron ejercicio a alta intensidad en una carrera de 10 kilómetros al aire libre. Aquí se compararon variables oxidativas (peróxido de hidrógeno, nitrito, malondialdehído) e inflamatorias (pH) pulmonares (desde el aire exhalado condensado) y sanguíneas, antes y después del ejercicio. Se observó un aumento de pro-oxidantes pulmonares sin provocar lipoperoxidación, no así en la sangre. Si bien no hubo descenso significativo del pH, sí se observó una tendencia a mayor oxidación. Para el tercer objetivo se estudió la oxidación e inflamación pulmonar inducida por un ejercicio de baja intensidad (~30% VO2max) con diferentes tiempos de duración. Se midieron los pro-oxidantes (peróxido de hidrógeno y nitritos) y pH desde el aire exhalado condensado, antes y después del ejercicio. Se observó una mayor concentración de pro-oxidantes pulmonares  a mayor tiempo de ejercicio, pero no en sangre. La tercera parte contempla una discusión y conclusión general de los resultados, abarcando todos los aspectos revisados en los tres documentos, entregando una visión determinante sobre ambos fenómenos inducidos por ejercicio, además se presentan algunas proyecciones para encaminar al lector a futuras líneas de investigación en este tema.

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[eng] Although the oxidative and inflammatory effects induced by exercise in the lungs are well established, there is no consensus in the intensity and duration of the exercise necessary to trigger both reactions. Epithelial dryness induced by hyperventilation during exercise is the main cause of oxidative and inflammatory response in the lungs. However, many other factors are capable of aggravating these responses (chlorine in swimming pools, hypoxia or hyperoxia, polluted air). The first part of this thesis describes the physiological mechanisms that increase pro-oxidants and how these mechanisms are related to oxidative and inflammatory effects of the exercise in the lungs. The second part includes three manuscripts, and three purposes as follows: i) To provide up to date information on the oxidative and inflammatory effects induced by exercise in animal and human models; ii) To characterize the effects of high intensity exercise on an external environment (not controlled), and (iii) to characterize the effects of the duration of the exercise at low intensity in a laboratory environment (controlled). For the first purpose, a bibliographic review was developed addressing the mechanisms involved in the production of pro-oxidants and pulmonary inflammation induced by physical exercise in healthy humans and animals. Levels of physical training, type of the samples, duration and intensity of exercise, acute and/or chronic effects, and the influence of environmental conditions (cold, altitude and air pollution) were measured. For the second purpose, an experimental study was performed in slightly trained subjects, who performed high-intensity exercise in a 10-kilometer outdoor race. An increase in pulmonary pro-oxidants was observed with no lipid peroxidation. For the third purpose, also slightly trained subjects, performed exercise at low intensity and different duration times (10, 30 and 90 minutes). A higher concentration of pulmonary pro-oxidants was observed for a longer time of exercise (90 minutes). The third part includes a general discussion and conclusion of the results of the three manuscripts, providing a determinant vision over the oxidative and inflammatory effects induced by exercise. In addition, some projections are presented.

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

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Caracterización del estrés oxidativo pulmonar en ejercicio aeróbico prolongado, usando el método de aire exhalado condensado