Protocolo de entrenamiento de intervalos de alta intensidad acumulada: un nuevo enfoque para estudiar los marcadores de salud en ratas Wistar

Resumen

Aquí, presentamos protocolos de entrenamiento acumulado de intervalos de alta intensidad (HIIT), que pueden ser una estrategia más factible y eficiente en el tiempo que los protocolos HIIT tradicionales.

Resumen

El entrenamiento en intervalos de alta intensidad (HIIT) y los ejercicios acumulados son dos programas eficientes en el tiempo para mejorar la salud en humanos y modelos animales. Sin embargo, hasta la fecha, no hay estudios sobre si el HIIT realizado de manera acumulada es tan efectivo como un HIIT tradicional realizado con sesiones diarias individuales para mejorar los marcadores de salud. Este artículo presenta los efectos de un nuevo protocolo de HIIT, llamado HIIT acumulado, sobre el aumento de peso corporal, el consumo máximo de oxígeno (VO₂max) y la hipertrofia cardíaca en ratas Wistar jóvenes.

Las ratas Wistar macho de sesenta días de edad fueron asignadas a tres grupos: no entrenadas (UN; n = 16), HIIT realizado con sesiones diarias únicas (1-HIIT; n = 16) y HIIT realizado con tres sesiones diarias (3-HIIT; n = 16). Se registraron el peso corporal y el VO₂max antes y después del período de entrenamiento. Las mediciones de VO₂max se tomaron utilizando un analizador metabólico a la velocidad máxima de carrera (Vmax). El entrenamiento se realizó para ambos grupos de HIIT cinco días a la semana durante ocho semanas con la misma progresión semanal de la intensidad del ejercicio (85-100% Vmax). El grupo 1-HIIT realizó sesiones diarias individuales (6 episodios de 1 minuto intercalados con 1 minuto de recuperación pasiva). El grupo 3-HIIT realizó tres sesiones diarias (2 sesiones de 1 min intercaladas con 1 min de recuperación pasiva con un intervalo de 4 h entre sesiones). Después de la última prueba VO₂max, las ratas fueron sacrificadas y sus corazones fueron extraídos y pesados.

Los resultados mostraron que el 3-HIIT tenía efectos beneficiosos similares al 1-HIIT en la prevención del aumento de peso corporal, la mejora del VO₂max y la inducción de la hipertrofia cardíaca. Estos hallazgos revelan por primera vez la eficacia de un protocolo HIIT acumulado sobre los marcadores de salud de ratas Wistar jóvenes. Este nuevo protocolo HIIT puede ser más factible que los protocolos HIIT tradicionales, ya que el ejercicio se puede dividir en sesiones muy cortas a lo largo de un día en este nuevo enfoque.

Introducción

El sedentarismo es uno de los principales factores de riesgo para el desarrollo de enfermedades crónicas no transmisibles¹. Sin embargo, incluso con pruebas sólidas de los múltiples efectos beneficiosos del ejercicio sobre la salud, una gran parte de la población mundial sigue siendo sedentaria ^2,3. El ejercicio físico regular tiene muchos efectos positivos sobre la salud cardiometabólica ^4,5 y mental ^6,7,8,9. Recientemente, se han propuesto diferentes programas de ejercicio físico eficientes en el tiempo¹⁰, como el HIIT¹¹ y el ejercicio acumulado¹², para aumentar la adherencia al ejercicio físico y mejorar la salud.

El HIIT es un enfoque eficiente en el tiempo que se caracteriza por períodos cortos de ejercicio físico de alta intensidad intercalados con períodos de ejercicio físico de baja intensidad (recuperación activa) o de descanso (recuperación pasiva)⁴. Varios estudios han demostrado que el HIIT tiene efectos sobre la salud similares o incluso superiores al tradicional Entrenamiento Continuo de Intensidad Moderada (MICT) de larga duración, con la ventaja de una mayor adherencia por parte de sus practicantes ^4,12,13. El ejercicio acumulado también se ha propuesto como una modalidad de ejercicio para aumentar la adherencia y mejorar la salud. En este enfoque, los ejercicios de intensidad baja a moderada se pueden dividir en dos o más sesiones cortas durante un día (por ejemplo, dos o tres sesiones de 5 a 10 minutos al día)¹⁴. Costa Pereira et ^al.14 demostraron que un protocolo de ejercicio acumulado (tres sesiones diarias con un intervalo de 4 h entre sesiones, 10-20 min/sesión, al 50-60% de la capacidad máxima, cinco días/semana, durante ocho semanas) tenía mayores efectos positivos para los marcadores de salud en ratas Wistar jóvenes que un MICT tradicional (el mismo protocolo de ejercicio pero realizado con sesiones diarias individuales de 30-60 min).

Sin embargo, hasta la fecha, los estudios se han centrado en las consecuencias fisiológicas del ejercicio acumulado realizado con episodios cortos de intensidad baja a moderada. Por lo tanto, hay una falta de evidencia que examine si el HIIT realizado de manera acumulada (es decir, con múltiples episodios cortos de ejercicio de alta intensidad a lo largo del día) es tan efectivo como un HIIT tradicional realizado con sesiones diarias individuales para mejorar los marcadores fisiológicos de la salud.

Decidimos utilizar ratas de laboratorio controladas para superar los escollos metodológicos en estudios con individuos de vida libre con distintas actividades físicas diarias e ingesta de alimentos. Además, el uso de animales de experimentación permite a los investigadores realizar análisis invasivos (por ejemplo, biopsias musculares y cardíacas), que son difíciles o incluso imposibles en estudios en humanos.

Planteamos la hipótesis de que si las ratas hacen ejercicio con un protocolo HIIT acumulado (realizado con tres sesiones diarias cortas), podrían mejorar la aptitud cardiorrespiratoria de manera similar a las ratas que hacen ejercicio con un protocolo HIIT tradicional (realizado con sesiones diarias únicas). Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo investigar y comparar los efectos del HIIT realizado con sesiones diarias únicas frente al HIIT realizado con tres sesiones diarias más cortas en VO₂max e hipertrofia cardíaca de ratas Wistar.

Protocolo

Todos los procedimientos utilizados en el presente estudio siguieron los "Principios del Cuidado de los Animales de Laboratorio" de acuerdo con las directrices del ARRIVE y fueron aprobados por el Comité de Ética y Uso de Animales de la Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM número de protocolo 031/2016). Consulte la Tabla de materiales para obtener detalles sobre todos los materiales utilizados en este protocolo.

1. Diseño experimental

1. Utilice 48 ratas Wistar macho de 60 días de edad con un peso promedio de 250 g.
2. Divida aleatoriamente las ratas en tres grupos: no entrenadas (UN; n = 16); HIIT realizado con sesiones diarias individuales (1-HIIT; n = 16); y HIIT realizado con tres sesiones diarias (3-HIIT; n = 16).
3. Aloje las ratas en jaulas individuales en un ambiente controlado (22-23 °C, 50% de humedad) con un ciclo de luz-oscuridad invertido de 12 h:12 h (las luces se encienden a las 6:00 p.m.) con libre acceso a gránulos de comida estándar de laboratorio y agua.
4. Familiarice a las ratas con la cinta de correr una semana antes de iniciar el protocolo de entrenamiento con ejercicios.
5. Pesar las ratas con una báscula digital electrónica de precisión 48 h antes y 48 h después del protocolo de entrenamiento.
6. Realizar el test VO₂max con las ratas de todos los grupos 48 h antes de la inicialización de los protocolos HIIT, al final de la^4ª semana de entrenamiento (para ajustar la velocidad de carrera), y 48 h después de los protocolos HIIT.
7. Sacrificar a las ratas 24 horas después de la última prueba VO₂max mediante una inyección i.p. de heparina de 400 U.I., y extraer y pesar el corazón y los ventrículos izquierdos (ver paso 5).

2. Familiarización con el equipo de la cinta de correr

1. Ajuste la inclinación de la cinta de correr a 0° (plana).
2. Encienda la caminadora.
3. Ajuste el pomo de la cinta de correr a la velocidad de 6 m/min.
4. Ajuste el interruptor de choque de la cinta de correr a 0,25 mA.
5. Sostenga al animal por la cola y colóquelo en la caminadora durante 10 minutos a las 8:00 a.m.
6. Repita este procedimiento durante cinco días consecutivos.

3. Prueba VO₂max

1. Ajustes de software (Figura 1)
   1. Abra el software Metabolismo.
   2. Haga clic en archivo para abrir un nuevo registro.
   3. En el parámetro tipo de jaulas , seleccione Cinta de correr, 1 jaula y, en Tiempo de conmutación, seleccione 2 (min).
   4. En el experimento, seleccione oximetría | nuevo.
   5. Pulse sobre para introducir el número de identificación y el peso del animal. Identifique los datos del proyecto. Vaya al controlador de la cinta de correr y configure los parámetros de la prueba.
      1. Inicie la prueba con una velocidad de 5 m/min.
      2. Ajuste el interruptor de choque de la cinta de correr a 0,25 mA. Presione inicio.
   6. Haga clic en aceptar.
   7. Cierre la cubierta acrílica de la caminadora.
   8. Introduzca los valores de referencia del gas de calibración.
      NOTA: Los valores de referencia del gas son 0 mmHg (CO₂) y 20 mmHg (O₂). Estos valores son indicados por el fabricante.
   9. Espere 10 min.
2. Prueba
   1. Encienda la caminadora.
   2. Ajuste el pomo de la cinta de correr a la velocidad de 3 m/min.
   3. Ajuste el interruptor de choque de la cinta de correr a 0,25 mA.
   4. Ajuste la inclinación de la cinta de correr a 0° (plana).
   5. Sujete al animal por la cola y colóquelo en la cinta de correr y cierre la cubierta acrílica de la cinta de correr.
   6. Aumente la velocidad de la cinta de correr en 3 m/min cada 2 min hasta el agotamiento (establecido cuando el animal toca el fondo de la bahía cinco veces en 1 min).
   7. Retire al animal de la cinta de correr y colóquelo en su jaula.
   8. Registre la velocidad máxima (Vmax) alcanzada por el animal.
      NOTA: Para el cálculo del VO₂max, el software calcula la diferencia entre el_O2 inhalado y el CO₂ exhalado por el animal en el Vmax, y el cálculo final se realiza de acuerdo con el peso corporal individual de cada rata.

4. Protocolos HIIT (Figura 2)

1. Encienda la caminadora.
2. Ajuste la perilla de la cinta de correr a la velocidad del 50% Vmax (calentamiento).
3. Ajuste el interruptor de choque de la cinta de correr a 0,25 mA.
4. Ajuste la inclinación de la cinta de correr a 0° (plana).
5. Sostenga al animal por la cola y colóquelo en la cinta de correr durante 3 minutos.
6. Retire al animal de la cinta de correr y ajuste la perilla de la cinta de correr a la velocidad correspondiente de la semana (semana 1: 85% Vmax; semanas 2-3: 90% Vmax; semanas 4-5: 95% Vmax; semanas 6-8: 100% Vmax).
7. Coloque al animal en la cinta de correr durante 1 min.
   1. Asegúrese de que ambos grupos de HIIT hagan ejercicio 5 días a la semana durante 8 semanas: el grupo 1-HIIT debe realizar sesiones diarias únicas de 6 episodios de 1 minuto intercalados con 1 minuto de recuperación pasiva, y el grupo 3-HIIT debe realizar tres sesiones diarias más cortas de 2 episodios de 1 minuto intercalados con 1 minuto de recuperación pasiva con un intervalo de 4 horas entre los combates.
   2. Para el grupo de 3-HIIT, realice las sesiones de entrenamiento a las 8:00 a.m., 12:00 p.m. y 4:00 p.m.
   3. Divida el grupo 1-HIIT en tres grupos que comiencen las sesiones de entrenamiento a la misma hora (es decir, 8:00 a.m., 12:00 p.m. y 4:00 p.m.) que el grupo 3-HIIT para eliminar cualquier posible efecto circadiano en las adaptaciones del entrenamiento físico.
   4. Asegúrese de que el grupo UN se coloque en la cinta de correr un día a la semana durante 10 minutos a una velocidad de 10 m/min en la misma habitación donde los grupos HIIT están haciendo ejercicio.
8. Retire al animal de la cinta de correr y colóquelo en su jaula durante 1 min (recuperación pasiva).

5. Eutanasia y registro de peso cardíaco

1. Después de una inyección i.p. de 400 U.I. de heparina, eutanasia a la rata por decapitación con una guillotina.
2. Abrir cuidadosamente el tórax de la rata, extraer el corazón, lavarlo con solución salina, pesarlo, separar el ventrículo izquierdo y pesarlo.
3. Deseche el cadáver del animal en el congelador adecuado.

6. Análisis estadístico

1. Expresa todos los datos como media ± desviación estándar.
2. Comprobar la normalidad de los datos mediante el test de Shapiro-Wilk.
3. Analice los datos utilizando ANOVA de uno o dos factores seguido de la prueba post-hoc de Tukey; Establezca el nivel de significación en 5%.

Resultados

La Figura 3 presenta los efectos de los protocolos 1-HIIT y 3-HIIT en VO₂max (Figura 3A), el peso corporal (Figura 3B) y la ingesta de alimentos (Figura 3C). Antes de los protocolos de entrenamiento, todos los grupos presentaban VO₂max (UN: 52,19 ± 5,27; 1-HIIT: 48,32 ± 3,92; 3-HIIT: 51,24 ± 5,84 mL de O 2.kg-1. ^min-1) peso corporal (UN: 242,62 ± 15,89; 1-HIIT: 259,06 ± 13,90; 3-HIIT: 251,43 ± 13,84 g) e ingesta de alimentos (UN: 118,26 ± 9,94; 1-HIIT: 116,51 ± 3,86; 3-HIIT: 119,01 ± 9,02 g/día). Después del período de entrenamiento, solo los grupos de HIIT presentaron un aumento en el VO₂max (UN: 49,73 ± 3,13; 1-HIIT: 67,39 ± 4,22; 3-HIIT: 67,23 ± 2,86 mL de O 2.kg-1. ^min-1; preentrenamiento vs. postentrenamiento: UN, P = 0,99; 1-HIIT, P = 0,001; 3-HIIT, P = 0,001), confirmando la efectividad de los protocolos de entrenamiento. Después del período de entrenamiento, todos los grupos mostraron un aumento en el peso corporal; sin embargo, cuando se comparó con la UN, ambos grupos de HIIT presentaron un menor peso corporal (UN: 384,37 ± 27,25; 1-HIIT: 349,31 ± 14,49; 3-HIIT: 341,68 ± 23,78 g; UN vs. 1-HIIT, P = 0,022; UN vs. 3-HIIT, P = 0,001) a pesar de tener una ingesta de alimentos similar (UN: 124,34 ± 3,70; 1-HIIT: 122,09 ± 8,68; 3-HIIT: 122,09 ± 5,40 g/día).

En la figura 4 se muestran los efectos de los protocolos 1 y 3-HIIT sobre la hipertrofia cardíaca. En comparación con el grupo de la ONU, ambos protocolos de HIIT indujeron hipertrofia cardíaca, como lo demuestra el aumento del peso cardíaco/corporal (UN: 3,59 ± 0,24 vs. 1-HIIT: 4,82 ± 0,34 vs. 3-HIIT: 5,01 ± 0,50 mg/g; Figura 4A; UN vs. 1-HIIT, P = 0,001; UN vs. 3-HIIT, P = 0,001) y la relación ventrículo izquierdo/peso corporal (UN: 1,76 ± 0,22 vs. 1-HIIT: 2,68 ± 0,51 vs. 3-HIIT: 2,85 ± 0,23 mg/g; Figura 4B; UN vs. 1-HIIT, P = 0,001; UN vs. 3-HIIT, P = 0,001).

Figura 1: Ajustes de software para la prueba VO₂max. (A) Grabación de un nuevo experimento. (B) Datos de animales. (C) Calibración de gases. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Diagrama esquemático de los protocolos HIIT. (A) Protocolos 1-HIIT y (B) 3-HIIT. Abreviatura: HIIT = entrenamiento en intervalos de alta intensidad; 1-HIIT = HIIT realizado con sesiones diarias individuales; 3-HIIT = HIIT realizado con 3 sesiones cortas diarias. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Efectos de los protocolos 1-HIIT y 3-HIIT en los marcadores de salud. (A) VO₂máx., (B) peso corporal y (C) ingesta de alimentos. Los datos se presentan como media ± DE; n = 16 para cada uno de los tres grupos. ANOVA de uno o dos factores seguido de la prueba de Tukey. Diferentes letras indican diferencias estadísticas. P < 0,05. Abreviaturas: HIIT = entrenamiento en intervalos de alta intensidad; VO₂max = consumo máximo de oxígeno; pre-tr = Pre-entrenamiento; post-tr = Post-entrenamiento; UN = no entrenado; 1-HIIT = HIIT realizado con sesiones diarias individuales; 3-HIIT = HIIT realizado con 3 sesiones cortas diarias. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Efectos de los protocolos 1 y 3-HIIT en la hipertrofia cardíaca. (A) Relación corazón/peso corporal; (B) Relación ventrículo izquierdo/peso corporal. Los datos se presentan como media ± DE; n = 16 para cada uno de los tres grupos. ANOVA de uno o dos factores seguido de la prueba de Tukey. Diferentes letras indican diferencias estadísticas. P < 0,05. Abreviaturas: HIIT = entrenamiento en intervalos de alta intensidad; UN = no entrenado; 1-HIIT = HIIT realizado con sesiones diarias individuales; 3-HIIT = HIIT realizado con 3 sesiones cortas diarias. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discusión

Este artículo destaca por primera vez la eficacia de un protocolo HIIT acumulado para ratas. El protocolo HIIT acumulado fue tan eficiente como un protocolo HIIT tradicional realizado con sesiones diarias individuales para prevenir el aumento de peso, mejorar el VO₂max e inducir la hipertrofia cardíaca en ratas Wistar macho jóvenes. La mejora en el VO₂max y el desarrollo de hipertrofia cardíaca son las adaptaciones más conocidas al entrenamiento con ejercicio aeróbico y son importantes biomarcadores de salud¹⁷.

Utilizando un protocolo MICT con ratas Wistar de la misma edad que los utilizados en el presente estudio, Costa-Pereira et ^al.14 también encontraron que un protocolo de ejercicio acumulado (tres sesiones diarias con un intervalo de 4 h entre sesiones, 10-20 min/sesión, al 50-60% de la capacidad máxima, cinco días/semana durante ocho semanas) era tan eficiente como el protocolo de ejercicio realizado con sesiones diarias individuales (sesiones diarias únicas, 30-60 min/sesión, al 50-60% de su capacidad máxima, cinco días/semana durante ocho semanas) para prevenir el aumento de peso e inducir la hipertrofia cardíaca¹⁴. Costa-Pereira et al. encontraron una disminución del 5,12 y 9,85% en la masa corporal y un aumento del 16,22 y 18,61% en la relación peso/corazón en los grupos de MICT acumuladas y de sesiones diarias únicas, respectivamente, en comparación con el grupo de control no entrenado.

Aquí, encontramos resultados superiores usando HIIT. Los grupos 1-HIIT y 3-HIIT presentaron una disminución de 9,12 y 11,10% en la masa corporal, un aumento de 35,51 y 35,19% en VO₂max, y un aumento de 34,26 y 39,55% en la relación corazón/peso corporal, respectivamente, en comparación con el grupo no entrenado. Algunos estudios han demostrado que los protocolos tradicionales de HIIT son superiores a los protocolos MICT en el aumento del volumen de glóbulos rojos, el gasto cardíaco máximo (principalmente a través de la eyección y/o contractilidad cardíaca) y la densidad mitocondrial del músculo esquelético¹⁸. Estas adaptaciones fisiológicas parecen explicar la superioridad de los protocolos HIIT tradicionales (en comparación con los protocolos MICT) en el aumento de la capacidad aeróbica y la inducción de hipertrofia cardíaca fisiológica. Los resultados del presente estudio y del estudio de Costa Periera et ^al.14 indican que esta superioridad del HIIT frente al MICT se puede observar cuando estas modalidades se realizan con sesiones cortas de ejercicio a lo largo de un día.

La fortaleza más importante de este protocolo HIIT acumulado es que sus sesiones duran solo 5 min, tres veces al día. Otras fortalezas son la facilidad de ajuste de la cinta de correr y el manejo de los animales. Una vez que se obtiene la velocidad máxima de la prueba VO₂max, la cinta de correr se coloca en una inclinación plana. La velocidad es la misma para cada combate de acuerdo con la intensidad prescrita para esa semana específica de entrenamiento. Otro aspecto positivo es que, durante todas las sesiones de entrenamiento, los combates tienen el mismo número y duración: 6 combates de 1 min intercalados con 1 min de recuperación pasiva realizados en sesiones diarias individuales para el grupo 1-HIIT; y 2 sesiones de 1 minuto intercaladas con 1 minuto de recuperación pasiva realizada tres veces al día con un intervalo de 4 h entre sesiones para el grupo de 3-HIIT. Por último, la elección de la recuperación pasiva es otra facilidad ya que, una vez finalizado cada combate, el investigador retira al animal de la cinta de correr y lo coloca en su jaula hasta el inicio del siguiente combate. Por lo tanto, después de la cinta de correr, los ajustes se establecen al comienzo de cada sesión de ejercicio, y no son necesarios ajustes adicionales durante toda la sesión de ejercicio.

El presente estudio también tiene algunas limitaciones. No todos los laboratorios disponen de un analizador de gases para medir el consumo máximo de oxígeno. Sin embargo, esta limitación puede superarse mediante el uso de protocolos de capacidad física máxima que no utilicen cintas de correr metabólicas para determinar el VO₂max para la prescripción de la intensidad del ejercicio, incluido un protocolo HIIT publicado anteriormente¹⁹. Otra limitación es que, en comparación con los protocolos que utilizan ejercicio continuo de intensidad baja a moderada, los animales presentan más dificultad para mantener la velocidad de carrera porque ya es alta al comienzo de cada combate. Por lo tanto, el uso de choque puede ser mayor en este protocolo acumulado que en un protocolo MICT. Esto requiere más atención por parte del investigador, ya que es inapropiado realizar una sesión de ejercicio con cinco o más ratas simultáneamente.

Finalmente, este protocolo de ejercicio físico fue diseñado para ratas Wistar jóvenes sanas; Estudios futuros deben probar este protocolo utilizando ratas de diferentes edades y condiciones de salud. Por otra parte, aunque una caracterización completa de las adaptaciones fisiológicas al protocolo HIIT acumulado está más allá del alcance del presente estudio, amerita una investigación futura. Tomados en conjunto, estos hallazgos revelan, por primera vez, los efectos de un protocolo HIIT acumulado en las adaptaciones fisiológicas al entrenamiento con ejercicio en ratas Wistar jóvenes. Este nuevo protocolo HIIT puede ser una estrategia más factible que los protocolos HIIT tradicionales, ya que, en este nuevo enfoque, el ejercicio se puede dividir en sesiones muy cortas a lo largo del día.

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
GraphPad Software	GraphPad Prism 7.0: version 7.00 for Mac OS X, GraphPad Software, San Diego, CA, USA	N/A	Statistical program
Metabolic analyzer	Oxyleptro, Harvard Apparatus, Spain	N/A	Metabolic analyzer
Rats	Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri	N/A	32 male Wistar rats
Treadmill	Insight	N/A	Treadmill
Weighing scale			precision electronic digital weighing scale to weigh rats