Protocolo de Treinamento Intervalado de Alta Intensidade Acumulado: Uma Nova Abordagem para Estudar Marcadores de Saúde em Ratos Wistar

Resumo

Aqui, apresentamos protocolos de treinamento intervalado de alta intensidade (HIIT) acumulados, que podem ser uma estratégia mais viável e eficiente em termos de tempo do que os protocolos HIIT tradicionais.

Resumo

O treinamento intervalado de alta intensidade (HIIT) e os exercícios acumulados são dois programas eficientes em termos de tempo para melhorar a saúde em humanos e modelos animais. No entanto, até o momento, não há estudos sobre se o HIIT realizado de forma acumulada é tão eficaz quanto um HIIT tradicional realizado com sessões diárias únicas na melhoria dos marcadores de saúde. Este artigo apresenta os efeitos de um novo protocolo HIIT, denominado HIIT acumulado, sobre o ganho de peso corporal, consumo máximo de oxigênio (VO₂max) e hipertrofia cardíaca em ratos Wistar jovens.

Ratos Wistar machos de sessenta dias de idade foram divididos em três grupos: não treinados (UN; n = 16), HIIT realizado com sessões diárias únicas (1-HIIT; n = 16) e HIIT realizado com três sessões diárias (3-HIIT; n = 16). O peso corporal e a VO₂máx foram registrados antes e após o período de treinamento. As medidas VO₂max foram feitas usando um analisador metabólico na velocidade máxima de corrida (Vmax). O treinamento foi realizado para ambos os grupos HIIT cinco dias por semana durante oito semanas com a mesma progressão semanal da intensidade do exercício (85-100% Vmax). O grupo 1-HIIT realizou sessões diárias únicas (6 sessões de 1 min intercaladas com 1 min de recuperação passiva). O grupo 3-HIIT realizou três sessões diárias (2 sessões de 1 min intercaladas com 1 min de recuperação passiva com intervalo de 4 h entre as lutas). Após o último teste de VO₂max, os ratos foram eutanasiados e seus corações foram colhidos e pesados.

Os resultados mostraram que o 3-HIIT teve efeitos benéficos semelhantes ao 1-HIIT na prevenção do ganho de peso corporal, melhorando o VO₂max e induzindo a hipertrofia cardíaca. Esses achados revelam pela primeira vez a eficácia de um protocolo HIIT acumulado sobre os marcadores de saúde de ratos Wistar jovens. Este novo protocolo HIIT pode ser mais viável do que os protocolos HIIT tradicionais, pois o exercício pode ser dividido em sessões muito curtas ao longo do dia nesta nova abordagem.

Introdução

O sedentarismo é um dos principais fatores de risco para o desenvolvimento de doenças crônicas não transmissíveis¹. No entanto, mesmo com evidências sólidas dos múltiplos efeitos benéficos do exercício na saúde, uma grande parte da população mundial ainda é sedentária ^2,3. O exercício físico regular tem muitos efeitos positivos sobre o^{cardiometabolismo4,5} e a saúde ^{mental6,7,8,9}. Recentemente, diferentes programas de exercícios físicos eficientes em termos de tempo¹⁰, como o HIIT¹¹ e o exercício acumulado¹², têm sido propostos para aumentar a adesão ao exercício físico e melhorar a saúde.

O HIIT é uma abordagem eficiente em termos de tempo, caracterizada por curtos períodos de exercício físico de alta intensidade intercalados com períodos de exercício físico de baixa intensidade (recuperação ativa) ou repouso (recuperação passiva)⁴. Vários estudos têm demonstrado que o HIIT tem efeitos de saúde semelhantes ou até superiores ao tradicional Treinamento Contínuo de Intensidade Moderada (MICT) de longa duração, com a vantagem de maior adesão por seus praticantes ^4,12,13. O exercício acumulado também tem sido proposto como uma modalidade de exercício para aumentar a adesão e melhorar a saúde. Nessa abordagem, os exercícios de intensidade baixa a moderada podem ser divididos em duas ou mais sessões curtas ao longo de um dia (por exemplo, duas ou três sessões de 5 a 10 minutos por dia)¹⁴. Costa Pereira et ^al.14 mostraram que um protocolo de exercício acumulado (três sessões diárias com intervalo de 4 h entre as sessões, 10-20 min/sessão, a 50-60% da capacidade máxima, cinco dias/semana, durante oito semanas) teve maiores efeitos positivos para os marcadores de saúde em ratos Wistar jovens do que um MICT tradicional (o mesmo protocolo de exercício, mas realizado com sessões diárias únicas de 30-60 min).

No entanto, até o momento, os estudos se concentraram nas consequências fisiológicas do exercício acumulado realizado com sessões curtas de intensidade baixa a moderada. Assim, há uma falta de evidências que examinem se o HIIT realizado de forma acumulada (ou seja, com várias sessões curtas de exercícios de alta intensidade ao longo do dia) é tão eficaz quanto um HIIT tradicional realizado com sessões diárias únicas na melhoria dos marcadores fisiológicos de saúde.

Decidimos usar ratos de laboratório controlados para superar armadilhas metodológicas em estudos com indivíduos de vida livre com atividades físicas diárias e consumo alimentar distintos. Além disso, o uso de animais experimentais permite que os pesquisadores realizem análises invasivas (por exemplo, biópsia muscular e cardíaca), que são difíceis ou mesmo impossíveis em estudos em humanos.

Nossa hipótese é que, se os ratos se exercitarem com um protocolo HIIT acumulado (realizado com três sessões diárias curtas), eles podem melhorar a aptidão cardiorrespiratória de forma semelhante aos ratos que se exercitam com um protocolo HIIT tradicional (realizado com sessões diárias únicas). Assim, este estudo teve como objetivo investigar e comparar os efeitos do HIIT realizado com sessões diárias únicas versus o HIIT realizado com três sessões diárias mais curtas no VO₂máx e na hipertrofia cardíaca de ratos Wistar.

Protocolo

Todos os procedimentos utilizados no presente estudo seguiram os "Princípios de Cuidados com Animais de Laboratório" em concordância com as diretrizes ARRIVE e foram aprovados pelo Comitê de Ética e Uso de Animais da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM - protocolo número 031/2016). Consulte a Tabela de Materiais para obter detalhes sobre todos os materiais usados neste protocolo.

1. Desenho experimental

1. Use 48 ratos Wistar machos de 60 dias pesando 250 g, em média.
2. Dividimos aleatoriamente os ratos em três grupos: não treinados (UN; n = 16); HIIT realizado com sessões diárias únicas (1-HIIT; n = 16); e HIIT realizado com três sessões diárias (3-HIIT; n = 16).
3. Alojar os ratos em gaiolas individuais em um ambiente controlado (22-23 °C, 50% de umidade) com um ciclo claro-escuro invertido de 12 h:12 h (luzes acesas às 18:00) com livre acesso a pellets de comida padrão de laboratório e água.
4. Familiarize os ratos com a esteira uma semana antes de iniciar o protocolo de treinamento físico.
5. Pesar os ratos usando uma balança digital eletrônica de precisão 48 h antes e 48 h após o protocolo de treinamento.
6. Realizar o teste VO₂max com os ratos de todos os grupos 48 h antes da inicialização dos protocolos HIIT, ao final da^4ª semana de treinamento (para ajustar a velocidade de corrida) e 48 h após os protocolos HIIT.
7. Eutanasiar os ratos 24 h após o último teste VO₂max por injeção i.p. de heparina 400 UI e remover e pesar os corações e ventrículos esquerdos (ver etapa 5).

2. Familiarização com o equipamento da esteira

1. Defina a inclinação da esteira para 0° (plano).
2. Ligue a esteira.
3. Ajuste o botão da esteira para a velocidade de 6 m/min.
4. Ajuste o interruptor de choque da esteira para 0.25 mA.
5. Segure o animal pela cauda e coloque-o na esteira por 10 minutos às 8:00 da manhã.
6. Repita este procedimento por cinco dias consecutivos.

3. Teste máximo de VO₂

1. Ajustes de software (Figura 1)
   1. Abra o software Metabolismo.
   2. Clique em arquivo para abrir um novo registro.
   3. No parâmetro tipo de gaiolas , selecione Esteira, 1 gaiola e, em tempo de comutação, selecione 2 (min).
   4. No experimento, selecione oximetria | novo.
   5. Pressione para inserir o número de identificação e o peso do animal. Identifique os dados do projeto. Vá para o controlador da esteira e defina os parâmetros de teste.
      1. Iniciar o ensaio com uma velocidade de 5 m/min.
      2. Ajuste o interruptor de choque da esteira para 0.25 mA. Pressione Iniciar.
   6. Clique em aceitar.
   7. Feche a tampa de acrílico da esteira.
   8. Insira os valores de referência do gás de calibração.
      NOTA: Os valores de referência do gás são 0 mmHg (CO₂) e 20 mmHg (O₂). Esses valores são indicados pelo fabricante.
   9. Aguarde 10 min.
2. Teste
   1. Ligue a esteira.
   2. Ajuste o botão da esteira para a velocidade de 3 m/min.
   3. Ajuste o interruptor de choque da esteira para 0.25 mA.
   4. Defina a inclinação da esteira para 0° (plano).
   5. Segure o animal pela cauda e coloque-o na esteira e feche a tampa de acrílico da esteira.
   6. Aumente a velocidade da esteira em 3 m/min a cada 2 min até a exaustão (estabelecida quando o animal toca o fundo da baía cinco vezes em 1 min).
   7. Retire o animal da esteira e coloque-o em sua gaiola.
   8. Registre a velocidade máxima (Vmax) alcançada pelo animal.
      NOTA: Para o cálculo do VO₂máx, o software calcula a diferença entre o O₂ inalado e o CO₂ exalado pelo animal na Vmáx, e o cálculo final é realizado de acordo com o peso corporal individual de cada rato.

4. Protocolos HIIT (Figura 2)

1. Ligue a esteira.
2. Ajuste o botão da esteira para a velocidade de 50% Vmax (aquecimento).
3. Ajuste o interruptor de choque da esteira para 0.25 mA.
4. Defina a inclinação da esteira para 0° (plano).
5. Segure o animal pela cauda e coloque-o na esteira por 3 min.
6. Retire o animal da esteira e ajuste o botão da esteira para a velocidade correspondente da semana (semana 1: 85% Vmax; semanas 2-3: 90% Vmax; semanas 4-5: 95% Vmax; semanas 6-8: 100% Vmax).
7. Coloque o animal na esteira por 1 min.
   1. Certifique-se de que ambos os grupos HIIT se exercitem 5 dias/semana durante 8 semanas: o grupo 1-HIIT deve realizar sessões diárias únicas de 6 sessões de 1 min intercaladas com 1 min de recuperação passiva, e o grupo 3-HIIT deve realizar três sessões diárias mais curtas de 2 sessões de 1 min intercaladas com 1 min de recuperação passiva com um intervalo de 4 h entre as séries.
   2. Para o grupo 3-HIIT, realize as sessões de treinamento às 8h00, 12h00 e 4h00.
   3. Divida o grupo 1-HIIT em três grupos que iniciam as sessões de treinamento na mesma hora (ou seja, 8h00, 12h00 e 4h00) que o grupo 3-HIIT para eliminar qualquer possível efeito circadiano nas adaptações do treinamento físico.
   4. Certifique-se de que o grupo UN seja colocado na esteira um dia por semana durante 10 minutos a uma velocidade de 10 m/min na mesma sala onde os grupos HIIT estão se exercitando.
8. Retire o animal da esteira e coloque-o em sua gaiola por 1 min (recuperação passiva).

5. Eutanásia e registro de peso cardíaco

1. Após uma injeção intravenosa de heparina 400 UI, eutanasiar o rato por decapitação com uma guilhotina.
2. Abra cuidadosamente o tórax do rato, retire o coração, lave-o com solução salina, pese-o, separe o ventrículo esquerdo e pese-o.
3. Descarte a carcaça do animal no freezer apropriado.

6. Análise estatística

1. Expresse todos os dados como média ± desvio padrão.
2. Verifique a normalidade dos dados usando o teste de Shapiro-Wilk.
3. Analisar os dados usando ANOVA de uma ou duas vias seguida do teste post-hoc de Tukey; Definir o nível de significância em 5%.

Resultados

A Figura 3 apresenta os efeitos dos protocolos 1-HIIT e 3-HIIT no VO₂max (Figura 3A), peso corporal (Figura 3B) e ingestão alimentar (Figura 3C). Antes dos protocolos de treinamento, todos os grupos apresentaram VO₂máx (UN: 52,19 ± 5,27; 1-HIIT: 48,32 ± 3,92; 3-HIIT: 51,24 ± 5,84 mL de Ø 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 consumo alimentar (UN: 118,26 ± 9,94; 1-HIIT: 116,51 ± 3,86; 3-HIIT: 119,01 ± 9,02 g/dia). Após o período de treinamento, apenas os grupos HIIT apresentaram aumento na VO₂máx (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; pré-treinamento vs. pós-treino}: UN, P = 0,99; 1-HIIT, P = 0,001; 3-HIIT, P = 0,001), confirmando a eficácia dos protocolos de treinamento. Após o período de treinamento, todos os grupos apresentaram aumento do peso corporal; no entanto, quando comparados com a UN, ambos os grupos HIIT apresentaram 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) apesar de ter ingestão alimentar semelhante (UN: 124,34 ± 3,70; 1-HIIT: 122,09 ± 8,68; 3-HIIT: 122,09 ± 5,40 g/dia).

A Figura 4 mostra os efeitos dos protocolos 1 e 3-HIIT na hipertrofia cardíaca. Em comparação com o grupo ONU, ambos os protocolos HIIT induziram hipertrofia cardíaca, conforme demonstrado pelo aumento do 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) e relação ventrículo esquerdo/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 o teste VO₂max. (A) Gravação de um novo experimento. (B) Dados de animais. (C) Calibração de gases. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Diagrama esquemático dos protocolos HIIT. (A) Protocolos 1-HIIT e (B) 3-HIIT. Abreviatura: HIIT = treinamento intervalado de alta intensidade; 1-HIIT = HIIT realizado com sessões diárias únicas; 3-HIIT = HIIT realizado com 3 sessões diárias curtas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Efeitos dos protocolos 1-HIIT e 3-HIIT nos marcadores de saúde. (A) VO₂max, (B) peso corporal e (C) ingestão de alimentos. Os dados são apresentados como média ± DP; n = 16 para cada um dos três grupos. ANOVA de uma ou duas vias seguida do teste de Tukey. Letras diferentes indicam diferenças estatísticas. P < 0,05. Abreviaturas: HIIT = treinamento intervalado de alta intensidade; VO₂máx = consumo máximo de oxigênio; pre-tr = Pré-treino; pós-tr = Pós-treino; ONU = não treinado; 1-HIIT = HIIT realizado com sessões diárias únicas; 3-HIIT = HIIT realizado com 3 sessões diárias curtas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Efeitos dos protocolos 1 e 3-HIIT na hipertrofia cardíaca. (A) Relação coração/peso corporal; (B) relação ventrículo esquerdo/peso corporal. Os dados são apresentados como média ± DP; n = 16 para cada um dos três grupos. ANOVA de uma ou duas vias seguida do teste de Tukey. Letras diferentes indicam diferenças estatísticas. P < 0,05. Abreviaturas: HIIT = treinamento intervalado de alta intensidade; ONU = não treinado; 1-HIIT = HIIT realizado com sessões diárias únicas; 3-HIIT = HIIT realizado com 3 sessões diárias curtas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussão

Este artigo destaca a eficácia de um protocolo HIIT acumulado para ratos pela primeira vez. O protocolo HIIT acumulado foi tão eficiente quanto um protocolo HIIT tradicional realizado com sessões diárias únicas na prevenção do ganho de peso, melhorando o VO₂max e induzindo hipertrofia cardíaca em ratos Wistar machos jovens. A melhora na VO₂máx e o desenvolvimento de hipertrofia cardíaca são as adaptações mais conhecidas ao treinamento físico aeróbio e são importantes biomarcadores de saúde¹⁷.

Costa-Pereira et ^al.14 , utilizando um protocolo MICT com ratos Wistar da mesma idade dos utilizados no presente estudo, verificaram ainda que um protocolo de exercício acumulado (três sessões diárias com intervalo de 4 h entre as sessões, 10-20 min/sessão, a 50-60% da capacidade máxima, cinco dias/semana ao longo de oito semanas) foi tão eficiente quanto o protocolo de exercício realizado com sessões diárias únicas (sessões diárias únicas, 30-60 min/sessão, a 50-60% da capacidade máxima, cinco dias/semana durante oito semanas) na prevenção do ganho de peso e na indução da hipertrofia cardíaca¹⁴. Costa-Pereira et al. encontraram uma diminuição de 5,12 e 9,85% na massa corporal e um aumento de 16,22 e 18,61% na relação coração/peso corporal nos grupos MICT acumulado e de sessões diárias únicas, respectivamente, em comparação com o grupo controle não treinado.

Aqui, encontramos resultados superiores usando o HIIT. Os grupos 1-HIIT e 3-HIIT apresentaram uma diminuição de 9,12 e 11,10% na massa corporal, um aumento de 35,51 e 35,19% no VO₂máx, e um aumento de 34,26 e 39,55% na relação coração/peso corporal, respectivamente, em comparação com o grupo não treinado. Alguns estudos demonstraram que os protocolos HIIT tradicionais são superiores aos protocolos MICT no aumento do volume de hemácias, débito cardíaco máximo (principalmente por ejeção cardíaca e/ou contratilidade) e densidade mitocondrial do músculo esquelético¹⁸. Essas adaptações fisiológicas parecem explicar a superioridade dos protocolos HIIT tradicionais (em comparação com os protocolos MICT) no aumento da capacidade aeróbica e na indução de hipertrofia cardíaca fisiológica. Os resultados do presente estudo e do estudo de Costa Periera et ^al.14 indicam que essa superioridade do HIIT vs. MICT pode ser observada quando essas modalidades são realizadas com sessões curtas de exercício ao longo do dia.

A força mais importante deste protocolo HIIT acumulado é que suas sessões duram apenas 5 minutos, três vezes por dia. Outros pontos fortes são a facilidade de ajustes na esteira e o manuseio dos animais. Uma vez obtida a velocidade máxima do teste VO₂max, a esteira é ajustada em uma inclinação plana. A velocidade é a mesma para cada sessão de acordo com a intensidade prescrita para aquela semana específica de treinamento. Outro aspecto positivo é que, durante todas as sessões de treinamento, as sessões têm o mesmo número e duração: 6 sessões de 1 min intercaladas com 1 min de recuperação passiva realizadas em sessões diárias únicas para o grupo 1-HIIT; e 2 sessões de 1 min intercaladas com 1 min de recuperação passiva realizada três vezes ao dia com um intervalo de 4 h entre as sessões para o grupo 3-HIIT. Por fim, a escolha da recuperação passiva é outra facilidade, pois, após o término de cada luta, o pesquisador retira o animal da esteira e o coloca em sua gaiola até o início da próxima luta. Assim, após a esteira, os ajustes são definidos no início de cada sessão de exercícios, e nenhum ajuste adicional é necessário durante toda a sessão de exercícios.

O presente estudo também apresenta algumas limitações. Nem todos os laboratórios possuem um analisador de gás para medir o consumo máximo de oxigênio. No entanto, essa limitação pode ser superada com o uso de protocolos de capacidade física máxima que não utilizam esteiras metabólicas para determinar o VO₂máx para prescrição de intensidade de exercício, incluindo um protocolo HIIT publicado anteriormente¹⁹. Outra limitação é que, em comparação com protocolos que utilizam exercícios contínuos de intensidade baixa a moderada, os animais apresentam mais dificuldade em manter a velocidade de corrida porque ela já é alta no início de cada sessão. Assim, o uso de choque pode ser maior nesse protocolo acumulado do que em um protocolo MICT. Isso requer mais atenção do pesquisador, pois é inadequado realizar uma sessão de exercícios com cinco ou mais ratos simultaneamente.

Finalmente, este protocolo de exercício físico foi projetado para ratos Wistar jovens saudáveis; Estudos futuros devem testar esse protocolo usando ratos de diferentes idades e condições de saúde. Além disso, embora uma caracterização completa das adaptações fisiológicas ao protocolo HIIT acumulado esteja além do escopo do presente estudo, ela merece investigação futura. Em conjunto, esses achados revelam, pela primeira vez, os efeitos de um protocolo HIIT acumulado nas adaptações fisiológicas ao treinamento físico em ratos Wistar jovens. Este novo protocolo HIIT pode ser uma estratégia mais viável do que os protocolos HIIT tradicionais, pois, nesta nova abordagem, o exercício pode ser dividido em sessões muito curtas ao longo do dia.

Materiais

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