Chapitre 1 : Profil social

Animais

Foram utilizados 20 ratos albinos da linhagem Wistar (Rattus Norvegicus), machos, mantidos em gaiolas plásticas coletivas (seis animais/gaiola) em condição controlada de temperatura (23  1C) e fotoperíodo invertido (luz/escuridão) de 12 h.

Os procedimentos realizados para manejo e cuidado dos animais estão de acordo com as normas do National Institute of Health Guide for Care and Use of Laboratory Animal e foram aprovados pela comissão de Ética em Experimentação Animal do Centro de Ciências Biológicas – UFPE

Treinamento Físico

Ao atingirem a idade de 90 dias (peso de 350 a 400g) os animais foram distribuídos aleatoriamente em dois grupos: Grupo Controle – GC (n=11) e o Grupo Treinado– GT (n=09), que foi submetido ao treinamento físico moderado contínuo em tapete ergométrico (Esteira motorizada EP131 Insight). Utilizando-

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se uma adaptação do protocolo de Leandro et al (LEANDRO et al., 2007) (treino 1 vez ao dia, 5 dias por semana durante 8 semanas com intensidade aproximada de 70% do VO2max). Na primeira semana (semana de adaptação) duração de 10 min/dia e velocidade máxima de 5m/min. Nas 7 semanas seguintes foi acrescentado tempo e intensidade até atingir a velocidade máxima de 13 m/min e tempo máximo de 60 min. Cada sessão de treinamento, a partir da segunda semana, foi dividida em quatro estágios progressivos: (a) período de aquecimento (3 a 5 minutos); (b) zona intermediária (14 a 20 minutos), (c) zona de treinamento (10 a 30 minutos), e (d) de esfriamento período (3 a 5 minutos). Durante o período de treinamento, os animais do grupo controle permaneceram em suas respectivas gaiolas.

Preparação do Tecido

Após o término do treinamento os animais dos dois grupos foram anestesiados com solução de Xilazina (Rompum® - Bayer) (10mg/Kg) e Cloridrato de Ketamina (Ketalar®) (25mg/kg), 0,10 ml para cada 100g de peso e realizada uma incisão na pele da região posterior da pata esquerda para desinserção dos tendões do calcâneo em suas origens e inserções. Após a coleta o tendão de foi recoberto com gaze umedecida com solução salina 9% e encaminhado para análise do ensaio mecânico convencional.

Ensaio Mecânico

Para o ensaio mecânico o tendão foi alojado a um conector de metal (2,5 x 3,5 cm) para cada extremidade e fixado em uma máquina de ensaio mecânico convencional (EMIC, modelo DL 500, Brasil) através de garras auto

travantes por efeito de alavanca (Figura 1). Os tendões foram tracionados até o ponto de fracasso do espécime, em velocidade de 0,1 mm/s, com célula de carga de 500 N. Os parâmetros avaliados foram: Módulo Elástico (MPa), Tensão Força Máxima (MPa), Deformação Específica Força Máxima (mm), Energia/Área (N.mm/mm2), Força/largura na força máxima (N/mm) e Área de secção transversa (mm2).

A área de secção transversa (AST) para o ensaio mecânico convencional foi estimada de acordo com a fórmula da determinação da área da elipse , sendo o D = é a largura do terço médio do tendão, T = a espessura do terço médio do tendão. Sendo essa forma geométrica mais aproximada da observada nos cortes transversais do tendão (SILVEIRA & NERY, 1999).

Análise estatística

Para descrever as características da amostra foram utilizadas medidas descritivas, tais como: medida de tendência central (média) e dispersão (desvio padrão). Para comparação das médias das variáveis numéricas entre os vários tratamentos empregados foi utilizado o teste T para amostras independentes (Independent-Samples T Test) para comparação entre os dois grupos. Os dados foram analisados no software SPSS (Statistical Package for Social Sciences) e admitido nível de significância de 1%.

RESULTADOS

No dia da coleta do material o peso corporal dos animais foi de 437.4 (16.34) g para o grupo controle e de 443,8 (13,45) g para o grupo induzido ao

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treinamento aeróbico demonstrando não haver diferença do peso corpóreo entre os dois grupos avaliados.

A avaliação das propriedades biomecânicas do tendão do calcâneo demonstrou que o módulo elástico (MPa), a tensão da força máxima (MPa), a deformação específica (%), a deformação da força máxima (mm), a energia/área (N.mm/mm2) e a área de secção transversa (mm2) não apresentaram diferenças entre os animais dos dois grupos avaliados (Figura 2).

DISCUSSÃO

O tendão do calcâneo apresenta uma grande importância funcional na mecânica da locomoção, em especial na corrida (LICHTWARK & BARCLAY, 2010). Todavia, ainda há controvérsias sobre o conhecimento da resposta biomecânica desse tendão quando submetido ao treinamento aeróbico moderado.

Nesse estudo o treinamento de corrida com intensidade moderada, durante 8 semanas não alterou as propriedades mecânicas dos tendões do Calcâneos de ratos quando submetidos ao ensaio mecânico de tração.

O método de análise das propriedades mecânicas do tendão utilizado foi similar aos empregados nos estudos de Almeida-Silveira, Lambertz et al (ALMEIDA-SILVEIRA et al., 2000) e de Reddy, Stehno-Bittel et al (REDDY; STEHNO-BITTEL & ENWEMEKA, 2002). E teve como parâmetro comparar os resultados dos ensaios mecânicos entre os grupos avaliados e não com os valores absolutos apresentados na literatura tendo em vista que as

propriedades mecânicas de tecidos biológicos podem variar de acordo com o tempo de vida e com a espécie de mamífero avaliado.

Diferentemente, estudos que optaram por protocolos de treinamento com período de maior duração demonstraram diferenças nas propriedades mecânicas dos tendões. Viidik (VIIDIK, 1967; VIIDIK; DANIELSON & OXLUND, 1982) observaram adaptação do tendão do tibial posterior, do tendão fibular e do tendão do Calcâneo de coelhos que foram submetidos à corrida com protocolo com duração de 40 semanas, demonstrando um aumento de 10% na rigidez (stiffness) dos tendões do calcâneo e do tibial posterior e aumento de 5% da resistência à tração dos mesmos tendões. No entanto, o estudo não descreve a intensidade do protocolo de corrida aplicado.

E outro estudo aplicando um programa de corrida para suínos (velocidade máxima de 2,2 m/s durante 12 semanas) demonstrou um aumento no stiffness e aumento da força máxima em 62% no tendão dos extensores digitais. No entanto, o treinamento não alterou as propriedades do tendão dos flexores digitais. Todavia, o tendão dos extensores digitais suportou menores cargas ao teste de tração quando comparado ao tendão dos flexores digitais (WOO et al., 1980). Os resultados deste estudo podem ser indicativos que as alterações na capacidade visco-elásticas e aumento das propriedades mecânicas do tendão em resposta ao treinamento aeróbico poderão predispor a dano precocemente quando exposto ao estresse de alta tensão.

Entretanto, semelhante aos resultados desse estudo, a avaliação do tendão patelar de camundongos submetidos ao treinamento aeróbico, em esteira, demonstrou que a força de tração (ponto de fracasso) dos tendões de

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animais treinados durante sete semanas, não diferiu dos animais não corredores (KIISKINEN, 1977).

O tendão pode ser danificado também por um único macro-trauma e/ou uma grande tensão ou por repetições de micro-traumas. Assim, Schechtman e Bader (SCHECHTMAN & BADER, 1997) simularam um padrão, in vitro, de estresse cíclico ao tendão do extensor longo dos dedoscom 20% da tensão de ruptura, e a insuficiência do tendão ocorreu em cerca de 300000 ciclos, o que equivale aproximadamente a quatro meses de caminhada normal. O aumento do número de ciclos pode levar a uma resposta adaptativa que serve como um mecanismo para prevenir os danos associados com as cargas repetidas. Acredita-se que o aumento nas propriedades mecânicas, assim como, o incremento do stiffness permitirá menor extensibilidade do tendão, o que pode resultar em menores danos estruturais.

No entanto, este estudo demonstra que a corrida de intensidade e duração moderados, logo com menor quantidade de ciclos, não promoveu alterações nas propriedades mecânicas, o que pode ser interpretado como a ausência de necessidade de responder ao estresse e a fadiga mecânica do tendão.

Segundo Roberts et al o tendão sofre adaptação nas suas propriedades mecânicas para incrementar o armazenamento de energia elástica e, posteriormente, liberá-la como um mecanismo para maximixar a locomoção com gasto energêtico econômico e menor dano estrutural (ROBERTS et al., 1997).

Contudo, o aumento do armazenamento de energia elástica não dependerá das propriedades mecânicas, visto que, Kubo, Kanehisa et al. (KUBO; KANEHISA & FUKUNAGA, 2002) observaram as propridades mecânicas significativamente mais elevadas no tendão do músculo vasto lateral de corredores fundistas em relação aos não corredores. No entanto, durante os movimentos de salto, o mesmo estudo revelou menor potencial de armazenamento de energia elástica nos corredores.

O aumento das propriedades mecânicas do tendão exposto ao treinamento aeróbico de longa duração e alta intensidade não está associado com a exigência de suportar maior carga, mas representa um mecanismo de resistência do tendão ao dano proveniente da fadiga mecânica (SIMONSEN; KLITGAARD & BOJSEN-MOLLER, 1995).

CONCLUSÃO

O treinamento aeróbico de intensidade moderada em ratos não causa alterações nas propriedades biomecânicas do tendão de calcâneo, desta forma, parece não representar risco podendo ser eficaz por não levar o tendão do Calcâneo ao estresse e a fadiga mecânica.

FINANCIAMENTO

O Sr. Oliveira foi apoiado pela CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior). O estudo foi desenvolvido a

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partir de recursos provenientes do projeto de pesquisa CNPq/Universal nº 477096/2008-5.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos aos conhecimentos compartilhados e a colaboração da Prof.ª Yêda Medeiros Bastos de Almeida do Laboratório de Materiais Poliméricos e Caracterização do Departamento de Engenharia Química da UFPE e do Prof. Daniel Lambertz do Laboratório de Biomecânica do Departamento de Nutrição da UFPE.

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Figura 1 – Maquina de Ensaio Mecânico com o tendão do calcâneo fixado nas

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Figura 2 – Efeito do treinamento aeróbico moderado durante 8 semanas sobre

as propriedades do tendão do calcâneo de ratos. Os Valores estão expressos em média e desvio padrão. GC – Grupo Controle e GT – Grupo Treinado. p>0,01(Independent-Samples T Test).

4.3 Artigo Original 3

TREINAMENTO FÍSICO AERÓBICO RESTABELECE AS PROPRIEDADES BIOMECÂNICAS DO TENDÃO DO CALCÂNEO DE RATOS INDUZIDOS

QUIMICAMENTE AO DIABETES MELLITUS.

Rodrigo Ribeiro de Oliveira*

Programa de Pós-Graduação em Fisioterapia – Universidade Federal de Pernambuco – Brasil Faculdade de Medicina – Universidade Federal do Ceará – Brasil;

Márcio Almeida Bezerra

Programa de Pós-Graduação em Fisioterapia - Universidade Federal de Pernambuco – Brasil; Kamilla Dinah Santos de Lira

Curso de Fisioterapia - Universidade Federal de Pernambuco- Brasil; Karyne Albino Novaes

Curso de Fisioterapia - Universidade Federal de Pernambuco- Brasil; Magno Felipe Holanda Barboza Inácio Teixeira

Departamento de Engenharia Química - Universidade Federal de Pernambuco – Brasil Carmen de Castro Chaves

Departamento de Fisiologia e Farmacologia - Universidade Federal de Pernambuco – Brasil; Silvia Regina Arruda de Moraes

Programa de Pós-Graduação em Fisioterapia - Universidade Federal de Pernambuco - Brasil Departamento de Anatomia - Universidade Federal de Pernambuco – Brasil;

* Autor correspondente: Rodrigo Ribeiro de Oliveira

Universidade Federal do Ceará – UFC Faculdade de Medicina - FAMED Rua Alexandre Baraúna 949

60430-160 - Fortaleza CE - BRASIL Telefone +55 85 3366 8004

Fax: +55 85 3366 8002

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RESUMO

O objetivo do presente estudo é o de avaliar se a aplicação de protocolo de treinamento físico aeróbio moderado reverte os prejuízos causados pelo diabetes sobre as propriedades mecânicas do tendão do calcâneo. Material e Métodos: quarenta e quatro ratos foram divididos aleatoriamente em quatro grupos da seguinte forma: Grupo Controle Sedentário – GCS, Grupo Diabético Sedentário – GDS, Grupo Controle Treinado - GCT e o Grupo Diabético Treinado – GDT, os grupos treinados foram submetido a um protocolo de treinamento físico moderado contínuo em esteira motorizada. Para o ensaio mecânico os tendões foram fixados em uma máquina de ensaio mecânico convencional e tracionados até o ponto de fracasso do espécime, com célula de carga de 500 N. Os parâmetros avaliados foram: Módulo Elástico (MPa), Tensão Força Máxima (MPa), Deformação Específica Força Máxima (mm), Energia/Área (N.mm/mm2), e Área de secção transversa (mm2). Resultados: A avaliação das propriedades biomecânicas do tendão do calcâneo do GDS indicou que o módulo elástico (MPa) esta diminuído quando comparado ao GDT e aos demais grupos (p<0,01), no entanto, a deformação específica (%), a deformação da força máxima (mm), a energia/área do tendão (N.mm/mm2) do GDS foram significativamente maior em relação aos demais grupos (p<0,01). Contudo, o treinamento aeróbico moderado em esteira fez com que as características mecânicas se aproximassem dos valores apresentados pelos grupos controles (p>0,01). Conclusão: Em resumo nosso estudo indica que o treinamento aeróbico com intensidade moderada restabeleceu a normalidade das propriedades mecânicas do tendão de animais diabéticos, visto que, o módulo elástico (MPa), a deformação específica (%), a deformação da força máxima (mm) e a energia/área do tendão (N.mm/mm2) aproximaram dos valores apresentados pelos grupos controles.

Palavras Chave: Diabetes Mellitus; Tendão do Calcâneo; Propriedades

ABSTRACT

The aim of this study is to evaluate if the protocol application moderate aerobic exercise reverses the damage caused by diabetes on the mechanical properties of the Achilles Tendon. Methods: Forty-four rats were divided randomly into four groups as follows: Sedentary Control Group - SCG, Sedentary Diabetic Group - SDG, Trained Control Group - TCG and Trained Diabetic Group - TDG, the trained groups were submitted to a protocol moderate physical training in continuous treadmill. For mechanical testing the tendons were fixed in a conventional mechanical testing machine and pulled to the point of failure of the specimen, the load cell of 500 N. The parameters were: elastic modulus (MPa), Stress Maximum Strength (MPa), Strain Specific Maximum Force (mm), energy / tendon Area (N.mm/mm2) and Cross-sectional area (mm2). Results: The evaluation of the biomechanical properties of the Achilles tendon of the SDG indicated that the elastic modulus (MPa) is decreased when compared to the TDG and the other groups (p <0.01), however, the specific deformation (%), the deformation at maximum force (mm), energy / tendon area (N.mm/mm2) SDG were significantly higher than in the other groups (p <0.01). However, moderate aerobic training on a treadmill caused the mechanical moving closer to the values shown by the control groups (p> 0.01). Conclusion: In summary our study indicates that moderate-intensity aerobic training restored the normal mechanical properties of tendon in diabetic animals, since the elastic modulus (MPa), the specific deformation (%), the deformation of the maximum force (mm) and energy / tendon area (N.mm/mm2) approached the values shown by the control groups.

Key words: Diabetes Mellitus, Achilles tendon; Mechanical Properties, Animal

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INTRODUÇÃO

Relatos de casos e estudos epidemiológicos sugerem uma possível relação do Diabetes Mellitus (DM) com complicações e rupturas de tendões de diversas regiões do corpo humano (Ramirez and Raskin 1998; Akturk, Karaahmetoglu et al. 2002; Bolton, Smith et al. 2005; Akturk, Ozdemir et al. 2007; Batista, Nery et al. 2008; DiDomenico, Williams et al. 2008). Para avaliar essa relação em pacientes diabéticos, os estudos se detiveram na análise da estrutura do tendão realizada através de métodos de diagnóstico por imagem, como a ultrassonografia músculo-esquelética (Akturk, Karaahmetoglu et al. 2002; Unlu, Ozmen et al. 2003; Giacomozzi, D'Ambrogi et al. 2005; Akturk, Ozdemir et al. 2007; Batista, Nery et al. 2008), a Tomografia Computadorizada (Bolton, Smith et al. 2005) e a Ressonância Nuclear Magnética (Papanas, Courcoutsakis et al. 2009). Apenas (Grant, Sullivan et al. 1997) realizaram um estudo com microscopia eletrônica em amostras do tendão do Calcâneo de pacientes diabéticos que demonstrou alterações morfológicas, dentre elas aumento da densidade, irregularidade e menor diâmetro das fibrilas e desorganização do colágeno com padrão de anormalidade. Uma revisão sistemática da literatura realizada por nosso grupo apontou haver uma forte evidência de relação entre o Diabetes Mellitus e alteração na estrutura do tendão (De Oliveira, De Oliveira et al. 2010).

Além das ocorrências de manifestações na estrutura dos tendões em portadores de diabetes, Recentemente, foi relatado que as propriedades mecânicas nos tendões de animais quimicamente induzido ao Diabetes Mellitus têm alterações significativas quando comparado ao grupo controle. As

alterações na capacidade de visco-elásticas dos tendões pode reduzir o limite de transmissão de energia para a periferia e predispõe o tendão a ruptura prematura devido ao estresse mecânico (De Oliveira, De Oliveira et al. 2010).

Por outro lado sabe-se que os tendões apresentam uma grande capacidade de resposta a diferentes tipos de exercícios tais como exercícios em plataformas vibratórias (Legerlotz, Schjerling et al. 2007), treinamento de força (Simonsen, Klitgaard et al. 1995; Magnusson, Hansen et al. 2003; Seynnes, Erskine et al. 2009) e o treinamento de endurance (Viidik 1967; Simonsen, Klitgaard et al. 1995; Buchanan and Marsh 2001; Legerlotz, Schjerling et al. 2007). No caso especifico da resposta ao treinamento aeróbico em animais ou em sujeitos diabéticos, entretanto, não há nenhum relato na literatura, embora sejam conhecidos os benefícios do treinamento físico sobre as propriedades mecânicas dos tendões em animais e em seres humanos saudáveis (Viidik 1967; Woo, Ritter et al. 1980; Simonsen, Klitgaard et al. 1995).

Assim, considerando a existência de uma correlação entre o Diabetes