Benefits of progressive resistance training on motor performance and muscular hypertrophy in rats with Parkinson’s disease

Abstract

ABSTRACT Parkinson’s disease (PD) is a progressive neurodegenerative condition defined by the presence of primary debilitating motor symptoms. This study aims to investigate the benefits of high-intensity progressive resistance training on muscle tissue and motor performance before and after the induction of PD in rats. A total of 80 male Wistar rats (Rattus norvegicus, var. albinus) aged 40 days and weighing between 250 and 450g were used. A total of 40 animals were subjected to PD surgery to induce electrolytic injury and were randomly assigned to the following subgroups: animals trained before PD induction (PA-Exa); animals trained after PD induction (PA-Exd); animals trained before and after PD induction (PA-Exad); and sedentary animals with PD induction (PA-Sed). The other 40 animals (control) were subjected to surgical access but not to PD electrolytic injury (Sham) and distributed in the same subgroups described above. For the PD induction surgery, electrolytic stimulation was used at the following coordinates: anteroposterior (AP) −4.9, mid-lateral (ML) 1.7,and dorsoventral (DV) 8.1. High-intensity progressive resistance training was performed on a vertical ladder five days/week from 30 to 45 minutes for four weeks. For our functional evaluation, the parallel bars and the misstep tests were used at the beginning (after surgery) and at the end of the experiment. After euthanasia, the forelimb biceps and hindlimb flexor hallucis longus muscles were removed. Processing, coloration, and histomorphometry analysis of muscle tissue were performed for all groups. To analyze the data, GraphPad Prism 9.4 was used with one-way analysis of variance (ANOVA) and a p<0.05. Data on muscle fiber count and area in forelimb biceps showed no significant differences, with a 0.853 and 0.4122 p-value, respectively. Flexor hallucis longus muscle fiber count showed a significant difference (p=0.0356), and PA-Exa and PA-Exd averaged the highest means. Hindlimb flexor hallucis longus muscle fiber area also evinced a significant difference (p=0.0306), in which PA-Exd, PA-Exad, and Sham-Exad showed the largest areas. Analysis of hindlegs in the parallel bars test showed that PA-Exad evinced the best functional performance. In the misstep test, we observed an increase in the number of errors animals made for almost all the groups, evincing a significant difference in the number of errors before and after the test only for PA-Exa, PA-Exd, and PA-Sed. We concluded that the animals that underwent high-intensity progressive training showed better performance in their hindlegs than in their fore ones and that animals that exercised before and after surgery benefited more from training.RESUMO A doença de Parkinson (DP) é uma doença neurodegenerativa progressiva definida pela presença de sintomas motores debilitantes primários. O objetivo deste estudo é investigar os benefícios do treinamento com exercícios físicos progressivos de alta intensidade no tecido muscular e no desempenho motor antes e depois da indução da DP em ratos. Para tanto, foram utilizados 80 ratos Wistar machos (Rattus norvegicus var. albinus) com 40 dias de vida e peso corporal entre 250 e 450g. Quarenta animais foram submetidos à cirurgia de indução da DP por lesão eletrolítica e distribuídos aleatoriamente nos seguintes subgrupos: animais treinados antes da indução da DP (PA-Exa), animais treinados depois da indução da DP (PA-Exd), animais treinados antes e depois da indução da DP (PA-Exad) e animais sedentários com indução da DP (PA-Sed). Os outros 40 animais (controle) foram submetidos ao acesso cirúrgico, mas não à lesão eletrolítica (sham) da DP, e distribuídos nos mesmos subgrupos descritos anteriormente. Para cirurgia de indução da DP, foi utilizada estimulação eletrolítica nas coordenadas: anteroposterior (AP) igual a −4,9, médio-lateral (ML) igual a 1,7 e dorsoventral (DV) igual a 8,1. O treinamento com exercícios físicos progressivos de alta intensidade foi realizado na escada vertical, cinco dias/semana, de 30 a 45 minutos, por quatro semanas. Para avaliação funcional, foi utilizado o teste das barras paralelas e do passo em falso no início, depois da cirurgia e no final do experimento. Após a eutanásia dos animais, foram retirados os músculos bíceps da pata dianteira e flexor longo do hálux da pata traseira. Foi realizado processamento, coloração e análise histomorfométrica do tecido muscular dos grupos de animais. Para análise dos dados, foi utilizado o programa GraphPad Prism 9.4, com a análise de variância (Anova) one-way e p<0,05. Os dados sobre contagem e área das fibras musculares no bíceps da pata dianteira do animal não demonstraram diferenças significativas com valor de p igual a 0,853 e 0,4122, respectivamente. Os resultados da contagem de fibras musculares no flexor longo do hálux demonstraram diferença significativa (p=0,0356), e os grupos que apresentaram maior média de fibras foram PA-Exa e PA-Exd. Sobre a área das fibras do músculo flexor longo do hálux da pata traseira, também foi evidenciada diferença significativa (p=0,0306), e os grupos que apresentaram maiores áreas foram PA-Exd, PA-Exad e o grupo de animais treinados antes e depois da falsa cirurgia (SHAM-Exad). A análise das patas traseiras no teste das barras paralelas demonstrou que os animais do grupo PA-Exad apresentaram melhora do desempenho funcional nesse teste. No teste do passo em falso, foi observado aumento do número de erros cometidos pelos animais em quase todos os grupos, evidenciando diferença significativa no número de erros antes e depois do teste apenas nos grupos PA-Exa, PA-Exd e PA-Sed. Conclui-se que os animais que realizaram o treinamento com exercícios físicos progressivos de alta intensidade apresentaram melhor desempenho nas patas traseiras em comparação com as dianteiras e que os animais que se exercitaram antes e depois da cirurgia foram mais beneficiados com o treinamento.resumen está disponible en el texto completo