Resumen de Evaluación del beneficio de la melatonina frente al estrés oxidativo y nitrosativo en atletas
Roberto Carlos Leonardo Mendonça
It is known that exercise affects normal physiological balance, leading to chrono-disruption and oxidative/inflammatory stress. These responses are of special importance in athletes. Here, training and antioxidant supplements may induce beneficial or detrimental changes in the redox balance and endogenous antioxidant defences in professional athletes. Melatonin is an endogenous chronobiotic molecule, with important antioxidant and anti-inflammatory actions. Thus, we hypothesize that exogenous melatonin administration may improve the chronobiotic and redox status of well-trained athletes.
Two studies have been here included. In the first study, ten professional cyclists with the same training and competition level were grouped into two groups. Both subgroups had the same nutritional intake composition except for vitamin C (1000 mg) and E (400 mg) supplementation in one of them. The cyclists of both groups performed the same exercise design, consisting of hard, tapering and recovery training periods. In the second study, twenty four resistance-trained subjects were treated with 100 mg.day-1 p.o. of melatonin/placebo during four weeks with a randomized double-blind design. All subjects followed a similar training program and were monitored to assess the circadian system status during the first week, prior to melatonin treatment, and during last week within melatonin treatment.
Dietary intake and its antioxidant capacity, and exercise intensity, were estimated. Blood samples were collected in resting conditions, and plasma oxygen radical absorption capacity (ORAC), vitamin C and E, 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine, lipid peroxidation (LPO), nitrite plus nitrate, advanced oxidation protein products, and erythrocyte glutathione (GSH), glutathione disulfide (GSSG) levels, glutathione peroxidase and reductase activities were measured. The circadian system status was assessed continuously for 7 days, prior and during the 7 last days of melatonin treatment, by wrist temperature, body position and rest-activity rhythms.
The diet antioxidant capacity values increased up to 15 times in the athletes with supplemented intake of vitamins C and E. Nevertheless, no significant difference in plasma ORAC values between both groups of athletes was found. Athletes without vitamin supplements improved the relation between ORAC and LPO, GSSG.GSH-1 ratio and GSH after the intensive training period. Moreover, vitamins C and E supplementation only tend to improve the redox status before intensive training and tend to reduce DNA damage during training without showing a beneficial improvement of redox status.
The administration of exogenous melatonin 30-60 min before bedtime for 30 days caused a phase advance on the body core temperature rhythm. The motor activity during sleep was slightly reduced by melatonin treatment, as it can be seen by the significant decrease of number of awakenings and wake after sleep onset (WASO). For this reason, melatonin group had better night sleep efficiency than placebo, which had a significant increase in the number of wakening and WASO after treatment. All subjects increased their antioxidant capacity due to the adaptive mechanisms to exercise. However, melatonin treatment has able to provide a higher increase of antioxidant capacity, reducing lipid peroxidation levels, preventing the increase of advanced oxidation protein products and reducing nitrite levels when compared to placebo group. Melatonin group recovered GSH levels and also recovered the glutathione peroxidase and reductase activities. The group treated with melatonin showed lower levels of creatine kinase, lactate dehydrogenase, creatinine and total cholesterol levels.
Our results suggest that well trained athletes with adequate ultra-endurance training strengths and volume are able to adapt themselves to exercise-induced radical oxygen species production and, thus, prevent the hyperoxidative state that normally follows high-intensity training. Chronic exogenous antioxidant vitamin supplementation impairs the athlete¿s redox balance, reducing their capability to adapt their endogenous antioxidant defences to exercise. This condition may negatively interfere with training efficiency.
Exogenous melatonin administration of 100 mg.day-1 30-60 min before bedtime during four weeks improves sleep efficiency by reducing motor activity, the number of awakenings and the time awake after sleep onset. The same melatonin treatment causes a phase advance of body core temperature rhythm, decreasing faster body core temperature and keeping it elevated more time. Melatonin treatment improves the balance of redox status in resistance-trained subjects, reducing the oxidative damage in cell membranes, protein oxidation and nitric oxide levels. Melatonin also improves skeletal muscle protection against exercise-induced oxidative damage.
Existen bases experimentales en la literatura científica que indican como el ejercicio físico afecta al equilibrio fisiológico del individuo, provocando una alteración del sistema circadiano, aumento del estrés oxidativo e inflamación. Estos eventos son de especial importancia en atletas. Así, el entrenamiento y los suplementos antioxidantes pueden inducir cambios beneficiosos o perjudiciales en el equilibrio redox y las defensas antioxidantes endógenas en atletas profesionales. La melatonina es una molécula cronobiótica endógena, con importante acción antioxidante y anti-inflamatoria. Por lo tanto, la hipótesis de nuestro estudio se centra en que la administración exógena de melatonina puede mejorar el estado cronobiótico y redox de los atletas bien entrenados.
En la presente Tesis Doctoral, se han desarrollado dos tipos de estudio. En el primer estudio, se evaluaron diez ciclistas profesionales con el mismo nivel de entrenamiento, divididos en dos grupos. Ambos subgrupos tenían la misma ingesta nutricional con excepción de la suplementación con vitamina C (1000 mg) y E (400 mg) en uno de ellos. Los ciclistas de ambos grupos realizaron el mismo programa de entrenamiento, que consta de periodos de entrenamiento intenso, ¿tapering¿ y recuperación. En el segundo estudio, veinticuatro sujetos entrenados fueron tratados con 100 mg.día-1 de melatonina/placebo durante cuatro semanas, con un diseño de doble ciego aleatorio. Todos los sujetos siguieron un programa de entrenamiento similar y fueron monitorizados para evaluar el estado del sistema circadiano en la primera semana antes del tratamiento con melatonina, y durante la última semana de tratamiento.
En ambos estudios se ha estimado la intensidad del ejercicio, la ingesta alimentaria y su capacidad antioxidante. Las muestras de sangre se recogieron en condiciones de reposo, y se determinaron en plasma la capacidad de absorción de radicales de oxígeno (ORAC), los niveles de vitamina C y E, 8-hidroxi-2'-desoxiguanosina, peroxidación lipídica (LPO), niveles de nitritos y productos avanzados de oxidación de proteínas. Asimismo, en hematíes se midieron los niveles de glutation reducido (GSH) y oxidado (GSSG), así como la actividad de las enzimas glutation peroxidasa y reductasa. El estado del sistema circadiano se evaluó de forma continua, durante los 7 días previos al tratamiento y durante los últimos 7 días de tratamiento con melatonina, a través del registro de los ritmos de temperatura de la muñeca, posición del cuerpo y actividad motora.
Los valores de capacidad antioxidante de la dieta aumentaron hasta 15 veces en los atletas con una ingesta complementada con vitamina C y E. Sin embargo, no se encontraron diferencias significativas en los valores de ORAC del plasma entre ambos grupos de atletas. Los atletas sin suplementos vitamínicos mejoraron la relación entre ORAC y LPO, índice GSSG.GSH-1 y niveles de GSH después del período de entrenamiento intensivo. Por otra parte, la suplementación con vitamina C y E sólo tiende a mejorar el estado redox antes de un entrenamiento intensivo, reduciendo levemente el daño al ADN durante el entrenamiento sin mostrar ninguna mejoría del estado redox.
Tras la administración de melatonina 30-60 minutos antes de la hora de acostarse durante 30 días, se observó un adelanto de fase en el ritmo de la temperatura corporal. La actividad motora durante el sueño se redujo ligeramente con el tratamiento con melatonina, registrándose un menor número de despertares y del tiempo despierto después del inicio del sueño. Por esta razón, el grupo de melatonina tuvo una mejor eficiencia del sueño nocturno con respecto al grupo placebo. Todos los sujetos aumentaron su capacidad antioxidante debido a los mecanismos de adaptación al ejercicio. Sin embargo, el tratado con melatonina fue capaz de proporcionar un mayor incremento de la capacidad antioxidante, reduciéndose los niveles de peroxidación lipídica, evitando la formación de los productos avanzados de oxidación de proteínas y disminuyendo los niveles de nitritos en comparación con el grupo placebo. Asimismo, el grupo tratado con melatonina recuperó tanto los niveles de GSH como la actividad de las enzimas glutatión peroxidasa y reductasa. Finalmente, el grupo tratado con melatonina mostró menores niveles de creatina quinasa, lactato deshidrogenasa, creatinina y colesterol total.
Nuestros resultados sugieren que los atletas bien entrenados y con un entrenamiento de ultra-resistencia adecuado son capaces de adaptarse a la producción de radicales libres inducida por el ejercicio y, por lo tanto, previenen el estado hiper-oxidativo que normalmente ocurre después del entrenamiento de alta intensidad. La suplementación exógena con vitaminas antioxidantes afecta al equilibrio redox del atleta, lo que reduce su capacidad de adaptar sus defensas antioxidantes endógenas al ejercicio. Esta condición puede interferir negativamente con la eficiencia del entrenamiento.
La administración exógena de 100 mg.dia-1 de melatonina 30-60 minutos antes de la hora de acostarse durante cuatro semanas mejora la eficiencia del sueño mediante la reducción de la actividad motora, el número de despertares y el tiempo despierto después del inicio del sueño. Igualmente, este tratamiento produce un avance de fase del ritmo de la temperatura corporal, disminuyendo más rápidamente la temperatura corporal y manteniéndola elevada durante más tiempo. El tratamiento con melatonina mejora el estado redox en sujetos entrenados, lo que se traduce en un menor daño oxidativo en las membranas celulares y proteínas, así como una menor producción de óxido niítrico. A través de estos mecanismos, la melatonina aumenta la protección del músculo esquelético contra el daño oxidativo inducido por el ejercicio.
