SSE #121: Diferencias basadas en el sexo en el metabolismo e intercambio de proteína muscular en el envejecimiento: Respuestas a la alimentación y al ejercicio

PUNTOS CLAVE

• Las proteínas musculares se intercambian en respuesta tanto a la alimentación como al ejercicio y estas respuestas son determinadas por dos variables, la disponibilidad de aminoácidos y las cargas de ejercicio.
• Los niveles basales de síntesis de proteína muscular (SPM) son similares en hombres y mujeres jóvenes así como en hombres mayores. Sin embargo, las mujeres mayores parecen tener una tasa elevada de SPM.
• Los hombres y mujeres más jóvenes muestran respuestas de SPM similares a la alimentación, mientras que los hombres y mujeres mayores muestran comparativamente una respuesta disminuida de SPM, o se vuelven “resistentes” a la alimentación, al comparar con los jóvenes. Las mujeres mayores en particular tienen una respuesta reducida de SPM a la alimentación con proteína.
• Las mujeres más jóvenes no muestran diferencia en SPM durante el ciclo menstrual y muy poca diferencia en la cinética de los aminoácidos.
• A pesar de las diferencias marcadas en los niveles de testosterona, los hombres y mujeres jóvenes muestran respuestas muy similares al ejercicio de fuerza.
• Los hombres mayores tienen respuestas más fuertes de SPM al ejercicio de fuerza mientras que las mujeres mayores tienen cierta alteración en la habilidad de estimular la SPM con el ejercicio.
• La SPM se eleva con el entrenamiento de fuerza en ambos sexos y en todas las edades, pero esto no cambia el incremento inducido por la alimentación en la SPM.
• No se observan diferencias basadas en el sexo en el intercambio de proteína muscular al comparar hombres y mujeres jóvenes.
• Con el envejecimiento, los cambios en los esteroides sexuales en mujeres (como en la post-menopausia) pueden resultan en una tasa más elevada de intercambio de proteína, pero con poca respuesta a la alimentación o la contracción.

INTRODUCCIÓN
Es bien conocido que el consumo de proteínas o aminoácidos resulta en un incremento en los niveles plasmáticos de aminoácidos (hiperaminoacidemia) que estimula la síntesis de proteína muscular (SPM) y que el ejercicio de fuerza incrementa aun más la estimulación de SPM inducida por la alimentación (Breen & Phillips, 2012). Varios estímulos han sido propuestos como responsables de la estimulación de SPM inducida por la alimentación, incluyendo los cambios en el flujo sanguíneo local mediados por la insulina (Fujita et al., 2006b, 2007), y de la leucina vía estimulación del complejo 1 del objetivo de rapamicina en mamíferos (mTORC1, por sus siglas en inglés) (Crozier et al., 2005). Se han realizado muchos estudios sobre la regulación de la SPM en humanos con hombres jóvenes y diversas variables nutricionales y contráctiles. Sin embargo, una pregunta poco estudiada es si hay diferencias basadas en el sexo en la SPM en respuesta a la alimentación y la contracción muscular. Además, el papel del envejecimiento en esta área ha sido mal estudiado con muy pocos datos disponibles. Está bien documentado que las mujeres tienen menos masa muscular magra y más masa grasa que los hombres (Mingrone et al., 2001). Estas diferencias en la composición corporal se cree que son debido a las diferencias en los esteroides sexuales principalmente la testosterona. Cuando se da testosterona de forma exógena en dosis farmacológicas, promueve la construcción de músculo o anabolismo (Bhasin et al., 1996). Se cree que la testosterona ejerce su efecto anabólico a través de mecanismos post-transcripcionales que estimulan la SPM (Ferrando et al., 1998). Sin embargo, existen datos que sugieren que la testosterona puede inhibir la degradación de la proteína muscular (Ferrando et al., 1998). La administración de esteroides sexuales femeninos en roedores, reduce la SPM y esto puede inhibir el crecimiento muscular (Toth et al., 2001). Lo que no está claro, al menos en humanos, es si los esteroides masculinos o femeninos en rangos fisiológicos normales ejercen un efecto sobre el intercambio de la proteína muscular. El propósito de esta revisión es resumir el estado de nuestro conocimiento de las diferencias basadas en el sexo en el intercambio de proteína muscular en respuesta tanto a la alimentación como a la contracción.

INTERCAMBIO BASAL DE PROTEÍNA MUSCULAR

En reposo y en un estado basal de ayuno, al parecer existen pocas diferencias documentadas, si es que hay alguna, en la SPM entre hombres y mujeres jóvenes (Fujita et al., 2006a; Smith et al., 2009). Por ejemplo, Fujita y colaboradores (2006a) estudiaron 10 hombres y ocho mujeres después de un ayuno nocturno y no encontraron diferencias perceptibles en el flujo de aminoácidos, intercambio intracelular o proteólisis. Los mismos autores (Fujita et al., 2006a) tampoco observaron diferencia en la tasa de síntesis fraccional basal de proteína muscular, en concordancia con otros reportes (Smith et al., 2009). De manera interesante, y contrario a la suposición de que la testosterona puede ejercer un efecto anabólico, realmente puede haber una tasa más alta de SPM en mujeres particularmente conforme envejecen (Henderson et al., 2009; Smith et al., 2008, 2012b). Se desconoce por qué la tasa basal de SPM es más alta en mujeres mayores, pero puede ser que la menopausia esté involucrada y que la pérdida crónica de estradiol y/o progesterona permita a los andrógenos circulantes ejercer sus efectos. Estos resultados se resumen en la Figura 1.

FIGURA 1. Cambios relativos en la síntesis de proteína muscular (SPM) en reposo (ayuno basal) en hombres jóvenes (HJ), mujeres jóvenes (MJ), hombres mayores (HM) y mujeres mayores (MM). Respuestas de HJ, MJ, HM y MM a la alimentación (aminoácidos y/o proteína)  y también se muestran al ejercicio de fuerza (no hay datos disponibles para HM y MM).

• CONCLUSIÓN
  Las diferencias en el intercambio de proteína muscular y la cinética de proteína en el estado basal, con la alimentación, y con ejercicios de fuerza y resistencia, parecen ser más similares que divergentes en hombres y mujeres jóvenes. Con el envejecimiento, y más como una consecuencia de la menopausia, las mujeres mayores muestran una tasa elevada de SPM comparada con los hombres y son renuentes a los efectos de la alimentación, a la cual los hombres mayores muestran una respuesta relativamente mayor. A pesar de las grandes diferencias en las concentraciones de esteroides sexuales existe escasa evidencia que sugiera que las mujeres, jóvenes o mayores, muestren una respuesta marcadamente opuesta al entrenamiento de fuerza en términos de hipertrofia relativa o ganancia de fuerza. Aunque sí hay evidencia de que las mujeres dependen ligeramente menos de la oxidación de proteínas durante el ejercicio aeróbico, estas diferencias son pequeñas y probablemente una función de la masa corporal magra.
  
  APLICACIONES PRACTICAS

Otro “modelo” hormonalmente divergente del intercambio de proteína muscular humana es aquel del ciclo menstrual femenino. Los cambios de estrógenos en más del doble y los cambios de progesterona por 10-20 veces a lo largo del ciclo. La fase folicular temprana del ciclo menstrual se caracteriza por bajos niveles de estrógenos y progesterona, pero durante esta fase incrementan los estrógenos, llegando a su máximo en o cerca de la ovulación, mientras que la progesterona incrementa rápidamente en la fase lútea del ciclo. No obstante, a pesar de las variaciones marcadas en estrógenos y progesterona, no existen diferencias en la síntesis basal de proteínas tanto de las proteínas miofibrilares o de tejido conectivo entre las fases del ciclo menstrual (Miller et al., 2005). De manera interesante, el uso de anticonceptivos orales puede reducir la SPM basal (Hansen et al., 2009a) y también puede tener un efecto similar en la síntesis de colágeno en los tendones y músculos (Hansen et al., 2009b). Sin embargo, no parece ser que el uso de anticonceptivos orales a largo plazo tenga una influencia negativa marcada sobre las respuestas adaptativas al ejercicio en términos de rendimiento (Rechichi et al., 2009; Vaiksaar et al., 2011).

RESPUESTAS A LA ALIMENTACIÓN
La alimentación con proteína (o aminoácidos) induce a una hiperaminoacidemia que normalmente estimula la SPM (Rennie et al., 2004) [Figura 1]. Esta estimulación parece ser debida en parte a un incremento del flujo sanguíneo muscular inducido por la insulina (Fujita et al., 2006b, 2007) así como a la hiperaminoacidemia que independientemente estimula la SPM (Greenhaff et al., 2008). Un aminoácido clave en la estimulación de la SPM es la leucina (Crozier et al., 2005). En comparaciones entre hombres y mujeres, parece haber poca diferencia entre cómo responden los hombres y las mujeres más jóvenes a la hiperaminoacidemia y la hiperinsulinemia (Smith et al., 2009). En contraste, con el envejecimiento, la SPM basal elevada descrita en mujeres mayores (Henderson et al., 2009; Smith et al., 2008) realmente resulta en una respuesta menor de SPM inducida por la alimentación comparada con mujeres más jóvenes (Smith et al., 2012a, b). Aunque los hombres jóvenes y mayores tienen tasas similares de SPM, se encontró que el incremento de SPM inducido por la alimentación es menor en los hombres mayores (Smith et al., 2012a). Sin embargo, esto no es algo que se observe universalmente como lo han mostrado numerosos estudios con una estimulación equivalente y robusta de SPM con alimentación de proteína en hombres jóvenes y mayores (Kiskini et al., 2013; Symons et al., 2007). Una posibilidad para la discrepancia en los hallazgos de la estimulación de la SPM inducida por proteína es que la selección de individuos ancianos activos vs. inactivos puede tener un impacto. Por ejemplo, las reducciones periódicas en la actividad física pueden reducir la respuesta de SPM a la alimentación y estas respuestas son más comunes en personas mayores (Breen et al., 2013). De manera interesante, incluso con una actividad física leve se puede recuperar la sensibilidad de la SPM a la alimentación con proteína en adultos mayores (Fujita et al., 2007).

RESPUESTAS AL EJERCICIO DE FUERZA
El ejercicio de fuerza es un estimulador robusto de la SPM (Breen & Phillips, 2012). El mecanismo para estimular la SPM es todavía impreciso pero involucra algunas formas de eventos mecánicos que unen y encienden el inicio de la translación (hacer nuevas proteínas) (Frey et al., 2009). En las pocas comparaciones de respuestas inducidas por el ejercicio en la SPM entre hombres y mujeres no se han reportado diferencias entre sexos. Por ejemplo, West y colaboradores (2012) compararon las respuestas de la SPM en hombres y mujeres jóvenes después de realizar ejercicio de fuerza al haberse alimentado y no se observaron diferencias inmediatamente ni 24 h después del ejercicio. Sin embargo, si hubo diferencias en la respuesta de la SPM entre los sexos en adultos mayores que se encontraban en un programa de entrenamiento de fuerza, pero pareció ser una función de sus tasas de SPM basales (Smith et al., 2012b). En este estudio, se midió la SPM (durante condiciones basales en el periodo postabsortivo y durante el consumo de una comida mixta) antes y después de tres meses de ejercicio en hombres y mujeres obesos de 65-80 años de edad. Al inicio del estudio (antes de entrenar) la tasa basal de SPM del periodo postabsortivo fue significativamente mayor en las mujeres que en los hombres, mientras que el incremento en la SPM inducida por la comida fue mayor en los hombres que en las mujeres (Smith et al., 2012b). El entrenamiento con ejercicio resultó en un incremento del doble de su SPM basal pero no tuvo efecto en el incremento de la tasa de síntesis de proteína fraccional muscular inducida por la comida (P=0.78). En las mujeres, el entrenamiento incrementó la SPM en ~40% y tampoco tuvo efecto en el incremento de la SPM inducida por la alimentación. Estos resultados están resumidos en la Figura 1.

Es posible que se requieran mayores volúmenes de ejercicio de fuerza para iniciar una estimulación más robusta de SPM en personas mayores vs. jóvenes. Kumar y colaboradores (2009) mostraron que hubo una respuesta más pequeña de la SPM a ejercicios que variaban en intensidad del 60-90% del máximo en hombres mayores vs. hombres jóvenes. Sin embargo, cuando los hombres mayores completaron un mayor volumen (así como el doble) de ejercicio de fuerza, esta respuesta más baja de SPM en hombres mayores (Kumar et al., 2009) se superó y se observó que era equivalente a la de los hombres jóvenes.

RESPUESTAS AL ENTRENAMIENTO DE FUERZA
Como alguna prueba del principio de que las respuestas de estudios agudos de SPM entre hombres y mujeres son válidas, los resultados de estudios de entrenamiento muestran muy poca diferencia si es que la hubiese entre hombres y mujeres jóvenes. A la fecha, el estudio más grande que compara hombres y mujeres evaluó la respuesta hipertrófica (incremento en el tamaño de las fibras musculares) de los músculos flexores del codo en hombres (n=243) y mujeres (n=342) en respuesta a 12 semanas de entrenamiento (Hubal et al., 2005). Ellos reportaron que los hombres lograron ganancias pequeñas pero significativamente mayores (2.5%) en el área transversal del músculo comparado con las mujeres. A pesar de las ganancias absolutas mayores en los hombres, los incrementos relativos en las mediciones de fuerza fueron en realidad mayores en las mujeres vs. hombres. Los hallazgos de otros estudios concuerdan con la conclusión general de que si existen diferencias entre hombres y mujeres en las ganancias de masa muscular inducidas por el entrenamiento de fuerza son relativamente pequeñas o inexistentes (Abe et al., 2000), incluso con el envejecimiento (Kosek et al., 2006; Leenders et al., 2013). Así, las mujeres jóvenes tienen la capacidad de hipertrofiar sus fibras musculares en respuesta al entrenamiento de fuerza (Staron et al., 1989), a pesar de tener una concentración de testosterona 10-20 veces menor que los hombres. Esto es consistente con la noción de que los mecanismos locales, más que las hormonas andrógenas sistémicas circulantes, son dominantes en promover los incrementos en la SPM y la hipertrofia de fibras (West et al.,2010). Un aspecto alentador del entrenamiento de fuerza es que los hombres y mujeres mayores también conservan la capacidad de hipertrofiar y ganar fuerza, y estas respuestas parecen ser similares en cierta medida (Kosek et al., 2006; Leenders et al., 2013).

DIFERENCIAS EN EL METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS BASADAS EN EL SEXO
Las diferencias en el metabolismo de las proteínas basadas en el sexo con ejercicio dinámico son relativamente pequeñas cuando se comparan con el metabolismo de los carbohidratos y lípidos (Tarnopolsky, 2000, 2008; Tarnopolsky & Ruby, 2001). Sin embargo, se han realizado algunos estudios en los cuales se ha comparado hombres y mujeres y han mostrado, en general, que las mujeres dependen menos de la proteína como sustrato de energía durante el ejercicio aeróbico comparadas con los hombres de las mismas características (Lamont et al., 2001, 2003; Phillips et al., 1993). Un solo estudio sugiere que durante el ciclo menstrual hay relativamente pequeños cambios en la cinética de las proteínas mostrando una utilización potencialmente mayor de proteína durante la fase lútea con el ejercicio (Lamont et al., 1987). Sin embargo, las diferencias observadas estuvieron basadas en la estimación de nitrógeno del sudor y de la excreción de urea en orina sin la valoración de las mediciones cinéticas. Más aún, las diferencias, aunque significativas, fueron pequeñas, indicando que las diferencias agudas en los estrógenos y progesterona no parecen tener una gran influencia en el uso de proteína durante el ejercicio (Lamont et al., 1987). Notablemente, las tasas de intercambio de proteína muscular en el estado basal, cuando se normalizan las tasas de cinética de la proteína a masa magra, son virtualmente idénticas entre hombres y mujeres (Fujita et al., 2006a; Miller et al., 2005).

CONCLUSIÓN
Las diferencias en el intercambio de proteína muscular y la cinética de proteína en el estado basal, con la alimentación, y con ejercicios de fuerza y resistencia, parecen ser más similares que divergentes en hombres y mujeres jóvenes. Con el envejecimiento, y más como una consecuencia de la menopausia, las mujeres mayores muestran una tasa elevada de SPM comparada con los hombres y son renuentes a los efectos de la alimentación, a la cual los hombres mayores muestran una respuesta relativamente mayor. A pesar de las grandes diferencias en las concentraciones de esteroides sexuales existe escasa evidencia que sugiera que las mujeres, jóvenes o mayores, muestren una respuesta marcadamente opuesta al entrenamiento de fuerza en términos de hipertrofia relativa o ganancia de fuerza. Aunque sí hay evidencia de que las mujeres dependen ligeramente menos de la oxidación de proteínas durante el ejercicio aeróbico, estas diferencias son pequeñas y probablemente una función de la masa corporal magra.

APLICACIONES PRACTICAS

• Los hombres y mujeres jóvenes muestran muy poca diferencia con respecto a la SPM en el estado basal, en respuesta a la alimentación o al ejercicio de fuerza; por lo que, las recomendaciones generales para optimizar la ganancia de masa magra en hombres y mujeres jóvenes son similares.
• Los hombres jóvenes tienen sólo una respuesta ligeramente mayor de hipertrofia (incremento del tamaño de la fibra muscular) con el entrenamiento de fuerza que las mujeres jóvenes y las ganancias relativas de fuerza son similares o favorecen a las mujeres jóvenes.
• Las mujeres mayores tienen tasas basales elevadas de síntesis de proteína comparadas con los hombres mayores y no muestran una respuesta importante a la alimentación como lo hacen los hombres mayores; las razones para estas diferencias todavía se desconocen.
• Aunque nunca se han comparado directamente entre hombres y mujeres mayores las respuestas de la SPM al ejercicio de fuerza, los resultados de estudios con entrenamiento de fuerza muestran grados relativamente similares de hipertrofia y ganancia de fuerza.
• Mientras que las mujeres jóvenes parecen oxidar menos proteína durante el ejercicio de resistencia que los hombres jóvenes, esta diferencia es pequeña y parece estar relacionada con las diferencias en la masa corporal magra.

REFERENCIAS
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TRADUCCIÓN
Este artículo ha sido traducido y adaptado de: Phillips S. (2013). Sex-Based Differences in muscle protein turnover and metabolism in aging: Feeding and exercise responses. Sports Science Exchange 121, Vol. 27, No. 121, 1-5, por el Dr. Samuel Alberto García Castrejón.