Tesis:
Influencia de las hormonas sexuales en la respuesta de la hepcidina y la homeostasis del hierro al ejercicio de resistencia en mujeres deportistas: Proyecto IronFEMME = Influence of sex hormones on the hepcidin and iron homeostasis response to endurance exercise in women athletes: IronFEMME study
- Autor: ALFARO MAGALLANES, Víctor Manuel
- Título: Influencia de las hormonas sexuales en la respuesta de la hepcidina y la homeostasis del hierro al ejercicio de resistencia en mujeres deportistas: Proyecto IronFEMME = Influence of sex hormones on the hepcidin and iron homeostasis response to endurance exercise in women athletes: IronFEMME study
- Fecha: 2022
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y DEL DEPORTE – INEF
- Departamentos: SALUD Y RENDIMIENTO HUMANO
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/71841/
- Director/a 1º: BENITO PEINADO, Pedro José
- Director/a 2º: PEINADO LOZANO, Ana Belén
- Resumen: Introducción: El hierro es un mineral imprescindible para el correcto funcionamiento del cuerpo humano, participando en el transporte de oxígeno, respiración mitocondrial, replicación de ácidos nucleicos, metabolismo de intermediarios y xenobióticos, mecanismos de defensa y señalización celular. Debido a sus funciones clave en el transporte de oxígeno y respiración mitocondrial, es de gran importancia para el rendimiento deportivo, especialmente en deportes de resistencia. Sin embargo, la deficiencia de hierro es una de las deficiencias nutricionales con más incidencia en la población a nivel mundial, acentuándose en las mujeres premenopaúsicas físicamente activas. Es por esto que las mujeres deportistas premenopaúsicas son la población más afectada por la deficiencia de hierro y la anemia ferropénica, siendo los principales motivos unos requerimientos diarios de hierro aumentados debido a la pérdida de sangre a través de la menstruación y el aumento de la actividad eritropoyética producida por el ejercicio de resistencia. La disponibilidad de hierro en sangre es regulada a través de la hepcidina, la cual se encarga de degradar la proteína de membrana denominada ferroportina. Esta proteína es el único transportador de hierro conocido desde el interior de la célula a la circulación, siendo así la hepcidina capaz de regular la absorción de hierro en el intestino, el reciclaje de hierro por parte de los macrófagos y la liberación de reservas de hierro existentes en el hígado. Curiosamente, el ejercicio es capaz de incrementar la hepcidina de forma significativa tras su práctica, observando un pico de esta hormona 3 horas después del mismo, lo que dificulta la absorción de hierro en deportistas. Los principales reguladores de la hepcidina son el estatus de hierro del individuo, la inflamación y la eritropoyesis. En los últimos años han surgido otros candidatos que podrían regularla, como son las hormonas sexuales femeninas. Sin embargo, la mayoría de las investigaciones estudiando la respuesta de la hepcidina al ejercicio no tienen en cuenta los diferentes estados hormonales que transcurren a lo largo de la vida de la mujer. De hecho, los pocos que lo han hecho no analizan con rigurosidad las fluctuaciones hormonales que tienen lugar durante las diferentes fases del ciclo menstrual o de un ciclo anticonceptivo. Por tanto, los objetivos de esta tesis fueron evaluar la influencia del ciclo menstrual, de los anticonceptivos orales y de la menopausia sobre la respuesta de la hepcidina tras un ejercicio interválico de resistencia en mujeres deportistas. Método: Un total de 21 mujeres eumenorreicas (edad: 30,5±6,5 años; estatura: 1,63±0,06 m; peso: 58,4±8,7 kg; porcentaje graso: 26,4±7,0%; consumo máximo de oxígeno: 48,4±4,4 ml·min ·kg ), 16 mujeres usuarias de anticonceptivos orales -1 -1 monofásicos (edad: 25,3±4,7 años; estatura: 1,62±0,06 m; peso: 56,0±5,7 kg; porcentaje graso: 24,8±6,0%; consumo máximo de oxígeno: 47,4±5.5 ml·min ·kg ), -1 -1 y 13 mujeres posmenopáusicas (51,5±3,89 años; 1,62±0,05 m; 55,9±3,6 kg; porcentaje graso: 24,7±4,2%; consumo máximo de oxígeno: 42,4±4,0 ml·min ·kg ) completaron -1 -1 la fase del Proyecto Iron and muscle damage: FEmale Metabolism and Menstrual cycle during Exercise (IronFEMME) relacionada con la homeostasis del hierro. Todas las participantes fueron clasificadas como entrenadas, realizando como mínimo 3 horas semanales de entrenamiento de resistencia en los últimos 6 meses. La determinación de las fases del ciclo menstrual en el grupo de mujeres eumenorreicas se realizó a través de una metodología que incluyó control retrospectivo del ciclo menstrual, análisis de hormonas sexuales en sangre y predicción de la ovulación utilizando tests de detección de hormona luteinizante en orina. Todas las participantes realizaron un test máximo de carrear en tapiz rodante para determinar su consumo máximo de oxígeno y su velocidad aeróbica máxima. Tras este test inicial, las participantes realizaron un protocolo de carrera interválico en tapiz rodante que consistió en 8 series de 3 minutos al 85% de la velocidad correspondiente al consumo máximo de oxígeno con 90 segundos de descanso entre series al 30% de la velocidad correspondiente al consumo máximo de oxígeno. Las mujeres eumenorreicas realizaron este protocolo de ejercicio en la fase folicular temprana, fase folicular tardía y fase lútea media del ciclo menstrual. Por otro lado, las mujeres usuarias de anticonceptivos orales realizaron el protocolo de ejercicio en las fases no hormonal o de descanso y en la fase hormonal o de toma de anticonceptivos orales. En ambos grupos las fases fueron aleatorizadas y contrabalanceadas para evitar el efecto del aprendizaje. Las mujeres posmenopáusicas realizaron el protocolo de ejercicio una sola vez. Se extrajeron muestras sanguíneas justo antes y después del ejercicio, y a las 3 y 24 horas tras el ejercicio. En todas las muestras se analizaron hepcidina, hierro, ferritina, transferrina, interleucina-6, proteína C reactiva y factor de necrosis tumoral alfa. Además, en la muestra previa al ejercicio se analizó 17 beta estradiol, progesterona, hormona luteinizante y hormona foliculoestimulante. Finalmente se realizó una comparación de los valores basales de hierro, ferritina, saturación de transferrina, transferrina, interleucina-6 y proteína C reactiva entre las diferentes fases del ciclo menstrual y las fases del ciclo anticonceptivo. Para este análisis se tuvieron en cuenta tanto las participantes del estudio IronFEMME como las participantes reclutadas para el estudio piloto de IronFEMME. Resultados: Los datos se presentan como media y desviación típica de la media. Se encontraron las diferencias esperadas en las hormonas sexuales para cada grupo de estudio, así como para cada fase de medición, confirmando la correcta determinación de los diferentes perfiles hormonales. El protocolo de ejercicio realizado generó un incremento de la hepcidina 3 horas después del ejercicio en la mayoría de los perfiles hormonales. Concretamente en las mujeres eumenorreicas, la hepcidina no mostró una elevación significativa a las 3 horas tras el ejercicio ni en la fase folicular temprana (pre-ejercicio: 0,67±0,42 vs 3 horas pos-ejercicio: 1,26±1,25 nMol/l; p=0,426) ni en la fase lútea media (pre-ejercicio: 1,10±1,39 vs 3 horas pos-ejercicio: 1,75±1,98 nMol/l; p=0,137), mientras que si lo hizo en la fase folicular tardía (pre-ejercicio, 1,02±1,09 vs 3 horas pos-ejercicio, 3,01±4,16 nMol/l; p<0,001). Sin embargo, el efecto de la fase del ciclo menstrual y el efecto combinado de la fase del ciclo menstrual y el tiempo de medición sobre la hepcidina solo mostraron una tendencia, no llegando estas diferencias a la significación (p=0,052 y p=0,075 respectivamente). No obstante, se halló un tamaño del efecto moderado y significativo mostrando mayores niveles de hepcidina a las 3 horas tras el ejercicio en la fase folicular tardía en comparación con la folicular temprana (d=0,57, intervalo de confianza=0,07 a 1,08). Si se encontraron diferencias entre las fases del ciclo menstrual para la ferritina, el hierro y la saturación de transferrina, que fueron menores durante la fase folicular temprana (hierro: 58,04±19,70 μg/dl, saturación de transferrina: 14,71±5,47%, ferritina: 34,82±16,44 ng/ml; p<0.05) en comparación con la fase folicular tardía (hierro: 88,67±36,38 μg/dl, saturación de transferrina: 22,22±9,54 %, ferritina: 40,90±23,91 ng/ml) y la fase lútea media (hierro: 80,20±42,05 μg/dl, saturación de transferrina: 19,87±10,37 %, ferritina: 37,37±22,89 ng/ml). En el grupo de anticonceptivos orales, tanto la fase hormonal (preejercicio: 0,64±0,22; 3 horas pos-ejercicio: 2,83±3,06 nMol/l) como la no hormonal (pre-ejercicio: 1,04±0,94; 3 horas pos-ejercicio: 3,33±4,33 nMol/l) presentaron una respuesta de la hepcidina al ejercicio (p<0,05). Sin embargo, no se observó ninguna diferencia entre la respuesta de la hepcidina 3 horas tras el ejercicio en la fase hormonal y la fase no hormonal (p>0,05), a pesar de que la fase no hormonal presento menores niveles de hierro y mayores de transferrina en comparación con la fase hormonal (hierro: 105,68±50,84 vs 131,54±47,17 μg/dl, respectivamente, p<0,001; transferrina: 346,33±60,49 vs 328,17±54,70 mg/ml, respectivamente, p<0,001). Por otro lado, cuando se compararon los valores basales de los marcadores de hierro de las participantes del estudio piloto de IronFEMME sumadas a las del proyecto IronFEMME en los diferentes estados hormonales del ciclo menstrual con los diferentes estados hormonales del ciclo anticonceptivo oral, se observó que las deportistas con ciclos menstruales naturales presentaron una saturación de la transferrina, hierro y transferrina menores en todas las fases analizadas del ciclo menstrual (fase folicular temprana: hierro 53,86±27,44 μg/dl, transferrina 288,94±34,71 mg/ml, saturación de transferrina 13,75±6,20 %; fase folicular mediatardía: hierro 78,22±35,54 μg/dl, transferrina 287,69±36,40 mg/ml, saturación de transferrina 21,27±9,87 %; fase lútea media: hierro 76,25±43,21 μg/dl, transferrina 288,67±36,66 mg/ml, saturación de transferrina 18,63±10,13 %) en comparación con las deportistas que toman anticonceptivos orales durante su fase hormonal (hierro 117,58±52,50 μg/dl, transferrina 315,61±49,03 mg/ml, saturación de transferrina 27,36±15,35%; p<0,05). Sin embargo, tanto la fase folicular media-tardía como la fase lútea media del ciclo menstrual no difieren de la fase no hormonal del ciclo anticonceptivo oral en ninguna de las variables (hierro 90,19±49,83 μg/dl, transferrina 333,43±55,78 mg/ml, saturación de transferrina 19,55±11,41 %; p>0,05). Por último, las mujeres postmenopáusicas presentaron un incremento de la hepcidina 3 horas tras el protocolo de ejercicio (3,69±3,38 nMol/l) en comparación con los valores preejercicio (1,77±1,74 nMol/l, p=0,023), manteniéndose aún elevada a las 24 horas tras el ejercicio (3,25±3,61 nMol/l, p=0,020) con respecto a los valores previos al ejercicio. Conclusiones: Las diferentes fases del ciclo menstrual influyen en la homeostasis del hierro, disminuyendo significativamente el hierro, la saturación de la transferrina y la ferritina durante la fase folicular temprana. Esto es probablemente una consecuencia de la pérdida de sangre menstrual que experimentan las mujeres durante la fase folicular temprana. Sin embargo, la hepcidina basal y su respuesta al ejercicio no se ajustan con igual magnitud a los cambios en los marcadores de hierro sérico, mostrando sólo una ligera disminución durante la fase folicular temprana. Estos resultados sugieren que la fase folicular temprana podría presentar una mayor absorción de hierro. Por otro lado, el ciclo anticonceptivo oral monofásico muestra una reducción del hierro sérico durante la fase no hormonal, pero no de la ferritina sérica. De nuevo, estos cambios coinciden con la pérdida de sangre menstrual; sin embargo, la hepcidina basal y su respuesta al ejercicio no muestran diferencias entre las fases no hormonal y hormonal, sugiriendo que en ambas fases se puede esperar una absorción de hierro similar. La comparación de los marcadores de hierro entre mujeres con ciclos menstruales naturales y aquellas con un ciclo anticonceptivo muestra que aquellas que menstrúan de forma natural, presentan una menor disponibilidad de hierro en suero en comparación con las usuarias de anticonceptivos orales. Sin embargo, estas diferencias se amplían o desaparecen cuando se comparan fases específicas de ambos tipos de ciclo. Por lo tanto, el perfil hormonal de la deportista debe tenerse en cuenta en el diagnóstico de la deficiencia de hierro y en la evaluación de los marcadores séricos de la homeostasis del hierro, como el hierro, la transferrina y la saturación de la transferrina. No obstante, para la estimación de las reservas corporales de hierro a través de la ferritina sérica, no sería necesario considerar el perfil hormonal de la deportista. Por último, la postmenopausia parece retrasar la recuperación de los niveles de hepcidina basal después de una sola sesión de ejercicio interválico de carrera, ya que esta población presentó niveles de hepcidina significativamente elevados 24 horas después del protocolo de resistencia. ----------ABSTRACT---------- Introduction: Iron is an essential mineral for the proper functioning of the human body, participating in oxygen transport, mitochondrial respiration, nucleic acid replication, metabolism of intermediates and xenobiotics, host defense and cell signaling. Owing to its key functions in oxygen transport and mitochondrial respiration, iron is of great relevance to athletic performance, especially in endurance sports. However, iron deficiency is one of the nutritional deficiencies with the highest incidence worldwide, being more pronounced in physically active premenopausal women. Therefore, premenopausal female athletes are the population most affected by iron deficiency and iron deficiency anemia, due to the increased iron requirements caused by blood loss through menstruation and the increased erythropoietic activity produced by endurance exercise. Serum iron availability is regulated by hepcidin, which is responsible for degrading the membrane protein ferroportin. Since ferroportin is the only known cellular exporter of iron to the circulation, hepcidin regulates iron absorption in the intestine, iron recycling by macrophages and the release of iron stores in the liver. Interestingly, exercise significantly increases hepcidin after its practice, with a peak of this hormone observed 3 hours after exercise, which hinders iron absorption in athletes. The main regulators of hepcidin are the iron status of the individual, inflammation, and erythropoiesis. In recent years, other potential regulators have emerged, such as female sex hormones. However, most research studying the response of hepcidin to exercise does not consider the different hormonal states that occur throughout a woman's life. In fact, the few that have done so do not rigorously analyze the hormonal fluctuations that occur during the different phases of the menstrual cycle or an oral contraceptive cycle. Therefore, the objectives of this thesis were to evaluate the influence of the menstrual cycle, oral contraceptives, and menopause on the hepcidin response after interval running exercise in female athletes. Methods: A total of 21 eumenorrheic women (age: 30.5±6.5 years; height: 1.63±0.06 m; weight: 58.4±8.7 kg; fat percentage: 26.4±7.0%; maximal oxygen consumption: 48.4±4.4 ml·min ·kg ), 16 women users of monophasic oral -1 -1 contraceptives (age: 25.3±4.7 years; height: 1.62±0.06 m; weight: 56.0±5.7 kg; fat percentage: 24.8±6.0%; maximal oxygen consumption: 47.4±5. 5 ml·min ·kg 1), and -1 -1 13 postmenopausal women (51.5±3.89 years; 1.62±0.05 m; 55.9±3.6 kg; fat percentage: 24.7±4.2%; maximal oxygen consumption: 42.4±4.0 ml·min ·kg ) -1 -1 completed the Iron and muscle damage: FEmale Metabolism and Menstrual cycle during Exercise (IronFEMME) phase of the Project related to iron homeostasis. Training status of the participants was considered as trained/developmental, performing at least 3 hours per week of endurance training in the last 6 months. The determination of the phases of the menstrual cycle in the group of eumenorrheic females was performed using a methodology that included retrospective control of the menstrual cycle, analysis of serum sex hormones and prediction of ovulation using urine luteinizing hormone detection tests. All participants performed a maximal treadmill running test to determine their maximal oxygen consumption and maximal aerobic speed. After this initial test, participants performed an intervallic treadmill running protocol consisting of 8 sets of 3 minutes at 85% of the speed corresponding to maximal oxygen uptake with 90 seconds rest between sets at 30% of the speed corresponding to maximal oxygen uptake. Eumenorrheic women performed this exercise protocol in the early follicular phase, late follicular phase, and mid-luteal phase of the menstrual cycle. On the other hand, women using oral contraceptives performed the exercise protocol in the non-hormonal or withdrawal phase and in the hormonal or active pill phase. In both groups the phases were randomized and counterbalanced to avoid any learning effect. Postmenopausal women performed the exercise protocol only once. Blood samples were drawn just before and after exercise, and at 3 and 24 hours after exercise. Hepcidin, iron, ferritin, transferrin, interleukin-6, C-reactive protein and tumor necrosis factor-alpha were analyzed in all samples. In addition, 17 beta estradiol, progesterone, luteinizing hormone, and follicle stimulating hormone were analyzed in the preexercise sample. Finally, the basal values of iron, ferritin, transferrin saturation, transferrin, interleukin-6, and C-reactive protein were compared between the different phases of the menstrual and oral contraceptive cycles. Both participants in the IronFEMME study and participants recruited for the IronFEMME pilot study were considered for this analysis. Results: Data are presented as mean and standard deviation of the mean. Predicted differences in sex hormones were found for each study group, as well as for each phase of measurement, confirming the correct determination of the different hormonal profiles. The exercise protocol performed generated an increase in hepcidin 3 hours after exercise in most of the hormonal profiles. Specifically, in eumenorrheic women, hepcidin did not show a significant elevation at 3 hours after exercise nor in the early follicular phase (pre-exercise: 0.67±0.42 vs 3 hours post-exercise: 1.26±1. 25 nMol/l; p=0.426) nor in the mid-luteal phase (pre-exercise: 1.10±1.39 vs 3 hours postexercise: 1.75±1.98 nMol/l; p=0.137), while it did in the late follicular phase (preexercise, 1.02±1.09 vs 3 hours post-exercise, 3.01±4.16 nMol/l; p<0.001). However, both the effect of menstrual cycle phase and the combined effect of menstrual cycle phase and time of measurement on hepcidin only showed a trend, these differences not reaching significance (p=0.052 and p=0.075 respectively). Still, a moderate and significant effect size was found showing higher hepcidin levels at 3 hours after exercise in the late follicular phase compared to the early follicular phase (d=0.57, confidence interval=0.07 to 1.08). Differences between menstrual cycle phases were found for ferritin, iron and transferrin saturation, which were lower during the early follicular phase (iron: 58.04±19.70 μg/dl, transferrin saturation: 14.71±5.47 %, ferritin: 34.82±16.44 ng/ml; p<0.05) compared to the late follicular phase (iron: 88.67±36.38 μg/dl, transferrin saturation: 22.22±9.54 %, ferritin: 40.90±23.91 ng/ml) and the midluteal phase (iron: 80.20±42.05 μg/dl, transferrin saturation: 19.87±10.37 %, ferritin: 37.37±22.89 ng/ml). In the oral contraceptive group, both hormonal (pre-exercise: 0.64±0.22; 3 hours post-exercise: 2.83±3.06 nMol/l) and non-hormonal (pre-exercise: 1.04±0.94; 3 hours post-exercise: 3.33±4.33 nMol/l) phases presented a hepcidin response to exercise (p<0.05). However, no difference was observed between the hepcidin response 3 hours post-exercise in the hormonal phase and the non-hormonal phase (p>0.05), even though the non-hormonal phase presented lower iron and higher transferrin levels compared to the hormonal phase (iron: 105.68±50.84 vs 131.54±47.17 μg/dl, respectively, p<0.001; transferrin: 346.33±60.49 vs 328.17±54.70 mg/ml, respectively, p<0.001). In addition, when comparing the data of the pilot project added to those of IronFEMME, it was observed that female athletes with natural menstrual cycles presented lower transferrin, iron and transferrin saturation in all the analyzed phases of the menstrual cycle (early follicular phase: iron 53.86±27.44 μg/dl, transferrin 288.94±34.71 mg/ml, transferrin saturation 13.75±6.20 %; mid-late follicular phase: iron 78.22±35.54 μg/dl, transferrin 287.69±36.40 mg/ml, transferrin saturation 21.27±9.87 %; mid-luteal phase: iron 76.25±43.21 μg/dl, transferrin 288.67±36.66 mg/ml, transferrin saturation 18.63±10.13 %) compared to female athletes taking oral contraceptives during their hormonal phase (iron 117.58±52.50 μg/dl, transferrin 315.61±49.03 mg/ml, transferrin saturation 27.36±15.35%; p<0.05). However, both the mid-late follicular phase and mid-luteal phase of the menstrual cycle did not differ from the non-hormonal phase of the oral contraceptive cycle in any of the variables (iron 90.19±49.83 μg/dl, transferrin 333.43±55.78 mg/ml, transferrin saturation 19.55±11.41 %; p>0.05). Finally, postmenopausal women presented an increase in hepcidin 3 hours after the exercise protocol (3.69±3.38 nMol/l) compared to pre-exercise values (1.77±1.74 nMol/l, p=0.023), remaining still elevated at 24 hours after exercise (3.25±3.61 nMol/l, p=0.020) with respect to pre-exercise values. Conclusions: Iron homeostasis is influenced by the different phases of the menstrual cycle, with iron, transferrin saturation and ferritin decreasing significantly during the early follicular phase. This is probably a consequence of the menstrual blood loss that women experience during the early follicular phase. However, basal hepcidin and its response to exercise do not adjust with equal magnitude to changes in serum iron markers, showing only a slight decrease during the early follicular phase. These results suggest that the early follicular phase could present a greater iron absorption. On the other hand, the monophasic oral contraceptive cycle shows a reduction in serum iron during the non-hormonal phase, but not in serum ferritin. Again, these changes coincide with menstrual blood loss; however, basal hepcidin and its response to exercise show no differences between the non-hormonal and hormonal phases, suggesting that similar iron absorption can be expected in both phases. Comparison of iron markers between women with natural menstrual cycles and those with a contraceptive cycle shows that those who menstruate naturally have lower serum iron availability compared to oral contraceptive users. However, these differences widen or disappear when specific phases of both types of cycle are compared. Therefore, the hormonal profile of the athlete should be considered in the diagnosis of iron deficiency and in the evaluation of serum markers of iron homeostasis, such as iron, transferrin, and transferrin saturation. However, for the estimation of body iron stores through serum ferritin, it would not be necessary to consider the hormonal profile of the athlete. Finally, postmenopause seems to delay the recovery of basal hepcidin levels after a single session of interval running exercise, as this population presented significantly elevated hepcidin levels 24 hours after the endurance protocol.