Regeneración muscular, ¿frío o calor?

Regeneración muscular, ¿frío o calor?

La aplicación de frío es una estrategia muy extendida para reducir la inflamación y el dolor en personas que sufren una lesión. Sin embargo, más allá de la analgesia que pueda aportarnos, cada vez se pone más en duda que la crioterapia nos ayude a recuperarnos más rápido. Asimismo, diferentes investigaciones han encontrado que la aplicación de calor podría ser una buena alternativa. La evidencia directa con la que contamos deriva de modelos animales, pero nos puede ayudar a entender qué pasa con el proceso de regeneración muscular cuando se enfría o se calienta la zona lesionada.

EFECTOS DEL FRÍO EN EL PROCESO DE REGENERACIÓN MUSCULAR

Hace ya unos años se publicó una investigación (Tagaki et al., 2011) en la que se estudió cómo era el proceso de regeneración después de una lesión muscular en función de si se modificaba o no la temperatura de la zona. De esta manera, dejaron que algunos animales se recuperaran sin intervención alguna, mientras que a otros les aplicaron frío durante 20 minutos con packs de hielo (0.3-1.3ºC) inmediatamente después de provocarles la lesión; llegando a conseguir una reducción de temperatura intramuscular hasta los 13ºC.

La degeneración de las fibras musculares y la aparición de macrófagos en la zona afectada se retrasó aproximadamente 24 horas en el grupo que recibió crioterapia. En consecuencia, también se demoró la expresión de los factores de crecimiento IGF-1 y TGF-β1 —el primero clave en la transformación fenotípica de macrófagos, en la proliferación de células satélites y en el crecimiento de células musculares. El segundo una de las citocinas fibróticas más potentes— . Asimismo, se retrasó la proliferación y diferenciación de las células satélite —que son coprotagonistas junto al sistema inmune en la regeneración muscular— . Como resultado de estos sucesos, en este grupo se observó un retraso de la migración del núcleo celular del centro a la periferia de las fibras musculares, un proceso que determina la maduración de las mismas. Además, 28 días después de acontecer la lesión, el área de sección transversal de las fibras regeneradas era sustancialmente inferior en aquellos animales que habían sido tratados con hielo (figura 1). Y no solo esto, la deposición de colágeno a los 14 y 28 días después de la lesión también fue significativamente superior en comparación con el grupo control.

Figura 1. Porcentaje de fibras inmaduras (A) y área de fibras después de recuperación control o con crioterapia (Takagi et al. 2011)
 
Posteriormente, usando el mismo protocolo de frío, se volvió a demostrar (Singh et al., 2017) que la crioterapia produce un retraso en la aparición de células del sistema inmune (neutrófilos y macrófagos) y de factores relacionados con los cambios en el volumen vascular (vWF y VEGF), dando como resultado un mayor número de fibras musculares inmaduras a los 28 después de la lesión
 
En la siguientes gráficas podemos observar los efectos que tuvo en otro estudio (Miyakawa et al. 2020) la aplicación de frío con respecto a la actividad de las células inmunitarias. Se volvió a emplear el protocolo de 20 minutos de hielo postlesión muscular y se encontró que en las horas posteriores la cantidad de neutrófilos y de macrófagos era menor que en una situación control
Figura 2. Efectos sobre cantidad de neutrófilos y macrófagos tras aplicación de frío vs control (Miyakawa et al. 2020).
Por su parte, otros investigadores (Shibaguchi et al., 2016) mostraron que los niveles de TGF-β se elevaron tras provocar una lesión muscular. Niveles que se redujeron significativamente a los 7 y 15 días en el grupo que se recuperó de manera natural, pero no en el grupo que se trató con crioterapia. Esto, al igual que ocurrió en el primer estudio mencionado, vino acompañado de una acumulación excesiva de colágeno en la matriz extracelular (figura 3).
 
Figura 3. Músculo lesionado recuperado de manera pasiva (BPVC) y con frío (Ice). En rosa/rojo fibras musculares, en azul/lila el colágeno (Shibaguchi et al., 2016).
 
Más recientemente se publicó un estudio (Shibaguchi et al., 2019) en el que se provocó una lesión a nivel de sóleo a un grupo de ratas. Unas dejaron que se recuperaran de manera natural, a otras le aplicaron frío con el protocolo ya comentado. De manera paralela estudiaron la estructura muscular de algunas ratas a las que no lesionaron. Así podían comprobar el nivel de afectación conseguido con la metodología empleada y si el nivel de recuperación se alteraba o no al reducir la temperatura de la zona afectada. Esto lo hicieron a la semana de la lesión, a las 2 semanas y al mes. 
 
Lo primero que comprobaron fue que la lesión provocó una reducción en el peso relativo del sóleo con respecto al grupo control. Valores que, aunque fueron incrementándose poco a poco, seguían bajos a las 4 semanas. Además, en el análisis inmunohistoquímico que realizaron una semana después, los investigadores observaron una reducción en el porcentaje de miosina (MyHC) I y IIa, así como la aparición de nuevas isoformas en desarrollo (MyHC emb y MyHC neo) y adultas (MyHC d/x y MyHC IIb) en aquellas ratas que habían sido lesionada. Algo que no se detectó en el grupo control, que solo presentó las isoformas MyHC I y IIa. Estas modificaciones fueron normalizándose durante el período de estudio, sin embargo en el grupo al que se le habían aplicado frío este proceso fue más lento. Así, a las 4 semanas solo este grupo seguía presentando MyHC emb
 
En los animales control se detectaron 2 tipos de fibras musculares puras (I y IIA) y 1 híbrida (I + IIA). Algo que permaneció inmutable durante todo el proceso de seguimiento. Sin embargo, la lesión vino acompañada de diversos cambios a este nivel. Por un lado, las fibras I y IIA puras y las fibras híbridas (I + IIA) en el músculo dañado desaparecieron, aunque fueron recuperándose progresivamente. Por otro, en todos los animales lesionados aparecieron fibras emb/neo, IID/X y IIB puras, y fibras que coexpresaban más de 1 isoforma de MyHC (excepto I + IIA) o más de 3 isoformas. Fibras que fueron desapareciendo a lo largo de las 4 semanas de seguimiento. En la comparación de los diferentes grupos se observó que el pico máximo de fibras IID/X en el grupo que recibió frío tardó en alcanzarse una semana más que en el grupo que no lo recibió. Además, en el grupo que recibió crioterapia los porcentajes de fibras que expresaban más de 3 isoformas de miosina y de fibras I + IIA fueron mayores a las 2 y 4 semanas, respectivamente.  
 
Con las variables analizadas no pudo determinarse el porqué de estos hallazgos, pero sí que se vuelve a poner de manifiesto que aplicar frío tras una lesión puede derivar en una recuperación más tardía de los tejidos. 
 
En otro estudio publicado en 2021 (Kawashima et al., 2021) encontraron algo similar a los ya comentados. En este caso vieron que la aplicación de frío —inmediatamente, a las 24 y a las 48 horas— después de una lesión muscular, no solo conlleva un descenso y un retraso en la llegada de neutrófilos y monocitos/macrófagos a las células dañada, también hace que la transición de macrófagos M1 a M2 tarde más en darse en esta condición (macrófagos M1 son proinflamatorios, los primeros en actuar; dando paso luego a los M2, que son antiinflamatorios). Asimismo, la expresión de IL-10 (citocina antiinflamatoria) y de IGF-1 fue menor en el grupo “crioterapia”. Los niveles de TNF-a (citocina proinflamatoria) y de Pax7+ (marcador activación cel satélite) también fueron menores en este grupo el día 3 después de la lesión, pero mayores el día 7. Por su parte, la expresión de factores de regulación miogénica (MyoD y miogenina; asociados a proliferación y diferenciación de células satélite, respectivamente) no se vio alterada por el descenso de temperatura tisular. 
 
Figura 4. Dinámica de de TNFa, IL-10, IGF-1, macrófagos M1 y M2 aplicando hielo o sin aplicarlo tras una lesión (Kawashima et al., 2021).
 
¿Qué supuso todo esto en la recuperación de los tejidos? Cuando no se empleó la crioterapia, las miofibras necróticas fueron reemplazadas gradualmente los días 5 y 7 postlesión por pequeñas células musculares ya regeneradas, que poco a poco fueron madurando e incrementaron su tamaño. En los animales en los que sí que se utilizó la crioterapia, estos cambios también aparecieron; sin embargo, el número de fibras necróticas e infiltradas con células inmunitarias a los 7 días era significativamente superior en este grupo. A su vez, se encontró una tendencia a que el área de sección transversal fuera de menor tamaño en este último grupo.
 
Figura 6. Maduración fibras musculares en función de si aplicó frío o no después de la lesión (Kawashima et al., 2021).
Figura 5. Maduración fibras musculares en función de si aplicó frío o no después de la lesión (Kawashima et al., 2021).
 
Dicho esto, es necesario tener en cuenta que la crioterapia no tiene por qué tener efectos negativos sobre la regeneración del tejido muscular. Algunos han mostrado que no afecta al timming ni al nivel recuperación de la masa muscular, contenido de proteínas, tamaño de las fibras, densidad capilar o acumulación de colágeno (Singh et al., 2017, Vieira Ramos et al., 2016; Shibaguchi et al., 2016). No podemos olvidar tampoco que estos hallazgos se han obtenido con una metodología concreta (con la que se consiguió una gran reducción de la temperatura muscular) y que son estudios realizados con modelos animales y que no siempre se replican los resultados en humanos. 
 

Incluso hay un estudio (Nagata et al., 2023) que ha mostrado recientemente que la aplicación de frío podría ayudar después de una lesión en la que hay poco tejido necrótico (de poca gravedad). En los casos anteriores la lesión provocó la muerte (necrosis) de más células musculares). En este caso se aplicó hielo en 3 series de 30 minutos justo después de la lesión, a las 24 y a las 48 horas. Esto no tuvo efectos significativos a nivel de neutrófilos ni en la expresión de MyoD y miogenina. No obstante, provocó una activación más temprana de las células satélite (día 3 frente a día 5), una menor acumulación de macrófagos M1 en los primeros días y una mayor fracción de macrófagos M2 el día 3 postlesión. Como resultado se vio que el área lesionada había aumentado desde el momento de la lesión al tercer día en el grupo control, pero no en cuando se les aplicó el paquete de hielo. A los 14 días se observó que el área lesionada era menor en el “grupo hielo” (figura 6). Las fibras musculares se regeneraron antes y el porcentaje de fibras regeneradas que tenían un gran tamaño también era mayor cuando los animales se recuperaron con la crioterapia.

Figura 6. Menor área lesionada días después de una pequeña lesión muscular cuando se utilizó crioterapia (Nagata et al., 2023).
 

A la vista de estos últimos hallazgos, los autores del artículo concluían que la decisión de usar frío o no debe tomarse en función de la magnitud de daño muscular que se presente. Sin embargo, no parece que sea tan sencillo. Kawashima et al (2021) después de realizar una carrera cuesta abajo que produjo un daño en los tejidos, mostraron que al aplicar frío después del esfuerzo—paquete hielo durante 20min— la proporción de fibras que mostraban una alteración estructural era significativamente mayor (vs recuperación pasiva o con calor) al día siguiente, a los 3 y a los 7 días (figura 7).  

Figura 7. Fibras musculares con alteraciones después de realizar ejercicio intenso y recuperar con: frío, calor o de forma pasiva (Kawashima et al., 2021).

Habrá que estar atentos a nuevos estudios que nos aclaren un poco más todo este tema…

 

EFECTOS DEL CALOR EN EL PROCESO DE REGENERACIÓN MUSCULAR

Veíamos que aplicar frío durante 20 minutos puede tener efectos negativos en la recuperación después de una lesión muscular. ¿Qué pasaría si aplicamos calor durante ese mismo período de tiempo? 

En una investigación (Takeuchi et al., 2014) se aplicó calor, 5 minutos después de generarse la lesión y durante 20 minutos, utilizando una bolsa con agua caliente (42ºC). Con esta metodología se encontró que el músculo alcanzaba una temperatura de 38.5º aproximadamente y que esto, en comparación con un proceso de regeneración natural, potenciaba la migración de macrófagos a la zona dañada, la expresión de IGF-1, la presencia de células satélite. 

Figura 8. El calor potencia la expresión de macrófagos y células satélite tras una lesión muscular (Takeuchi et al., 2014).

Esto provocó que los mionúcleos migraran antes hacia la periferia y las fibras alcanzaran un mayor área 28 días después de la lesión. En definitiva, que las fibras musculares maduraran antes. En este estudio también se demostró que con la termoterapia se conseguía un menor área en las fibras de colágeno, asociado este acontecimiento con una menor expresión de TGF-β a los 28 días de la lesión.

Figura 9. Maduración y crecimiento de fibras musculares, y deposición de colágeno tras lesión en función de su se aplicó calor o no (Takeuchi et al., 2014).
 
En uno de los estudios comentados anteriormente (Shibaguchi et al. 2019), además del grupo de recuperación natural y con frío, se incluyó otro grupo que recibió un tratamiento de calor 48 h después de la lesión y todos los días durante 2 semanas. Este consistía en introducir, durante 30 minutos, las patas en agua que estaba una temperatura de 42ºC. De esta manera se consiguió que la temperatura muscular se incrementara de los 35ºC hasta los 41ºC.
 
A las 4 semanas en estos animales se alcanzó el peso relativo del sóleo que presentaba el grupo control y se dejó de detectar las isoformas MyHC neo y IIb (miosinas en desarrollo), algo que no ocurrió en el grupo que tuvo una recuperación natural y en el grupo frío. A su vez, el incremento de MyHc neo también fue menos pronunciado en este grupo que en los otros 2.
 
Figura 10. Miosinas en proceso de maduración tras una lesión recuperada con frío (ice), calor (heat) o manera pasiva (BPVC) en comparación con una situación control (con) (Shibaguchi et al., 2019).
En cuanto a las composición de las fibras musculares, la aplicación de calor aceleró la aparición de fibras tipo I y I + IIA; observándose un mayor porcentaje de las mismas a las 2 semanas. Algo similar ocurrió con proceso de desaparición de fibras IID/X, que no fueron detectables a las 2 semanas en el grupo que recibió calor pero hubo que esperar 4 semanas en los otros grupos. Además, a las 2 semanas, el porcentaje de fibras en las que se expresaban más de 1 isoforma de MyHC (excepto I + IIA) fue menor en el grupo que fue tratado con agua caliente.
 
Para comprobar, al menos en parte, a qué se debía esta aceleración del proceso de recuperación, realizaron mediciones de los niveles de expresión de PGC-1α y de proteínas de choque térmico (HSP72), que parecen estar implicadas, entre otras cosas, en la regulación del fenotipo y el tamaño de las fibras musculares. Hecho que se corroboró en este estudio: durante el período experimental y en comparación con los animales control, los niveles de PGC-1α y de HSP72 fueron menores en los animales lesionados, excepto en aquellos que habían sido tratados con calor.
 
Figura 11. Expresión de PGC-1 y proteína de choque térmico tras una lesión recuperada con frío (ice), calor (heat) o manera pasiva (BPVC) en comparación con una situación control (con) (Shibaguchi et al., 2019).
 
Estos hallazgos van en la línea de anteriores estudios que mostraron que la aplicación intermitente de calor en la zona lesionada puede favorecer la regeneración del tejido afectado. En anteriores investigaciones (Selsby et al., 2007; Oishi et al., 2009; Oishi et al., 2015; Shibaguchi et al., 2016; Kim et al. 2019) que utilizaron protocolos muy similares a este último, se mostró que el calor no solo ayuda a aumentar los niveles de expresión de las proteínas de choque térmico y acelera la normalización en el tipo de fibra; también favorece una presencia superior de macrófagos, de calcineurina (proteína asociada a miogénesis y regulación fenotipo y crecimiento de fibras), la actividad de las células satélite y la señalización molecular de la síntesis de proteínas
 
 Esto podría explicar por qué al aplicar calor se aceleró —en comparación con proceso natural y aplicación de hielo— la recuperación del peso relativo del músculo lesionado, el contenido de proteínas totales y miofibrilares en el músculo, el número de mionúcleos por fibra, el área de sección transversal de las fibras y la fuerza de las mismas.
 
Figura 12. Área de sección transversal de fibras musculares lesionadas y recuperadas recuperada con frío (ice), calor (heat) o manera pasiva (BPVC) en comparación con una situación control (con) (Shibaguchi et al., 2016).* Diferencias significativas vs control. b y c, diferencias significativas vs día 7 y 15. Nótese que en esta investigación el frío no empeora la recuperación en cuando a área muscular, pero el calor la acelera.
 
Curiosamente, Shibaguchi et al. (2016) mostraron que a pesar de que el calor no afectó al transcurso de la expresión de TGF-β, el grupo que fue tratado con calor presentó una menor acumulación de colágeno que los que recibieron crioterapia y que los que se recuperaron sin modificar la temperatura natural de la zona lesionada. Aunque esto se ha encontrado siempre (Kim et al. 2019).
Figura 13. Área de colágeno en fibras musculares recuperadas recuperada con frío (ice), calor (heat) o manera pasiva (BPVC) en comparación con una situación control (con) (Shibaguchi et al., 2016)
 
Los efectos positivos del calor en el desarrollo de las fibras musculares se han encontrado también en cultivos de células aisladas. Tomemos como ejemplo un estudio (Lee et al., 2018) en el que las fibras fueron incubadas durante 3-5 días a 37ºC o a 39ºC. A esta última temperatura las células estuvieron expuestas bien de manera intermitente (2h/día), bien de manera continua. El aumento de la temperatura en el músculo (39ºC) generó una mayor proliferación de mioblastos y un mayor número de miotubos durante la diferenciación. Miotubos que eran de mayor tamaño y presentaban mayor índice de fusión (número de núcleos en miotubos / nº total mionúcleos). Además de esto, se observó que el calor provocó un aumento en la expresión de genes relacionados con la biogénesis y dinámica mitocondrial y con las isoformas lentas de miosina (MyHCI y MyHCIIa). Se observó que a mayor tiempo de exposición al calor, mayores eran todos estos efectos. Por último, se observó que cuando se inhibían la expresión de PGC-1α se reducía considerablemente la diferenciación miogénica. Esto nos indica que, el aumento en la expresión de PGC-1α, que conseguimos potenciar con el tratamiento de calor, está involucrada en la aceleración del proceso de maduración de nuestras célulasAsimismo, se ha demostrado que la expresión de PGC-1α es determinante para reducir la atrofia que produce un periodo de desuso de una musculatura (Sandri et al., 2006).

¿QUÉ PASA EN HUMANOS?

Ya vemos que la aplicación de calor parece aportar ciertos beneficios en la regeneración del tejido muscular. Sin embargo, para hacernos una mejor idea de lo que nos puede aportar el calor, a todos estos hallazgos de estudios realizados con animales o con fibras aisladas, habría que añadir los que se han obtenido en investigaciones realizadas con humanos. En estos estudios no se analizó la rapidez o la calidad de un proceso de regeneración muscular, pero sí que se muestran resultados que pueden hacernos posicionarnos a favor de la termoterapia

Hemos visto que tanto la PGC-1a y las proteínas de choque térmico juegan un papel  determinante sobre la estructura muscular (ej. control tamaño músculo y angiogénesis). A día de hoy contamos con estudios que han mostrado que la aplicación de calor es suficiente para lograr un aumento en su expresión (Kuhlenhoelter et al., 2016; Hafen et al., 2018; Hafen et al., 2019; Kim et al., 2020) (figura 14). Estudios que mostraron que con el uso exclusivo de termoterapia se puede lograr un aumento expresión de marcadores de crecimiento vascular, en los índices de vascularización, así como de la función y el contenido mitocondrial.  Y que si se aplica calor durante un periodo de inmovilización no solo podemos lograr mantener la función de las mitocondrias, también reducir la atrofia muscular.

Figura 14. Calor aumenta expresión de proteínas de choque térmico y PGC1-a en humanos (Hafen et al., 2019).

En línea con esto último, también hay evidencia de que con el calor podemos potenciar la cascada de señalización molecular (vía mTOR) que deriva en la síntesis de proteínas y aumentar la masa muscular y en rendimiento físico (Goto et al., 2011; Kakigi et al., 2011; Kim et al., 2020). Así como potenciar los efectos que tiene el ejercicio físico sobre estas variables (Nakamura et al. 2019). Aunque otras investigaciones no encontraron mejoras en la síntesis de proteína, en la propiedades contráctiles del músculo, en la fuerza o en la hipertrofia: Fuchs et al., 2020; Labidi et al., 2021). Atendiendo a los resultados y las metodologías de los estudios publicados, quizá con personas activas no tenga mucho sentido, pero sí que “puede tener utilidad como una contramedida para el desacondicionamiento y la degeneración muscular” (ver aquí). 

¿Qué hay sobre crioterapia en humanos?

En base a los hallazgos obtenidos en estudios realizados con animales, podemos ver que cuando se alterna la dinámica natural de los procesos que se ponen en marcha en nuestro organismo para llevar a cabo una curación de un daño muscular (ej. sistema inmune), los resultados no son buenos. Al menos cuando la lesión afecta a bastante tejido muscular. En humanos, como he comentado, no hay evidencia de que la crioterapia empeore la regeneración del músculo, pero sí de que puede alterar esa dinámica fisiológica necesaria para que esta acontezca. Por ejemplo, se ha demostrado que los marcadores inflamatorios y la actividad de las células satélite pueden reducirse (ver aquí y aquí). 

Si a esto le añadimos que la crioterapia parece reducir el contenido de proteínas de choque térmico y la señalización molecular necesaria para la síntesis de proteína miofibrilar y biogénesis ribosómica, que aumenta los niveles basales de marcadores de degradación de proteínas y que las ganancias de músculo y fuerza son menores cuando se aplica después de un entrenamiento (Yamane et al., 2006; Fröhlich et al., 2014; Yamane et al.,2015; Roberts et al., 2015; Figueiredo et al. 2016; Fyfe et al., 2019; Fuchs C et al., 2020), quizá deberíamos tener precaución con su uso… Puede hacernos sentir menos dolor, pero ¿a costa de qué? Podría ser interesante buscar alternativas, como el propio calor o cremas mentoladas que, sin reducir mucho la temperatura corporal, pueden reducir las molestias producidas por una lesión igual o más que el hielo, y favorece la recuperación de la masa muscular durante un programa de rehabilitación. Algo que Engelhard et al., (2019) mostraron que no parece pasar con humanos (figura 15).

Figura 15. Crema mentolada como alternativa al frío, con efectos positivos (Hengelhard et al., 2019)

 

Como complemento a este artículo te recomendamos la escucha del podcast “Lesiones: ¿frío o calor?”

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