8 hetes, alacsony szénhidráttartalmú, magas zsírtartalmú, ketogén étrend fokozott kimerítő testmozgás egerekben 2. rész: Hatás a fáradtság helyreállítására, a testmozgás utáni biomarkerekre és az antioxidációs képességre

Qingyi Huang

1 Élelmiszertudományi Főiskola, Dél-kínai Mezőgazdasági Egyetem, Guangzhou 510642, Kína; moc.361@aaaaaayqh

2 Sporttudományi Doktori Iskola, Waseda Egyetem, Tokorozawa 359-1192, Japán; pj.adesaw.ikot@iuhisam (S.M.); [email protected] (T. T.)

3 Az élelmiszer-minőség és biztonság legfontosabb laboratóriuma Guangdong tartományban, Guangzhou 510642, Kína

Sihui Ma

2 Sporttudományi Doktori Iskola, Waseda Egyetem, Tokorozawa 359-1192, Japán; pj.adesaw.ikot@iuhisam (S.M.); [email protected] (T. T.)

Takaki Tominaga

2 Sporttudományi Doktori Iskola, Waseda Egyetem, Tokorozawa 359-1192, Japán; pj.adesaw.ikot@iuhisam (S.M.); [email protected] (T. T.)

Katsuhiko Suzuki

4 Sporttudományi Kar, Waseda Egyetem, Tokorozawa 359-1192, Japán

Csunhong Liu

1 Élelmiszertudományi Főiskola, Dél-Kínai Mezőgazdasági Egyetem, Guangzhou 510642, Kína; moc.361@aaaaaayqh

3 Az élelmiszer-minőség és biztonság legfontosabb laboratóriuma Guangdong tartományban, Guangzhou 510642, Kína

Absztrakt

1. Bemutatkozás

A maratonokat és az elhúzódó állóképességi gyakorlatokat általában fáradtság és szövet-/szervkárosodás kíséri, például izomkárosodás, akut vesekárosodás és májműködési zavar [1,2,3]. A testmozgás okozta szövet-/szervkárosodásokra számos markert alkalmaznak, ilyenek az aszpartát-transzamináz (AST), az alanin-transzamináz (ALT) és a gamma-glutamil-transzpeptidáz (γ-GTP) a májkárosodáshoz, a kreatin-kináz (CK) és a laktát-dehidrogenáz (LDH). ) izomkárosodás, vérkarbamid-nitrogén (BUN) és kreatinin vesekárosodás esetén, valamint amiláz és lipáz a hasnyálmirigy permeabilitása szempontjából [4,5,6,7,8]. Az állóképességi terhelés okozta sérülések negatív hatásainak ellensúlyozása érdekében gyakran alkalmaznak táplálkozási megközelítéseket, például sportkiegészítőket, valamint makro- vagy mikroelemek adagolását [5,9,10,11].

A fáradtság a folyamatos testmozgás képtelenségét jelenti, másodlagos edzés intoleranciát vált ki. Különböző metabolitok, például laktát, Pi, ammónia vagy Ca 2+ felhalmozódása, a glikogén kimerülése, amely a szénhidrátközpontú anyagcsere-rendszer fő energiaforrása, és az oxidatív stressz az állóképességi edzés során fáradtságot eredményezhet [12,13 14,15,16]. Így ebben a vizsgálatban a plazma laktát szintjét vizsgálták.

Az alacsony szénhidráttartalmú, magas zsírtartalmú ketogén étrend (KD) táplálkozási megközelítés, amely biztosítja, hogy a test felhasználja a lipideket. Korábbi tanulmányunkban egy 8 hetes, ketogén, magas zsírtartalmú, alacsony szénhidráttartalmú étrend növelte az állóképesség gyakorlásának képességét egérmodellben, súlyosbodott izomkárosodás nélkül, az abszolút izomtérfogat csökkenése ellenére [10]. Az edzés utáni plazma biokémia és szervkárosodás vizsgálatához a plazma metabolit koncentrációinak, valamint a szövet/szerv károsodás biomarkereinek elemzésére törekszünk.

A reaktív oxigénfajok (ROS) molekuláris oxigénből származnak, számos reaktív molekulát és szabad gyököt tartalmaznak. A ROS régóta ismert a mikrobiális invázióval szembeni védekező reakciójáról, amely gyulladás során az immunsejtek fegyvere. Bár a vázizmok megfelelő szintű regenerációja hasznos, a kimerítő testmozgás, különösen az ismétlődő izomösszehúzódás, oxidatív stresszt okozhat [17,18,19]. Mikroelemekről, például antioxidánsokról számoltak be, hogy javítják az állóképességet, és ilyen kiegészítőket alkalmaznak állóképességi versenyeken [20,21]. Sőt, az oxidatív stresszről beszámoltak a testmozgás okozta fáradtsághoz is [22,23]. Ebben a tanulmányban azt vizsgáltuk, hogy a KD befolyásolta-e az izom és a máj oxidatív stressz állapotát, azáltal, hogy kimerítő testmozgás után megfigyeltük a szövetben elhelyezkedő lipid és fehérje oxidációt.

Az egerek és sok más rágcsáló genetikailag úgy döntött, hogy folyamatos mozgást, mozgást vagy futást tesz lehetővé [24,25]. A mozgáscsökkenés feltehetően részleges vagy abszolút fáradtság elérésekor csökken, és jelentettek olyan tanulmányokat, amelyek nyílt terepen végzett tesztek segítségével értékelték a fáradtságot [26]. Nehéz megkülönböztetnünk a fizikai kimerültséget és az akarati kimerültséget az emberi kísérletek során. A rágcsálók természetének kiaknázása közben a csökkent mozgás lehet a fáradtság megállapításának vagy a gyógyulás mérésének módja. Annak megvizsgálására, hogy a KD befolyásolhatja-e a fáradtság helyreállítását, ezt a vizsgálatot egy nyílt terepi teszttel gazdagítottuk, közvetlenül vagy 24 órával a kimerítő testmozgás után.

2. Anyagok és módszerek

2.1. Egérfenntartás és diéták

A hím C57BL/6J egereket (n = 35) a Takasugi Experimental Animals Supply-tól (Kasukabe, Japán) vásároltuk 7 hetes korban. Négy vagy öt állatot együtt elhelyeztek 1 ketrecben (27 × 17 × 13 cm), ellenőrzött környezetben, világos-sötét ciklus alatt (világítás 0800-kor és 2000-re kialszik). A kísérleti eljárások az állatok gondozásának és felhasználásának vezérelveit követték a Waseda Egyetem Akadémiai Kutatási Etikai Felülvizsgálati Bizottságában, és jóváhagyták őket (10K001). Az összes egeret véletlenszerűen négy csoportba soroltuk: chow-étrend (kontroll: Con), beleértve a chow-étrendet, ülő (n = 8) és chow-étrend plusz testmozgás (Con + Ex, n = 9), ketogén étrend (KD), beleértve a KD, ülő (n = 9) és KD plusz testgyakorlás (KD + Ex, n = 9) csoportok. A KD diéta TP-201450 (76,1% zsírból, 8,9% fehérjéből és 3,5% szénhidrátból, 7,342 kcal/g-ból áll) és egy chow-étrend AIN93G (7% zsírból, 17,8% fehérjéből és 64,3% szénhidrátból, 3,601 kcal/g tömeg/tömeg% -ot a TROPHIC Animal Feed High-tech Co., Ltd.-től (Nantong, Kína) szereztük be. Az egereket ad libitum chow étrenden vagy KD-n tartottuk.

2.2. Állóképesség-teszt protokoll

Egy héttel a kimerítő gyakorlat előtt az összes egér hozzászokott ahhoz, hogy a futópad 15 perc/perc sebességgel 10 percig járjon. Az állóképességi tesztet motoros futópadon (Natsume, Kiotó, Japán) hajtották végre. Vagyis a Con + Ex és a KD + Ex csoportba tartozó egereket futópadnak vetettük alá, 10 perc/perc sebességgel 15 percig, majd 15 m/perc és 20 m/perc 15 percig, majd 24 m/perc és 7% -os besorolás a kimerülésig. A protokollt az Akadémiai Kutatási Etikai Felülvizsgálati Bizottság hagyta jóvá. A kimerültséget úgy határozták meg, hogy képtelen volt folytatni a futópad rendszeres futását, annak ellenére, hogy az egér hátulján ismételten kopogtattak. Feljegyeztük az egerek futási idejét. Közvetlenül vagy 24 órával a kimerültség után az egereket könnyű érzéstelenítésben leállítottuk inhaláló izofluránnal (Abbott, Tokió, Japán). Vérmintákat vettünk a hasi aortából heparinnal inhalációs izoflurán által kiváltott enyhe érzéstelenítésben, a szöveteket és szerveket azonnal kivágtuk és folyékony nitrogénben lefagyasztottuk. A plazmát vérmintákból 1500 g-vel 10 percig, 4 ° C-on végzett centrifugálással nyertük. Ezeket a mintákat az elemzésekig -80 ° C-on tároltuk.

2.3. Nyílt terepi elemzés

Az ehhez a teszthez használt kamra mérete 50 cm (hosszúság) × 50 cm (szélesség) × 38 cm (magasság) volt, fehér, nagy sűrűségű és nem porózus műanyagból. 95% -os etanolt használtunk a kamra minden egyes használat előtti és az azt követő tesztek előtti törlésére az előző alany egere által hagyott illatnyomok eltávolítására. Minden alany egerét egyetlen 10 perces szabad és megszakítás nélküli időtartam alatt követtük nyomon, amely idő alatt a nyomkövető szoftver rögzítette a mozgást. A teljes utazási időt digitális fényképezőgéppel rögzítették és elemezték [24,25,26].

2.4. Plazma biokémiai értékelés

A glükóz, nem észterezett zsírsavak (NEFA), triglicerid (TG), lipáz, aszpartát-transzamináz (AST), alanin-transzamináz (ALT), kreatin-kináz (CK), laktát-dehidrogenáz (LDH), vér karbamid-nitrogén (BUN) plazmaszintje ), a koleszterint (CHO), a nagy sűrűségű lipoprotein koleszterint (HDL), az alacsony sűrűségű lipoprotein koleszterint (LDL) és az albumint a Koutou-Biken Co. (Tsukuba, Japán) mértük.

2.5. Laktát assay

A plazma-laktátot EnzyChrom Ketone Body Assay Kit (Bio Assay Systems, Hayward, CA, USA) segítségével mértük a gyártó utasításainak megfelelően. A plantaris izomlaktátot a Lactate Microplate Assay Kit (Laibio Co., Shanghai, Kína) segítségével mértük.

2.6. Oxidatív stressz mérése

A plantaris izmok és a máj oxidatív stresszének kiértékeléséhez minden szövetből (nedves tömeg) 1 mg-ot homogenizáltunk PBS-sel, majd a tiobarbitursav-reaktív anyagok (TBARS) mikrolemez-vizsgálati készletet és a fehérjekarbonil-vizsgálati készletet (Laibio Co., Shanghai, Kína) ) alkalmaztuk, és a vizsgálatokat a gyártó utasításainak megfelelően végeztük el.

2.7. Statisztikai analízis

Az adatokat átlag ± szórásként (SD) adtuk meg. Kétirányú varianciaanalízist (ANOVA) hajtottak végre az étrend és/vagy a testmozgás fő hatásainak meghatározására. A statisztikai elemzést a Graphpad 7.0 (Graphpad, Ltd., La Jolla, CA, USA) segítségével végeztük. Amikor ez az elemzés szignifikáns kölcsönhatást tárt fel, Tukey post-hoc tesztjét végezték el, hogy meghatározzák a szignifikanciát az átlagok között. A statisztikai szignifikanciát p-ként határoztuk meg. Az 1. ábra különböző táplálkozási megoszlási eredményeket mutat be a testtömegben és az összetételben. A KD súlycsökkenési potenciáljáról évtizedek óta világszerte beszámoltak. A jól megtervezett KD súlycsökkentő képessége rövid távon kiemelkedő számos kísérleti alanymodellben, beleértve az embereket, a rágcsálókat és a víziállatokat [10,27,28]. A KD súlykontrollra gyakorolt hosszú távú hatása azonban még nem zárult le, mivel számos tanulmány csalódást keltő eredményről számolt be. Az 1 éven át tartó KD beadásával kapcsolatos vizsgálatok alacsony hatékonyságot eredményeztek az alacsony zsírtartalmú étrend alkalmazásához képest [29,30]. Ennek a jelenségnek az oka lehet az étvágy befolyásolása és az adaptált anyagcsere [29,30,31].

Az egerek mozgási ideje (A) azonnal vagy (B) 24 órával a kimerülés után, a jelzés szerint. * p 2 = 0,95), a vér ammóniájának végterméke. Valójában a BUN csökkenését figyeltük meg a KD csoportban, és ez a KD korlátozott fehérjetartalmának következménye lehet, ami alacsony vér ammóniaszinthez vezethet, hozzájárulva ezzel az agy alacsony akkumulációs szintjéhez és a gyors fáradtság helyreállításához . Összefoglalva, a testmozgás okozta fáradtság a jelentések szerint összefügg a laktát és az ammónia felhalmozódásával. Jelentések szerint a klaszteres többdiódás fényterápia csekély késést okozhat a vázizmok kimerültségében, csökkentheti a testmozgás utáni vér laktátszintjét, és gátolhatja a CK és a C-reaktív fehérje felszabadulását. A KD képessége a fáradtság helyreállításának felgyorsítására akkreditálható a keto-adaptációhoz, amely rendszer eltér az adaptált glikogén-felhasználástól vagy a glikolízistől, ahol a legtöbb laktát származhat. Ezenkívül a KD laktát-clearance-t gyorsító tulajdonságai elősegíthetik a traumatikus betegek minden okú halálozását, mivel hatékonyságát meta-analízissel igazolták [42].

Ennek a résznek az eredményei azt jelezték, hogy a KD ígéretes lehet verseny utáni étrendként használni a gyógyulás fellendítésére. A túlzott oxidáció összefüggésben áll a testmozgás okozta fáradtsággal is. Hogy jobban megismerjük a mechanizmust, elemeztük a testgyakorlás utáni biokémiát és a szövetspecifikus oxidatív stresszt.

3.3. A plazma szubsztrát koncentrációit a KD megváltoztatta 24 órás pihenés után

A KD-vel táplált egerek hosszúkás állóképességet mutattak, mint a chow-etető egerek [10]. Bár a glükóz jelentősen csökkent a kimerítő testmozgással a chow-etető csoportban, 24 órás pihenés után helyreállt. A glükóz kiindulási értéke szignifikánsan alacsonyabb volt a KD csoportban, és ez a KD egerek alacsony glükózfelhasználási együtthatójának tudható be, mivel főként a zsíroxidáció által erősen táplált ellátórendszert tartották fenn.

Közvetlenül a megerőltető testmozgás után az alanyok hajlamosak hiperlipidémia státusz elérésére [10,43]. Amint a 4. ábra mutatja, az alapvonalban a NEFA koncentrációja megemelkedett a KD táplálásával, amit más vizsgálatok is megerősítettek. A 3.2 szakaszban tárgyalt tanulmányban kimerültség esetén a NEFA szintjét KD növelte, összehasonlítva az eukalorikus kiegyensúlyozott étrenddel (1,25 ± 0,13 vs. 1,60 ± 0,31, mmol/L). Vizsgálatunkban nem tapasztaltunk különbséget ülő vagy mozgó egerek között a testmozgást követő 24 órás pihenés után. Csak a táplálás járult hozzá a csoportok közötti jelentőséghez. Korábbi tanulmány szerint a KD hozzájárult a megnövekedett NEFA kihasználtsághoz a megerőltető testmozgás során, míg egy 24 órás pihenés után a plazma NEFA koncentrációja gyorsan visszaállt. Ez az eredmény fokozott metabolikus rugalmasságot jelzett a keto-adaptált egereknél. Az edzés után 24 órával a TG koncentrációja nem különbözött az egyes csoportoktól, bár közvetlenül a testmozgás után a TG koncentráció jelentősen csökkent a KD egerekben. Ezek az eredmények együttesen azt mutatták, hogy 24 órával a kimerítő testmozgás után sem a NEFA, sem a TG nem változott az azonos táplált csoportokhoz képest.

A plazma biokémiai eredmények 24 órával a kimerülés után a jelzettek szerint. (A-F) A plazma glükóz, nem észterezett zsírsavak (NEFA), triglicerid (TG), koleszterin (CHO), nagy sűrűségű lipoprotein koleszterin (HDL) és alacsony sűrűségű lipoprotein koleszterin (LDL) koncentrációi.

Az LDL és a HDL a CHO alkotóeleme. Amint a 4. ábra mutatja, a CHD, az LDL és a HDL szintje szignifikánsan emelkedett a KD-vel, ami összhangban volt korábbi eredményeinkkel. Eredményeink azt mutatták, hogy a CHO, az LDL és a HDL koncentrációja mind a testmozgást követő 24 órás pihenés után megemelkedett, bár a testmozgás után azonnal csökkent. Számos tanulmány arról számolt be, hogy a KD a vér CHO magas koncentrációját eredményezte, míg a kimerítő testmozgás csökkentette a CHO koncentrációját és a lipidprofilt [44,45,46,47]. Eredményeink azt mutatták, hogy a KD szerepet játszik mind a CHO, mind annak összetevője, az LDL és a HDL emelkedésében. Sőt, 24 órás pihenés után az egyszer redukált plazma LDL, HDL és CHO visszapattanást tapasztalt, ami azt jelzi, hogy a „túlkompenzáció” nem csak az izomerőben, hanem a plazma szubsztrátjaiban is fennáll.

3.4. A KD hozzájárult a károk gyors helyreállításához

Amint az 5. ábrán látható, a májkárosodás markereként alkalmazott AST és ALT 24 órás pihenés után is magasabb koncentrációban maradt a chow-etető csoportban. Közvetlenül a testmozgás után az ALT-t jelentősen csökkentette a KD, megelőző hatást mutatva a kimerítő testmozgás okozta májkárosodás ellen [10]. Érdekes módon ez a helyzet más a KD csoportban, jelezve, hogy a KD fokozhatja a májkárosodás helyreállítását. Vizsgálatunk során a KD nem súlyosbította a kimerítő testmozgás okozta májkárosodást, amely eltér a korábbi vizsgálatoktól [48,49,50]. Feltételezhető, hogy a testmozgás által okozott májkárosodás a szabad gyökökhöz kapcsolódik [51]. Valójában a máj szabad gyökök koncentrációjának kétszer-háromszoros növekedéséről számoltak be kimerüléskor [52]. A védelem mechanizmusának további tanulmányozásához a máj oxidatív stressz markereit vizsgáltuk, amelyet később tárgyalunk.

Izom- és májoxidatív stressz közvetlenül a kimerültség után. (A, B) TBAR-ok a plantaris izomszövetben és a májszövetben. (CD) Fehérje-karbonil a plantaris izomszövetben és a májszövetben. * p Suzuki K., Totsuka M., Nakaji S., Yamada M., Kudoh S., Liu Q., Sugawara K., Yamaya K., Sato K. Az állóképességi gyakorlat kölcsönhatást okoz a stresszhormonok, a citokinek, a neutrofil dinamika, és izomkárosodás. J. Appl. Physiol. 1999; 87: 1360–1367. doi: 10.1152/jappl.1999.87.4.1360. [PubMed] [CrossRef] [Google Tudós]