Az intermittáló létramászás edzésének hatásai elhízott középkorú patkányok mitokondriális biogenezisére és a szívizom endoplazmatikus retikulum stresszére

Kijin Kim

Testnevelési Tanszék, Testnevelési Főiskola, Keimyung Egyetem, Daegu 42601, Korea.

Nayoung Ahn

Testnevelési Tanszék, Testnevelési Főiskola, Keimyung Egyetem, Daegu 42601, Korea.

Suryun Jung

Testnevelési Tanszék, Testnevelési Főiskola, Keimyung Egyetem, Daegu 42601, Korea.

Solee Park

Testnevelési Tanszék, Testnevelési Főiskola, Keimyung Egyetem, Daegu 42601, Korea.

Absztrakt

A tanulmány célja az intermittáló létrán mászó edzés hatásainak vizsgálata magas zsírtartalmú étrend okozta, elhízott, középkorú patkányokban a szívizom mitokondriális biogenezisére és ER stresszére. Elhízást váltottunk ki 6 héten keresztül 40 hím, körülbelül 50 hetes Sprague-Dawley patkánynál, és véletlenszerűen négy kísérleti csoportra osztottuk: chow, HFD, testmozgás + HFD és testmozgás + chow. A testedző csoportok nagy intenzitású, szakaszos edzésen estek át létrán mászás és súlygyakorlat segítségével 3 napon/héten, összesen 8 hétig. A magas zsírtartalmú étrend és az egyidejű testmozgás nem eredményezte a testtömeg jelentős csökkenését, de a zsigeri zsírtömeg jelentős csökkenését okozta (p Öregedés, szívizom, ER stressz, magas zsírtartalmú étrend okozta elhízás, létramászás, mitokondriális biogenezis

BEVEZETÉS

Az öregedés a szívizmok szerkezeti és funkcionális lebomlását eredményezi, csökkenő kontraktilitás és izomtömeg kíséretében. Sejtvesztés vagy reaktív hipertrófia idős szívben funkcionális degenerációt eredményez, ami a szív működésének esetleges hibáihoz vezet [1]. Az izomsejtekben bekövetkező változásokat az öregedési folyamat során elsősorban a mitokondrium kvalitatív és kvantitatív változásainak metabolikus változásai, a sejtekben az oxidatív stressz tényezők szintjének ingadozása, a Ca 2+ jelátviteli szerkezet változásai és a II. Típusú izom átalakulása okozza. rostok az I. típusú izomrostokhoz [2]. Mivel a szívizom összehúzódásához szükséges energia 95% -át a mitokondriális légzés szolgáltatja, ezek az anyagcsere-változások jelentős hatással vannak a szívműködési zavarokra, és a szívelégtelenség kialakulásához vezethetnek [3]. Így a szív mitokondriális biogenezisének fokozása elengedhetetlen a szívműködés fenntartásához és a szívbetegségek megelőzéséhez.

Az öregedés mellett az elhízás a szív- és érrendszeri betegségek másik kulcsfontosságú kockázati tényezője. Az elhízott embereknél megemelkedik a plazma szabad zsírsavak szintje, ennek következtében aktiválódik az endoplazmatikus retikulum (ER) stressz és krónikus gyulladásos válasz, amely negatív hatással van a szív állapotára [4]. Az ER stressz szorosan összefügg a különféle kardiovaszkuláris betegségekkel, beleértve a szívelégtelenséget, az arteriosclerosisot és az ischaemiás szívbetegségeket [5,6,7]. Egy nemrégiben végzett tanulmány kimutatta, hogy a megnövekedett ER stressz a mitokondriális biogenezis 2,4-szeres csökkenését eredményezte [8]. Köztudott, hogy az ER stresszben a jelátviteli út három fő ER stresszérzékelő által közvetített, amelyek PKR-szerű ER-kináz (PERK), inozitol, amelyhez 1 enzimre van szükség (IRE1) és aktiváló 6 transzkripciós faktor (ATF6). Közülük a PERK kulcsfontosságú ER stresszérzékelő és az ER-mitokondrium érintkezési helyek molekuláris mediátora, amely szükséges az organelláris keresztbeszéd szabályozásához ROS-indukálta sejthalálban, amely szerepet nem osztanak meg más ER-stresszérzékelőkkel, például az IRE1-vel [9]. Ezért a PERK és a pro-apoptotikus C/EBP homológ fehérje (CHOP), amely a PERK után helyezkedik el, kulcsfontosságú tényező az ER stressz és az elhízás okozta mitokondrium-rendellenesség közötti összefüggés megértéséhez, de ezeket nem értjük egyértelműen.

Az egyik leghatékonyabb módszer az izomszöveten belüli mitokondriális biogenezis stimulálására egy edzésprogram segítségével. Pontosabban, a nagy intenzitású vagy hosszú távú testedzésről kimutatták, hogy növeli a mitokondriumok számát és minőségét [10,11]. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy az idős alanyok állóképességi edzése növelte a VO2 csúcsot [12,13,14], a mitokondriális mennyiséget [15], az oxidáz aktivitást [12,14], az izomfehérje szintézis sebességét [16,17], a mitokondriális fehérje gént átiratok [13] és a mitokondriális DNS példányszáma [18]. Ezenkívül a testmozgás kimutatta, hogy csökkenti az oxidok szintjét [19], és megvédi az izomsejteket az antioxidáns enzimek aktivitásának fokozásával [20,21,23], amelyek a peroxiszóma proliferátor által aktivált receptorokhoz kapcsolódnak β/δ (PPARδ) [ 24,25,26]. A PPARδ elengedhetetlen közvetítő az elhízott egerek aortáiban az ER stressz csökkentésére [27], és szükséges az ER stressz csillapításához szükséges edzéshez [28], ezért ezek a megállapítások arra késztették bennünket, hogy feltételezzük, hogy a testmozgás által kiváltott PPARδ csökkenti az ER stresszt a szívben az elhízás okozta ROS okozta izom.

Jelen tanulmány célja volt meghatározni a PPARδ hatását a mitokondriális enzimekre és a PERK/pro-apoptotikus C/EBP homológ fehérje (CHOP) útvonalra, amely egy kulcsfontosságú ER stressz útvonal a magas zsírtartalmú étrend okozta elhízottak szívizomában. középkorú patkányok, akiknek nagy intenzitású, szakaszos edzéseket végeztek létrák és súlyok alkalmazásával. E tanulmány eredményei várhatóan kulcsfontosságú bizonyítékokkal szolgálnak a testedzés előnyeinek alátámasztására a szív- és érrendszeri egészség megőrzéséhez és a szívbetegségek megelőzéséhez egy olyan mechanizmus révén, amely elősegíti az elhízással járó mitokondriális biogenezis csökkentését.

MÓD

Tárgyak

1 hetes alkalmazkodási időszak után 40 férfi, középkorú (

50 hetes) Sprague-Dawley patkányokat vásároltunk és 6 hetes, magas zsírtartalmú étrenddel (30%, 50%, illetve 20% kalóriát tartalmazó szénhidrát, zsír és fehérje) elhízottá váltunk. Az elhízás kiváltása után a patkányokat véletlenszerűen négy csoportra osztották: a normál chow diéta csoportra (magas fehérjetartalmú étrend, amely 64,5%, 11,8% és 23,5% kalóriát tartalmaz szénhidrátból, zsírból és fehérjéből; 3,2 kcal/g ); a magas zsírtartalmú étrendcsoport (5,1 kcal/g); a chow + edzéscsoport; és a magas zsírtartalmú étrend + testmozgás csoport. A kezelési rendszer összesen 8 hétig folytatódott. A testedző csoportok nagy intenzitású szakaszos edzésen estek át létramászó gyakorlatot, 3 nap/hét. A chow étrend csoportokat a kezdeti magas zsírtartalmú étrendről a chow étrendre váltották, hogy csökkentse a teljes kalóriabevitelt és a zsírfogyasztást.

Valamennyi csoport patkányai egyidejűleg vitamin-kiegészítőket (22 g/kg Teklad vitamin keverék sz. 40077), ásványi anyagokat (51 g/kg Teklad ásványi anyag keverék 170915), metionint (5 g/kg, Teklad Premier 10850 sz.) Kaptak. és kolin-klorid (1,3 g/kg) [29]. Az ivóvizet ad libitum adtuk szekunder ioncserélő víz formájában. Az összes patkányt egyedileg tenyésztették a tenyészidőszak alatt, és a nappali-éjszakai ciklus 12 óra volt. A hőmérsékletet és a relatív páratartalmat 24 ± 1 ℃, illetve 60% körül tartották. A vizsgálati tervet a Keimyung Egyetem Orvostudományi Karának Állatkutatási Etikai Bizottsága (KM-2012-30R) hagyta jóvá.

Létramászó gyakorlat

Az adaptációhoz a patkányokat az első héten kiképeztük a létramászás gyakorlatára, egy 1 m-es létrát használva 75 ° -os lejtőn, anélkül, hogy a farokhoz súlyt adtak volna. Ezen alkalmazkodási periódus után 30-as súlyok

50% testtömeget adtak a farokhoz, és a kísérleti időszak alatt folyamatosan növelték a súlyt vagy az ismétlések számát. Az első szetthez 70% testsúlyt adtak a 2. héttől a végéig. A 2. és a 3. szetthez 80% -os, a 4. és 5. szetthez 90% -os, a 6. és 8. szetthez pedig 100% -os súlyt adtunk. A rágcsálók ellenállási gyakorlatának ezt a protokollját Kraemer és munkatársai protokollja követte vagy módosította [30]. Szettenként 8 ismétlés volt, 2 perc pihenőidővel a szettek között. A létramászás gyakorisága heti 3 nap volt [31,32].

A szövet kivonása és elemzése

Statisztikai analízis

(A) A testtömeg változásai 8 hetes beavatkozás után. α Jelentősen különbözik a CD-től, a CE-től (p + szignifikánsan különbözik a CD-től, a CE-től (p * Jelentősen eltér a CD-től, a CE-től, a FE-től (p 2. ábra, a mitokondriális enzimszintek különösen szignifikánsan magasabbak voltak a chow diet + testmozgás csoportban) a másik három csoportba tartozók (p + szignifikánsan eltér a CD-től, az FD-től (p * jelentősen eltér a CD-től, az FD-től, az FE-től (3. ábra).

(A) + Jelentősen különbözik a CD-től (p * Jelentősen eltér a CD-től, CE-től, FE-től (p + Jelentősen eltér a CD-től, FE-től) (p * Jelentősen eltér a CD-től, a CE-től, az FE-től (p * Jelentősen eltér a CD-től, CE-től, FE-től (p Ennek a rövid távú állóképesség-edzésnek a hatása a ER izomfeszültséghez kapcsolódó fehérjék expressziójára a szívizomban, például GRP78, GRP94 vagy kalreticulin. Gonzalez és munkatársai [39] azonban arról számoltak be, hogy a 3 hónapos állóképességi edzés jelentősen a GRP78 fokozott expressziója a soleus és az extenzor digitorum longus izomzatán belül A GRP78 és GRP94 olyan ER chaperonák, amelyek megvédik a szívizomsejteket a miokardiális ischaemia által aktiválva bekövetkező károsodástól (azaz sejthaláltól) [40,41]. Az ER stressz még mindig nem egyértelmű, ezért folyamatos és részletes vizsgálatokat igényel az alapul szolgáló mechanizmusok meghatározása.

Ez a csökkenés még nagyobb volt az alacsonyabb kalóriabevitelű csoportban, mivel a magas zsírtartalmú étrendről a chow étrendre váltottak párhuzamos testedzéssel. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy az időszakos létrán mászó edzés és a csökkentett kalóriabevitel kombinálva csökkentheti az ER stresszhez kapcsolódó fehérjék szintjét, amely szívizomkárosodást indukálna. A testmozgás vagy az étrend azonban nem befolyásolta a GRP78 szintet, amely fehérje a szívizom védelmével függ össze. Korábbi tanulmányok arról számoltak be, hogy az akut testmozgás jelentősen növelte a máj GRP78 szintjét, de a többi szövetre gyakorolt hatás nem volt következetes [64]. Hasonlóképpen, tanulmányunkban nem történt változás a GRP78 expresszióban a szívszövetben, bár változások lehetségesek más szövetekben is.

Jelen tanulmány eredményei arra engednek következtetni, hogy az ER stresszhez kapcsolódó tényezők változásai, amelyeket az időszakos nagy intenzitású edzés okoz az öregedéssel összefüggésben, nem játszanak jelentős szerepet a mitokondriális biogenezis aktiválásában, vagy hogy ezek a változások kölcsönösen függetlenek egymástól . Figyelembe véve azonban a korábbi megállapításokat, amelyek arra utalnak, hogy az ER stressz a mitokondriális biogenezis elnyomásához vezethet [65], döntő fontosságú ezt a potenciális összefüggést egyértelműen meghatározni a reaktív oxigénfajok indukciójának és a védekezéssel kapcsolatos tényezők további elemzéseivel [66]. Ezenkívül az ebben a tanulmányban alkalmazott testmozgási rutin, vagyis a farok súlyának hozzáadása létrás mászással, szakaszos, nagy intenzitású edzésnek számít, és lehetséges, hogy a testmozgásból eredő stimuláció kitartása nem volt elegendő a PGC megváltoztatásához -1α szint a szívizomban. Végül a fiatal, egészséges patkányok helyett a középkorú patkányok alkalmazását is figyelembe kell venni ezen eredmények értelmezésekor. Ezért az életkor- és szövetspecifikus változásokkal együtt a jövőbeni vizsgálatok során meg kell határozni az ER stressz, a PPARδ és a PGC-1α közötti összefüggéseket.

Ennek a vizsgálatnak az egyik különösen érdekes megállapítása az volt, hogy a magas zsírtartalmú elhízott patkányok chow-étrendre történő átállítása 8 hétre a testtömeg és a zsigeri zsírtömeg jelentős csökkenését okozta, de nem befolyásolta a szívizom mitokondriális biogenezisét. Civitarese és mtsai. [67] elemezte a diéta (azaz a csökkentett kalóriabevitel) vagy az állóképességi edzés hat hónapon át gyakorolt hatását a vázizom mitokondriális biogenezisére 36 elhízott emberben, és azt állította, hogy a csökkentett kalóriabevitel javította a mitokondriumok működését. Azonban ellentmondásos eredmények születtek az alacsonyabb kalóriabevitelnek a vázizom mitokondriális biogenezisére gyakorolt hatásait értékelő állatkísérletekből [68,69,70,71]. Továbbá, még az emberen végzett vizsgálatok között is sok olyan jelentés található, amely a fogyás után nem növeli az oxidatív enzimek aktivációját elhízott személyeknél [72,73].

Az eredmények azt mutatták, hogy a hetes mászás 8 hetes gyakorlata fokozta a mitokondriális biogenezist a középkorú elhízott patkányok szívizomában. Noha a mitokondriális biogenezist elősegítő mechanizmusban (azaz a PGC-1α fehérje szintben) nem volt különbség a különböző csoportok között, a létrán mászás 8 hetes gyakorlata jelentősen csökkentette az ER stresszel kapcsolatos tényezőket, amelyek viszont biogenesist gátlóak tényezők (5. ábra). Bár adataink nem elegendőek arra, hogy ezen a ponton következtetéseket vonjunk le ezen a ponton, legalábbis a szívizomra vonatkozóan, az eredmények mégis azt mutatják, hogy a testedzésből származó egyidejű stimuláció hatékonyabban védi a szívizomot, mint egy olyan súlycsökkentő rendszer, amely teljesen függ az étrendtől és a csökkentett kalóriabeviteltől. Ebben a vizsgálatban azonban elhízott, középkorú patkányokat használtunk, nem pedig szívhibákkal rendelkező patkányokat. Ezért a jövőben a szívhibával rendelkező alanyokra vagy modellekre összpontosító tanulmányoknak egyértelműbb magyarázatot kell adniuk a testedzés és az energiaszabályozó étrend hatásáról a szívizom védelmére.

Feltettünk egy hipotézist, miszerint a testedzésből származó egyidejű stimuláció hatékonyabb a PERK és CHOP expresszió gátlásán keresztül, vagy a PGC-1α és PPARb aktiválásán keresztül a szívizom védelmében, a fogyókúrához képest, amely teljes mértékben az étrendtől függ és csökkent kalóriabevitel. Ugyanakkor nem tudtuk javasolni a PGC-1α és a PPARβ közötti szignifikáns kapcsolatot és az aktivációs GRP78 expressziót.

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

Ezt a kutatást a Keimyung Egyetem Bisa kutatási ösztöndíja támogatta 2015-ben.

Lábjegyzetek

Szerző hozzájárulások: S. P. állatkísérleteket és Western blot elemzést végzett. S.J. értelmezte az adatokat és megírta a kéziratot. N.A. és K.K. tervezett tanulmány és átdolgozott cikk.

ÖSSZEFÉRHETETLENSÉG: A szerzők nem jelentenek összeférhetetlenséget.