بررسی اثر پيش آماده¬سازي قلبي با تمرين تناوبي شديد بر سطوح بافتي Hsp70 و آنزیم SOD به دنبال آنفارکتوس حاد میوکارد در موش های صحرایی نر
محورهای موضوعی : فصلنامه زیست شناسی جانوری
عبداله باقری
1
,
احمد همت فر
2
,
مهدی روزبهانی
3
,
ناصر بهپور
4
1 - گروه تربیت بدنی، واحد بروجرد، دانشگاه آزاد اسلامی، بروجرد، ایران
2 - گروه تربیت بدنی، واحد بروجرد، دانشگاه آزاد اسلامی، بروجرد، ایران
3 - گروه تربیت بدنی، واحد بروجرد، دانشگاه آزاد اسلامی، بروجرد، ایران
4 - گروه فیزیولوژی ورزشی، دانشکده علوم ورزشی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
کلید واژه: پیش آمادهسازی, تمرینات تناوبی شدید, Hsp70 , SOD, انفارکتوس حاد قلبی,
چکیده مقاله :
تمرینات ورزشی بهعنوان ابزاری برای افزایش توان محافظتی قلب در برابر استرسها محسوب میشود. هدف از انجام پژوهش حاضر بررسی اثر پيش آمادهسازي با تمرين تناوبي شديد بر Hsp70 و SOD میوکارد متعاقب انفاركتوس حاد قلبی در موشهاي صحرايي نر است. 20 سر موش 8 هفتهای نر با نژاد ویستار (با میانگین وزنی 1/5±41/224 گرم) به 4 گروه کنترل، تمرین، سکته و سکته-تمرین تقسیم شدند. گروههای تمرینی به دو هفته تمرین تناوبی شدید در چهار بخش پرداختند. بخش اول، سه روز تمرین هر روز دو جلسه و هر جلسه شامل 4 تناوب شدید دو دقیقهای با سرعت 35 تا 40 متر بر دقیقه که بین هر تناوب، یک وهله استراحت فعال 2 دقیقه ای با سرعت 25 تا 30 متر بر دقیقه در نظر گرفته شد. در بخش دوم، دو روز تمرین، هر روز دو جلسه تمرینی حاوی 4 تناوب فعالیت شدید 2 دقیقهای (40 تا 45 متر بر دقیقه) و 3 تناوب استراحت فعال 2 دقیقهای ( 28 تا 32 متر بر دقیقه) رسید. بخش سوم، نیز در سه روز تمرینی شامل 5 تناوب شدید (40 تا 45 متر بر دقیقه) و 4 تناوب استراحت فعال (28 تا 32 متر بر دقیقه) بود. بخش چهارم، شامل دو روز تمرینی با شدتی مشابه بخش سوم، امّا با افزایش یک تناوب فعالیت و استراحت فعال در هر جلسه همراه بود. در نهایت، Hsp70 و SOD به همراه میزان ناحیه انفارکته اندازهگیری شدند. نتایج آزمون تحلیل واریانس یک طرفه نشان داد که دو هفته تمرین تناوبی شدید موجب کاهش ناحیه انفارکته قلب موشها میشود و تغییرات معنیداری را در Hsp70 و SOD بهدنبال انفارکتوس حاد میوکارد بین گروههای سکته-تمرین و سکته ایجاد میکند. بنابراین، دو هفته تمرین HIIT از طریق مسیرهای سیگنالی، میتواند از قلب در برابر آسیب ناشی از ایسکمی حاد محافظت کند.
Sports training is considered as a tool to increase the protective power of the heart against stress.The aim of this study is to investigate the effect of pre-training with intense intermittent exercise on myocardial Hsp70 and SOD following acute myocardial infarction in male rats. 20 8-week-old male Wistar rats (with an average weight of 224.41±5.1 grams) were divided into 4 groups: control, exercise, stroke, and stroke-exercise. The training groups did two weeks of intense interval training in four sections. The first part, three days of training every day, two sessions, each day, and each session includes 4 intense intervals of two minutes at a speed of 35 to 40 meters per minute, and between each interval, a 2 minute active rest period at a speed of 25 to 30 meters per minute. Considered in the second part, two days of training, each day consisted of two training sessions containing 4 periods of intense activity of 2 minutes (40 to 45 m/min) and 3 periods of active rest of 2 minutes (28 to 32 m/min). The third part also included 5 intense periods (40 to 45 m/min) and 4 active rest periods (28 to 32 m/min) in three training days. The fourth part included two training days with the same intensity as the third part, but with an increase in activity and active rest in each session. Finally, Hsp70 and SOD were measured along with the amount of infarcted area. Heart damage enzymes (CK and LDH) were also measured in serum. The one-way analysis of variance test showed that two weeks of intense intermittent exercise, although it reduces the infarcted area of the heart of rats, but there were significant changes in Hsp70 and SOD after acute myocardial infarction between the stroke-exercise and stroke groups. Does not cause, while the measured heart damage enzymes (CK and LDH) showed a significant decrease in the stroke-exercise group compared to the stroke group. Therefore, two weeks of HIIT training can protect the heart from acute ischemia-induced damage through signaling pathways.
1. Adlam V.J., Harrison J.C. 2005. Porteous CM, James AM, Smith RA, Murphy MP. 2005. Targeting an antioxidant to mitochondria decreases cardiac ischemia‐reperfusion injury. The FASEB Journal, 19(9):1088-1095.
2. Anderson L., Oldridge N., Thompson D.R., Zwisler A.D., Rees K., Martin N., Taylor R.S. 2016. Exercise-based cardiac rehabilitation for coronary heart disease: cochrane systematic review and meta-analysis. Journal of American College of Cardiology, 67(1):1-12.
3. Baker J., De Lisio M., Parise G. 2011. Endurance exercise training promotes medullary hematopoiesis. The FASEB Journal, 25(12):4348-4357.
4. Becker L.B. 2004. New concepts in reactive oxygen species and cardiovascular reperfusion physiology. Cardiovasc Research, 61(3):461-470.
5. Brown D.A., Chicco A.J., Jew K.N., Johnson M.S., Lynch J.M., Watson P.A., Moore R.L. 2005. Cardioprotection afforded by chronic exercise is mediated by the sarcolemmal, and not the mitochondrial, isoform of the KATP channel in the rat. The Journal of Physiology, 569(3):913-924.
6. Choi B.M., Pae H.O., Jang S.I., Kim Y.M., Chung H.T. 2002. Nitric oxide as a pro-apoptotic as well as anti-apoptotic modulator. BMB Reports, 35(1):116-126.
7. Demirel H.A., Powers S.K., Zergeroglu M.A., Shanely R.A., Hamilton K., Coombes J. 2001. Short-term exercise improves myocardial tolerance to in vivo ischemia-reperfusion in the rat. Journal of Applied Physiology, 91(5):2205-2212.
8. Fatahi A., Azizbeigi K., Ranjbar K., Mohammadzadeh K. 2019. The Protective Effect of High Intensity Interval Training Preconditioning on Ischemia Reperfusion-Injury in Ageing Rats. Horizon of Medical Sciences, 15(1):22-28.
9. French J.P., Quindry J.C., Falk D.J., Staib J.L., Lee Y., Wang K.K., Powers S.K. 2006. Ischemia-reperfusion-induced calpain activation and SERCA2a degradation are attenuated by exercise training and calpain inhibition. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 290(1): 28-36.
10. Galang N., Sasaki H., Maulik N. 2000. Apoptotic cell death during ischemia/reperfusion and its attenuation by antioxidant therapy. Toxicology, 148(2-3):111-118.
11. Ghanimati R., Rajabi H., Ramezani F., Ramez M., Bapiran M., Nasirinezhad F. 2020. The effect of preconditioning with high-intensity training on tissue levels of G-CSF, its receptor and C-kit after an acute myocardial infarction in male rats. BMC Cardiovascular Disorders, 20(1):1-9.
12. Gutterman D.D. 2009. Silent myocardial ischemia. Circulation Journal, 73(5):785-797.
13. Hamilton K.L., Powers S.K., Sugiura T., Kim S., Lennon S., Tumer N., Mehta J.L. 2001. Short-term exercise training can improve myocardial tolerance to I/R without elevation in heat shock proteins. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 281(3):1346-1352.
14. Hamilton K.L., Staib J.L., Phillips T., Hess A., Lennon S.L., Powers S.K. 2003. Exercise, antioxidants, and HSP72: protection against myocardial ischemia/reperfusion. Free Radical Biology and Medicine, 34(7):800-809.
15. Hamilton K.L., Quindry J.C., French J.P., Staib J., Hughes J., Mehta J.L., Powers S.K. 2004. MnSOD antisense treatment and exercise-induced protection against arrhythmias. Free Radical Biology and Medicine, 37(9):1360-1368.
16. Hosseini M., Divkan B., Malayeri S.R. 2018. Interactive effect of high intensity interval training with vitamin E consumption on the serum levels of Hsp70 and SOD in male wistar rats. Iranian Journal of Nutrition Sciences & Food Technology, 13(4):21-28.
17. Jeremic N., Weber G.J., Theilen N.T., Tyagi S.C. 2020. Cardioprotective effects of high‐intensity interval training are mediated through microRNA regulation of mitochondrial and oxidative stress pathways. Journal of Cellular Physiology, 235(6):5229-5240.
18. Judge S., Jang Y.M., Smith A., Selman C., Phillips T., Speakman J.R. 2005. Exercise by lifelong voluntary wheel running reduces subsarcolemmal and interfibrillar mitochondrial hydrogen peroxide production in the heart. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 289(6): 1564-1572.
19. Kavazis A.N. 2009. Exercise preconditioning of the myocardium. Sports Medicine, 39(11):923-935.
20. Krüger K., Reichel T., Zeilinger C. 2019. Role of heat shock proteins 70/90 in exercise physiology and exercise immunology and their diagnostic potential in sports. Journal of Applied Physiology, 126(4):916-927.
21. Lambiase P.D., Edwards R.J., Cusack M.R., Bucknall C.A., Redwood S.R., Marber M.S. 2003. Exercise-induced ischemia initiates the second window of protection in humans independent of collateral recruitment. Journal of the American College of Cardiology, 41(7):1174-1182.
22. Lennon S.L., Quindry J.C., Hamilton K.L., French J.P., Hughes J., Mehta J.L. 2004. Elevated MnSOD is not required for exercise-induced cardioprotection against myocardial stunning. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 287(2):975-980.
23. Liu Y., Lormes W., Wang L., Reissnecker S., Steinacker JM. 2004. Different skeletal muscle HSP70 responses to high-intensity strength training and low-intensity endurance training. European journal of Applied Physiology, 91(2):330-335.
24. Mayer M., Bukau B. 2005. Hsp70 chaperones: cellular functions and molecular mechanism. Cellular and Molecular Life Sciences, 62(6):670-684.
25. Manshadi M.D., Asadi M.R., Naghibi S. 2017. Effect of 8 Weeks of High Intensity Intermittent and Aerobic Training on Gene Expression of SOD and GPX of Heart tissue in Wistar Male Rats. Journal of Sport Biosciences, 9(4):571-577.
26. Melling C.J., Thorp D.B., Milne K.J., Krause M.P., Noble E.G. 2007. Exercise-mediated regulation of Hsp70 expression following aerobic exercise training. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 293(6):3692-3698.
27. Mooren F.C., Lechtermann A., Völker K. 2004. Exercise-induced apoptosis of lymphocytes depends on training status. Medicine and Science in Sports and Exercise, 36(9):1476-1483.
28. Murry C.E., Jennings R.B., Reimer K.A. 1986. Preconditioning with ischemia: a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation, 74(5):1124-1136.
29. Nocon M., Hiemann T., Müller-Riemenschneider F., Thalau F., Roll S., Willich S.N. 2008. Association of physical activity with all-cause and cardiovascular mortality: a systematic review and meta-analysis. European Journal of Preventive Cardiology, 15(3):239-246.
30. Poblete Aro C.E., Russell Guzmán J.A., Soto Muñoz M.E., Villegas González B.E. 2015. Effects of high intensity interval training versus moderate intensity continuous training on the reduction of oxidative stress in type 2 diabetic adult patients: CAT. Medwavde,15(7):e6212.
31. Powers S.K., Quindry J.C., Kavazis A.N. 2008. Exercise-induced cardioprotection against myocardial ischemia–reperfusion injury. Free Radical Biology and Medicine, 44(2):193-201.
32. Powers S.K., Lennon S.L., Quindry J., Mehta J.L. 2002. Exercise and cardioprotection. Current Opinion in Cardiology, 17(5):495-502.
33. Powers S.K., Smuder A.J., Kavazis A.N., Quindry J.C. 2014. Mechanisms of exercise-induced cardioprotection. Physiology, 29(1):27-38.
34. Quindry J., French J., Hamilton K., Lee Y., Mehta J.L., Powers S. 2005. Exercise training provides cardioprotection against ischemia–reperfusion induced apoptosis in young and old animals. Experimental Gerontology, 40(5):416-425.
35. Radak Z., Chung H.Y., Goto S. 2008. Systemic adaptation to oxidative challenge induced by regular exercise. Free Radical Biology and Medicine, 44(2):153-159.
36. Rinaldi B., Corbi G., Boccuti S., Filippelli W., Rengo G., Leosco D. 2006. Exercise training affects age-induced changes in SOD and heat shock protein expression in rat heart. Experimental Gerontology, 41(8):764-770.
37. Ristic J., Folic M., Radonjic K., Rosic M.I., Bolevich S., Alisultanovich O.I., Draginic N., Andjic M., Jeremic J., Milosavljevic I., Zivkovic V., Jakovljevic V. 2020. Preconditioning with PDE1 inhibitors and moderate-intensity training positively affect systemic redox state of rats. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 22: 6361703.
38. Shamsaei N., Rajabi H., Aboutaleb N., Nikbakht F., Motamedi P., Khaksari M. 2015. Effects of Exercise Pre-Conditioning on Hippocampus Expression of Bcl-2 and Bax Protein and Apoptosis Following Ischemia/Reperfusion Injury in Male Rats. Journal of Knowledge and Health, 10(2): 24-32.
39. Shukla S.K., Sharma S.B. 2015. β-Adrenoreceptor agonist isoproterenol alters oxidative status, inflammatory signaling, injury markers and apoptotic cell death in myocardium of rats. Indian Journal of Clinical Biochemistry, 30(1):27-34.
40. Syu G.D., Chen H.I., Jen C.J. 2011. Severe exercise and exercise training exert opposite effects on human neutrophil apoptosis via altering the redox status. PloS One, 6(9):e24385.
41. Taylor R.P., Harris M.B., Starnes J.W. 1999. Acute exercise can improve cardioprotection without increasing heat shock protein content. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 276(3):98-102.
42. Usefpor M., Ghasemnian A.A., Rahmani A. 2017. The effect of a period of high intensive interval training on total antioxidant capacity and level of liver tissue malondialdehyde in male wistar rats. Scientific Journal of Kurdistan University of Medical Sciences, 22(5):103-110.
43. Vinten-Johansen J., Zhao Z.Q., Jiang R., Zatta A.J., Dobson G.P. 2007. Preconditioning and postconditioning: innate cardioprotection from ischemia-reperfusion injury. Journal of Applied Physiology, 103(4):1441-1448.
44. Werner N., Kosiol S., Schiegl T., Ahlers P., Walenta K., Link A. 2005. Circulating endothelial progenitor cells and cardiovascular outcomes. New England Journal of Medicine, 353(10):999-1007.
45. Xu Q. 2002. Role of heat shock proteins in atherosclerosis. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, 22(10):1547-1559.
46. Yamada P., Amorim F., Moseley P., Schneider S. 2008. Heat shock protein 72 response to exercise in humans. Sports Medicine, 38(9):715-733.
47. Zhang X.D., Franco A., Myers K., Gray C., Nguyen T., Hersey P. 1999. Relation of TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) receptor and FLICE-inhibitory protein expression to TRAIL-induced apoptosis of melanoma. Cancer Research, 59(11):2747-2753.
بررسی اثر پيش آمادهسازي قلبي با تمرين تناوبي شديد بر سطوح بافتي Hsp70 و آنزیم SOD بهدنبال آنفارکتوس حاد میوکارد در موشهای صحرایی نر
چکیده
تمرینات ورزشی بهعنوان ابزاری برای افزایش توان محافظتی قلب در برابر استرسها محسوب میشود. بر این اساس، هدف از انجام پژوهش حاضر بررسی اثر پيش آمادهسازي با تمرين تناوبي شديد بر Hsp70 و SOD میوکارد متعاقب انفاركتوس حاد قلبی در موشهاي صحرايي نر است. بر اساس این هدف، 20 سر موش 8 هفتهای نر با نژاد ویستار (با میانگین وزنی 1/5±41/224 گرم) به 4 گروه کنترل، تمرین، سکته و سکته-تمرین تقسیم شدند. گروههای تمرینی به دو هفته تمرین تناوبی شدید در چهار بخش پرداختند. بخش اول، سه روز تمرین هر روز دو جلسه و هر جلسه شامل 4 تناوب شدید دو دقیقهای با سرعت 35 تا 40 متر بر دقیقه که بین هر تناوب، یک وهله استراحت فعال 2 دقیقه ای با سرعت 25 تا 30 متر بر دقیقه در نظر گرفته شد. در بخش دوم، دو روز تمرین، هر روز دو جلسه تمرینی حاوی 4 تناوب فعالیت شدید 2 دقیقهای (40 تا 45 متر بر دقیقه) و 3 تناوب استراحت فعال 2 دقیقهای ( 28 تا 32 متر بر دقیقه) رسید. بخش سوم، نیز در سه روز تمرینی شامل 5 تناوب شدید (40 تا 45 متر بر دقیقه) و 4 تناوب استراحت فعال (28 تا 32 متر بر دقیقه) بود. بخش چهارم، شامل دو روز تمرینی با شدتی مشابه بخش سوم، امّا با افزایش یک تناوب فعالیت و استراحت فعال در هر جلسه همراه بود. در نهایت، Hsp70 و SOD به همراه میزان ناحیه انفارکته اندازهگیری شدند. نتایج آزمون تحلیل واریانس یک راهه نشان داد که دو هفته تمرین تناوبی شدید موجب کاهش ناحیه انفارکته قلب موشها میشود و تغییرات معنیداری را در Hsp70 و SOD بهدنبال انفارکتوس حاد میوکارد بین گروههای سکته-تمرین و سکته ایجاد میکند. بنابراین، دو هفته تمرین HIIT از طریق مسیرهای سیگنالی، میتواند از قلب در برابر آسیب ناشی از ایسکمی حاد محافظت کند.
|
کلید واژهها: پیش آماده سازی، تمرینات تناوبی شدید، Hsp70 ، SOD ، انفارکتوس حاد قلبی.
|
|
|
|
مقدمه
آمار بالای مرگ و میر ناشی از انفارکتوس قلبی، محافظت از قلب در برابر آسیبهای احتمالی را بهعنوان مسئله مهمی برای دستیابی به جامعه سالم مطرح میکند. روشهای مختلفی محافظت قلبی، از جمله پیش آمادهسازی ایسکمیک1 (IPC)، پیش آمادهسازی فارموکولوژیک، پس آمادهسازی، هایپوکسی، هایپراکسی، تروما و پیش آمادهسازی با فعالیتهای ورزشی2، مطرح هستند(19).
منابع علمی EICP را مطلوبترین و عملیترین روش برای ایجاد محافظت قلبی در برابر آسیب، میدانند(27, 5). این نوع محافظت میتواند حدود 30 تا 40% از حجم آسیبهای احتمالی وارده بر قلب و آپوپتوز میوکاردی را کاهش دهد(34-21 7) ناکون و همکاران (2008) با بررسی 33 مطالعه با جامعه آماری 883372 شرکت کننده، کاهش چشمگیری در میزان ابتلاء افرادی که بهصورت منظم ورزش میکردند به بیماریهای قلبی-عروقی گزارش کردند(29) اندرسون و همکاران (2015) در مطالعه مروری خود 63 پژوهش با موضوع تأثیر فعالیتهای ورزشی بر بیماران دچار مشکلات قلبی -عروقی را مورد بررسی قرار داده و پس از پیگیری 12 ماهه افراد شرکتکننده بیان کردند که در بیشتر این مطالعات، گروهی که تمرین ورزشی دریافت کرده بودند، نسبت به گروه کنترل از نظر بیماری ثبات بیشتری داشته و علائم بیماری آنها تعدیل شده بود(2).
EICP که اولین بار توسط موری و همکاران 1986 مطرح شد(28) به فرایندی گفته میشود که طی آن از طریق تمرینات ورزشی استرسهای کوتاهی بهصورت استرس گرمایی، ایسکمی و هایپوکسی، اسیدوز، تولید رادیکالهای آزاد، تخلیه گلوکز و ذخیره گلیکوژن، افزایش سطوح کلسیمی و کشش سلولهای قلبی، بر بافتهای مختلف تحمیل شده و با ایجاد سازگاریهای مختلفی موجب حفاظت از بافت قلب در مواجه با شرایط آسیب زا میشود و (13, 26-31) بهرغم ابهام در ساز و کار دقیق EICP (19)، تاکنون چندین ساز و کار از جمله تغییرات آناتومیکی و فیزیولوژیکی عروق کرونر، افزایش فعالیت سایکلواکسیژناز- (CoX-2)، افزایش پروتئینهای شبکه آندوپلاسمی، عملکرد افزایش‌یافته کانالهای پتاسیمی وابسته به ATP سارکولمایی (sarcoKATP) و میتوکندریایی (mitoKATP)، نیتریک اکساید (NO)، افزایش ظرفیت آنتی‌اکسیدانی میوکارد و القاء پروتئین شوک گرمایی میوکارد (HSPs) بهعنوان اصلیترین ساز و کارهای درگیر در این روند پیش آمادهسازی معرفی‌شده‌اند (4).
HSPs اثرات آنتی‌اکسیدانی و ضدالتهابی دارند و در تاخوردگی اولیه و مجدد پروتئینها کمک میکنند و با محافظت از هسته سلول و غشای لیپیدی در مقابل آسیب سلولی، از آپوپتوز جلوگیری میکنند. گفته شده که HSPs موجب مهار پیش برندههای آپوپتوز شده(24) و میتوانند با ریکاوری و محافظت از سلول در برابر آسیبهای احتمالی از متراکم شدن و دناتوره شدن پروتئینها جلوگیری کنند و عملکرد پروتئینهای آسیب دیده را بازیابی کنند (14). یکی از مهمترین پروتئینهای شوک گرمایی، Hsp70 است که بهصورت یک پروتئین القاء شونده توسط استرس در دسترس سلولهاست و افزایش سطح آن، با کاهش آثار سمی نیتریک اکساید در سلولهای جزیرهای، موجب مجافظت از قلب در برابر استرس اکسایشی و آپوپتوز میشود(24). ساز و کار احتمالی محافظتی Hsp70 بر بافت قلبی به توانایی این پروتئین برای فعالیت بهعنوان یکی از عوامل آنتی آپوپتیک در مسیرهای وابسته و مستقل از کاسپاز نسبت داده شده است (14, 41) مطالعات گوناگون نشان دادهاند که سلولهای فاقد Hsp70 نسبت به آپوپتوز ضعیفتر عمل می کنند، در حالیکه، افزایش Hsp70 درون سلولی میتواند فعالیت کلیدی مسیرهای مختلف آپوپتوز را خنثی کند. Hsp70، همچنین، موجب اختلال در فعالسازی کاسپازهای آغازگر (کاسپازهای 8 و 9) و کاسپازهای عملکردی (کاسپازهای 3 و 7) و مولکولهای پرو آپوپتیک (Bax و Bak) میشود. در سطح میتوکندری نیز Hsp70 با مهار Bax مانع از نفوذپذیری غشای میتوکندری شده و از انتشار عوامل شروع کننده آپوپتوز مانند سیتوکروم c، SMAC، AIF و Endo-G) به سیتوپلاسم جلوگیری میکند. همچنین، از طریق واکنش با AIF و Apaf-1 فعالیت پروآپوپتیکی آنها را مهار میکند و در نتیجه، مسیر آپوپتوز پس میتو کندریایی را مختل میکند(9, 12).
نتایج تحقیقات در مورد آثار محافظتی قلبی ناشی از EICP در برابر آسیب میوکارد با افزایش سطوح HSPs متفاوت است(16, 13, 20). راینالدی و همکاران (2006)، در مطالعهای گزارش کردند که انجام تمرینات هوازی بر موجب افزایش Hsp70 و SOD میوکاردی موشها میشود(36). قاسم زاده و همکاران (2019)، گزارش کردند هشت هفته تمرین تناوبی شدید ( 5 جلسه در هفته) موجب افزایش معنیدار سطوح Hsp70 و SOD در مقایسه با گروه کنترل در موشهای صحرایی میشود(16).
در مقابل لیو و همکاران (2004) گزارش کردند که بهدنبال تمرینات شدید در قایقرانان حرفهاي تغییر معنیداري در سطوح Hsp70 و ریکاوري بعد از آن مشاهده نشد(23). همچنین، این احتمال وجود دارد که افزایش اثر محافظتی این پروتئینها در برابر آسیب ایسکمی میتواند ناشی از افزایش ظرفیت آنتی‌اکسیدانی میوکارد باشد(45). همیلتون و همکاران (2001)، این احتمال را مطرح کردند که بخشی از EICP به‌واسطه افزایش SOD قلبی است و ممکن است بهدلیل افزایش سطوح HSPs نباشد(14).
فرض بر این است که سازگاری ورزشی با بالا بردن ظرفیت آنتی‌اکسیدانی میتوکندریایی و کاهش تولید اکسیدانهای میوکارد همراه بوده و منجر به محافظت آسیبهای اکسایشی ناشی از هایپوکسی و ایسکمی میشود (34 , 1). بیشتر مطالعات گزارش کردهاند که هر دو نوع تمرینات کوتاه و بلندمدت موجب افزایش آنزیمهای آنتی‌اکسیدانی از جمله SOD، گلوتاتیون پروکسیداز و کاتالاز میوکاردی میشوند که برای دستیابی به EICP ضروری بهنظر میرسند(14, 13, 22). علاوه بر این، افزایش فعالیت آنتی‌اکسیدانی موجب کاهش نکروز و آپوپتوز در میوکارد و انجام محافظت قلبی میشود(22-32).
SOD یکی از آنزیمهای آنتی‌اکسیدانی میتوکندریایی است که همراه با گلوتاتیون پروکسیداز نقش مهمی در کاهش اکسایش و تخریب غشای میتوکندریها ایفا میکند و اولین خط از دفاع سلولی را در برابر ROS تشکیل میدهد. غلظت بالای SOD در ماتریکس میتوکندریایی، بیانگر این است که سطح تولید پروکسید در میتوکندری بالا بوده، اما قبل از آنکه منجر به آسیب شود، خنثی میشود(15) ثابت‌شده است که در پاسخ به ورزش، لنفوسیتها فعالیت SOD و گلوتاتین پروکسیداز و کاتالاز را در مقابل اکسیدانها افزایش میدهند که نقش مهم و مهاری در مقابل ROS و بروز آسیب سلولی، آریتمی، آنفارکتوس و آپوپتوز ایفا میکند(9) در مطالعه پاورز و همکاران (2014)، نشان داده شد که افزایش فعالیت آنزیم SOD در اثر فعالیتهای ورزشی نقش کلیدی در EICP و مقابله با آریتمیها و آنفارکتوس قلبی ناشی از ایسکمی دارد(33). ریستیک و همکاران (2020) نشان دادند که تمرینات ورزشی میتوانند میزان فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانی را بهبود ببخشد و این آنزیمها منجر به کاهش آسیبهای وارد بر میوکارد میشوند(37). بهنظر میرسد تولید مکرر رادیکالهاي آزاد ناشی از ایسکمی و انتشار مجدد خون در سطح عضلانی که در اثر فعالیتهاي ورزشی روي میدهد در بهبود نیمرخ آنتی اکسیدانی نقش داشته باشد(35). امّا نقش تمرینات تناوبی شدید (HIIT)، بهعنوان یک روش محافظتی در برابر آسیبهای میوکارد، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. غنیمتی و همکاران (2020) در تحقیقی نشان دادند که تمرینات HIIT میتواند قلب را در زمان انفاراکتوس محافظت کند و موجب کاهش آسیب قلبی شود(11).
نتایج مطالعات نشان میدهد که فعالیتهاي ورزشیHIIT از یک سو با افزایش فشار اکسایشی، احتمال تشکیل رادیکالهای آزاد مضر را افزایش میدهند و از سوی دیگر، با القاء آنزیمهاي ضداکسایشی سبب کاهش رادیکالهاي آزاد میشوند. همچنین، با توجه به ماهیت این تمرینات، در طولانی مدت، علاوه بر آن که ظرفیت تولید انرژي بی هوازي را در عضله افزایش میدهد موجب بهبود وضعیت آنتی اکسیدانی عضله نیز میشود(8) تمرینات تناوبی شدید حتّی در شدتهاي بسیار بالا بهصورت منظم میتواند تأثیرات مثبتی بر کارایی سیستم ضداکسایشی بدن گذاشته و اثرات مضر رادیکالهاي آزاد را خنثی نماید(42). در این گونه از فعالیتها با افزایش نیاز به انرژی، اکسیژن مورد نیاز از طریق افزایش خونرسانی به عضلات فعال، افزایش می یابد. در زمان استراحت بین تکرارها نیز مصرف اکسیژن بالا بوده، در نتیجه، فعالیت کاتکولامینها موجب افزایش فعالیت عوامل التهابی مانند سایتوکاینها و نوتروفیلها شده و تولید ROS نیز افزایش مییابد(40).
به‌طورکلی، بهنظر میرسد افزایش Hsp70 و SOD در پاسخ به فعالیتهای ورزشی، منجر به کاهش آثار مخرب بر میوکارد میشود. بنابراین و با توجه به توصیه کالج پزشکی ورزشی آمریکا مبنی بر انجام فعالیتهای ورزشی به صورت تمرینات تناوبی به خصوص در شدتهای بالاتر از 60 درصد حداکثر اکسیژن مصرفی VO2max جهت بهرهگیری از اثرات حفاظتی آن(17)، همچنین، با توجه به وابستگی میزان تغییر در سطوح Hsp70 و SOD به نوع و شدت تمرین(23)، بنابراین، تحقیق حاضر با هدف بررسی تأثیر پیشگیرانه یک دوره تمرین HIIT بر سطوح بافتی پروتئین Hsp70 و SOD بهدنبال انفارکتوس حاد قلبی در موشهای صحرایی نر اجرا شد.
مواد و روشها
در این تحقیق تعداد 20 سر موش صحرایی نر هشت هفتهای، نژاد ویستار، با میانگین وزنی 1/5±41/224 گرم، تهیه شده از مرکز علوم حیوانات آزمایشگاهی انستیتو پاستور ایران، پس از انتقال به مرکز مطالعات تجربی دانشگاه ایران در محیطی آزمایشگاهی با دمای 2±22 درجه سانتیگراد و با چرخه روشنایی و تاریکی 12:12 ساعت و رطوبتی معادل 5±50 درصد نگهداری شدند. موشها به چهار گروه 5 تایی شامل کنترل، سکته، تمرین تناوبی و گروه تمرین تناوبی بهعلاوه سکته تقسیم شدند.
دوره تمرینی
برای آشنایی موشها در گروههای تمرینی با فعالیت ورزشی و دستگاه نوارگردان، با سرعت 20 متر بر دقیقه به مدت 10 تا 15 دقیقه (تقریباً معادل 50% حداکثر اکسیژن مصرفی) سه جلسه، تمرین کردند (33, 37). پروتکل دو هفتهای تمرینات بهصورت فزاینده و با توجه به همبستگی منفی بین حجم و شدت تمرینات (37)، افزایش بار در بهصورت تدریجی و با ترکیبی از حجم و شدت تمرینات افزایش و در چهار بخش، پس از 24 ساعت استراحت، اجرا شد. بخش اول شامل شش جلسه تمرین در سه روز (هر روز دو جلسه) و هر جلسه شامل چهار تناوب دو دقیقه با سرعت 35 تا 40 متر بر دقیقه (تقریباً معادل Vo2max95-85%) و سه تناوب آهسته دو دقیقهای با سرعت 25 تا 30 متر بر دقیقه (تقریباً معادل Vo2max70-60%) بین دو تناوب فعالیت قرار گرفت. بخش دوم در دو روز تمرینی، ولی از نظر تعداد تناوبها مانند بخش اول بود، با این تفاوت که شدت تناوبهای شدید به 40 تا 45 متر بر دقیقه (تقریباً معادل Vo2max100-95%) و تناوبهای آهسته با 28 تا 32 متر بر دقیقه (تقریباً معادل Vo2max75-65%) رسید. بخش سوم در سه روز تمرینی انجام شد. تعداد تناوبها در این بخش به پنج تناوب شدید و چهار تناوب آهسته با شدت بخش دوم انجام شد. بخش چهارم همانند بخش دوم شامل دو روز تمرینی بود. ولی تعداد تناوبها همانند بخش سوم انجام گرفت، با این تفاوت که به تعداد تناوبهای شدید و آهسته یک تناوب اضافه شد (شش تناوب شدید و پنج تناوب آهسته). با اندکی تغییرات، برگرفته از تحقیق شمسایی و همکاران (2015)، که اثر بخشی آن بر سازگاریها گزارش شده است (38).
اندازهگیری ظرفیت استقامتی
بهمنظور کسب اطمینان از اثر بخشی فعالیت ورزشی، آزمون حداکثر ظرفیت عملکرد استقامتی در ابتدا و انتهای دوره تمرینی اندازهگيري شد. از طریق شوك ملایم، زمان رسیدن به واماندگی مشخص شد. هر گاه موشها در مدت زمان 30 ثانیه دو بار به دستگاه شوك در انتهای نوار گردان برخورد داشتند یا بازتاب برگشت و ایستادن قائم روي پا را نشان دادند، وامانده تلقی شدند (18). پروتكل آزمون شامل گرم كردن تدریجی با شدت 15 تا 25 متر بر دقيقه بهمدت پنج دقيقه انجام گرفت. اجراي آزمون عملکردی در مرحلۀ دوم بود و همانند شکل 1، افزایش سرعت و زمان فعالیت تا زمان خستگی ادامه پیدا کرد (38).
شکل ۱. شماتیکی از مراحل تمرین وامانده ساز
روش القاء سکته
جهت القاء سکته از تزریق زیر جلدی ایزوپرنالین بهمیزان mg/kg150 در دو روز متوالی (48 و 72 ساعت پس از آزمون عملکردی دوم) استفاده شد استفاده از این ماده در مدلهای حیوانی بهویژه موشهای صحرایی یکی از روشهای رایج برای ایجاد سکته قلبی است. شایان ذکر است جهت تأیید سکته از اشتقاق دوم الکتروکاردیوگرافی و از اتصال الکترودها به دست راست، دست چپ و پای چپ موش استفاده شد.
نمونهگیری
تمامی مراحل نگهداری، کار با حیوانات، تمرین، بیهوشی و کشتار موشها بر اساس قوانین و آیین نامههای اخلاقی کار با حیوانات آزمایشگاهی کمیته اخلاق دانشگاه علوم پزشکی ایران انجام گرفت. نمونهگیری خونی طی دو مرحله انجام شد، نخست، 48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرینی، و مرحله دوم یک هفته بعد از القاء سکته، موشها با تزریق درون صفاقی بهصورت ترکیبی از ماده بیهوشی کتامین (30 تا 50 میلیگرم به ازای هر کیلو وزن بدن) و زایلازین (3 تا 5 میلیگرم به ازای هر کیلو وزن بدن) بی هوش شده و پس از اطمینان از بی هوشی کامل آنها، خونگیری از بطن چپ بهعمل آمد. سپس، حیوانات بهصورت جداگانه تشریح و پس از جداسازی بافت قلب آنها تعدادی از نمونهها بهسرعت با نیتروژن مایع منجمد شده و در دمای 80- درجه سانتیگراد جهت اندازهگیری پروتئینهای مورد نظر در فریزر نگهداری شدند. همچنین، تعدادی از نمونههای دیگر قلب داخل یک قالب مخصوص و در فرمالین 10 درصد بهعنوان فیکساتیو قرار داده شدند و 24 ساعت بعد بلوکهای پارافين جهت بررسی آسیب فیبروزی و نکروزی تهیه شدند.
برای سنجش آسیب فیبروزی و نکروزی ابتدا با استفاده از دستگاه میکروتوم مقاطعی بهضخامت چهار میکرومتر از بلوکهای پارافين تهیه و روی لام قرار داده شد. در نهایت، برای اندازهگیری آسیب نکروزی از رنگآمیزی هماتوکسیلین – ائوزین و جهت بررسی بافت فیبروزی از رنگآمیزی تری کروم ماسون استفاده شد. پس از رنگآمیزی، نمونهها با استفاده از میکروسکوپ نوری با بزرگ نمایی ×40 مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، جهت اندازهگیری میزان پروتئین Hsp70 بهروش الایزا و با استفاده از کیت Applied bio system ساخت کشور آمریکا و با حساسیت 6/15 کیلوگرم بر میلی لیتر استفاده شد. سنجش فعالیتSOD بر اساس مهار احیاء نیتروبلوتترازولیوم توسط سیستم گزانتین-گزانیتن اکسیداز بهعنوان تولید کننده سوپر اکسیداز تولید کننده سوپراکسید انجام شد. جذب نوری هر نمونه در طول موج نوری 550 نانومتر به مدت 5 دقیقه هر 30 ثانیه یک بار فراخوانده شد. برای بهدست آوردن درصد مهار احیاء نیتروبلوتترازولیوم توسط آنزیم SOD از فرمول مربوط به دستورالعمل کیت رندوکس استفاده شد. با انطباق درصد مهار بر منحنی استاندارد، فعالیت آنزیم بهدست آمد و فعالیت آن بر اساس واحد بین الملل IU/mg protein گزارش شد.
آنالیز آماری
از آزمون شاپیرو-ویلک برای تعیین طبیعی بودن توزیع دادهها و از آزمون تحلیل واریانس یکراهه و از آزمون تعقیبی توکی برای بررسی تفاوت بین گروهی استفاده شد. برای بررسی تجانس واریانس از آزمون لوین استفاده شد. سطح معنیداری آزمونها کمتر از 05/0 در نظر گرفته شد.
نتایج
ظرفیت استقامتی
نتایج تحلیل واریانس یکراهه تحقیق نشان داد که دو هفته تمرین تناوبی شدید موجب افزایش معنیدار (001/0>P) ظرفیت استقامتی موشهای نر در دو گروه دارای تمرین شد که نشاندهنده تأثیر این مدت و نوع تمرینات بر ظرفیت استقامتی موشها میباشد. میزان مسافت طی شده در گروه کنترل در ابتدای تمرینات 735 متر و زمان آن 05/41 دقیقه بود که بعد از دو هفته این میزان به 945 متر و زمان آن به 95/48 دقیقه رسید. همچنین، مسافت طی شده در گروه سکته از 774 متر به 976 متر و زمان آن از 75/42 به 85/52 دقیق رسید، امّا مسافت طی شده در گروه تمرین در ابتدای تمرینات 760 متر و زمان آن 86/41 دقیقه و بعد از دو هفته تمرین تناوبی شدید این مسافت به 3400 متر و زمان آن به 75/182 دقیقه و در گروه سکته به همراه تمرین مسافت طی شده از 723 به 3324 متر و ژمان آن از 2/40 به 25/170 دقیقه رسید. این نتایج در جدول 1 بهطور خلاصه بیان شده است.
[1] . Ischemic preconditioning (IPC)
[2] . exercise-induced cadioprotection (EICP)
جدول 1. میزان مسافت و زمان دویده شده قبل و بعد از دو هفته تمرین تناوبی شدید در 4 گروه تحقیق
گروه | پارامتر | قبل از تمرینات | بعد از تمرینات |
کنترل | مسافت طی شده (متر) | 735 | 945 |
زمان دویده شده (دقیقه) | 05/41 | 95/48 | |
سکته | مسافت طی شده (متر) | 774 | 976 |
زمان دویده شده (دقیقه) | 75/42 | 85/52 | |
تمرین | مسافت طی شده (متر) | 760 | 3400 |
زمان دویده شده (دقیقه) | 86/41 | 75/182 | |
سکته- تمرین | مسافت طی شده (متر) | 723 | 3324 |
زمان دویده شده (دقیقه) | 2/40 | 25/170 |
a |
c |
b |
d |
شکل 2. نمایی از میزان فیبروز بافت قلب در گروههای a کنترل، b تمرین، c سکته و d تمرین- سکته. رنگ آبی نشان دهنده میزان فیبروز بافت میباشد (بزرگ نمایی x40)
a |
b |
c |
d |
شکل 3. نمایی از آسیب نکروزی بافت قلب در گروههای a کنترل، b تمرین، c سکته و d تمرین- سکته. تجمع نوتروفیلها، ادم و برهم خوردگی بافت (بزرگ نمایی x40)
پروتئین Hsp70
بر این اساس، نتایج تحلیل واریانس سطح Hsp70 در 4 گروه مورد بررسی (کنترل، تمرین، سکته، تمرین-سکته) بهصورت 35/3= 2 ηو 05/0= p< و 424/92= (16و3)F= میباشد که نشان دهنده تفاوت در گروههای /مورد مطالعه بود. آزمون تعقیبی توکی نشان داد که سطح پروتئین Hsp70 گروههای سکته (001/0>P)، تمرین (001/0>P) و تمرین-سکته (001/0>P) نسبت به گروه کنترل افزایش معنیداری داشت. همچنین، سطح پروتئین Hsp70 گروه تمرین- سکته نسبت به گروه سکته (001/0>P) تفاوت معنیداری نشان داد. بین گروه تمرین با گروه سکته (001/0>P) نیز تفاوت معنیداری مشاهده شد.
جدول 2. نتایج آزمون تعقیبی توکی بین چهار گروه تحقیقی برای پروتئین Hsp70
گروهها | سکته | تمرین | تمرین-سکته | |||
اختلاف میانگینها | سطح معنیداری | اختلاف میانگینها | سطح معنیداری | اختلاف میانگینها | سطح معنیداری | |
کنترل | 5- | 000/0 | 34/2- | 000/0 | 36/3- | 000/0 |
تمرین-سکته | 64/1- | 000/0 | 02/1 | 021/0 |
|
|
تمرین | 66/2- | 000/0 |
|
|
|
|
# @ * |
# @ |
# * |
98/10 |
|
# @* |
64/13 |
64/8 |
Hsp70(pg/mg) |
|
|
64/8 |
12 |
آنزیم SOD
بر این اساس، نتایج تحلیل واریانس سطح SOD در 4 گروه مورد بررسی (کنترل، تمرین، سکته، تمرین-سکته) بهصورت 54/3= 2 ηو 05/0= p< و 722/32= (16و3)F= میباشد که نشان دهنده تفاوت در گروههای مورد مطالعه بود. از سوی دیگر، نتایج حاصل از بررسی آزمون تعقیبی HSD نشان داد که بین پایه گروه کنترل با گروه تمرین (001/0>P) ، گروه تمرین-سکته (001/0>P) تفاوت معنیدار بوده است. همچنین، بین گروه تمرین با سکته (001/0>P) و گروه تمرین-سکته (001/0>P) تفاوت معنیداری مشاهده میشود. در نهایت، بین گروه سکته با گروه تمرین- سکته (001/0>P) تفاوت معنیداری مشاهده شد.
جدول 3. نتایج آزمون تعقیبی توکی بین چهار گروه تحقیقیبرای آنزیم SOD
گروهها | سکته | تمرین | تمرین-سکته | |||
اختلاف میانگینها | سطح معنیداری | اختلاف میانگینها | سطح معنیداری | اختلاف میانگینها | سطح معنیداری | |
کنترل | 712/7 | 000/0 | 260/2- | 253/0 | 870/5 | 001/0 |
تمرین-سکته | 842/1 | 419/0 | 130/8- | 000/0 |
|
|
تمرین | 972/9 | 000/0 |
|
|
|
|
# |
@ * |
بحث
هدف از انجام مطالعه حاضر بررسی تأثیر پیشگیرانه یک دوره تمرین HIIT بر سطوح بافتی پروتئین Hsp70 و SOD بهدنبال انفارکتوس حاد قلبی در موشهای صحرایی نر بود. نتایج پاتولوژیک پژوهش حاضر نشان داد که تزریق زیر جلدی ایزوپرنالین به میزان mg/kg 150 در دو روز متوالی موجب آسیب بافتی شدید در قلب موشها میشود.
نتایج تحقیق حاضر نشاندهنده افزایش معنیدار پروتئین Hsp70 بهدنبال اجرای دو هفته تمرینات HIIT گروه تمرین-سکته نسبت به گروه سکته در موشهای صحرایی نر بود، که با نتایج مطالعات راینالدی (2006) و قاسم زاده (2018) همسو بود. از سوی دیگر، نتایج بهدست آمده از تغییرات Hsp70 در مطالعه حاضر با نتایج تحقیقات لیو (2004) و همیلتون (2001) غیر همسو بود. تفاوت موجود در نوع، شدت، پروتکل تمرینات ورزشی و زمان ایجاد سازگاری را میتوان از جمله دلایل احتمالی تناقص نتایج قلمداد کرد.
Hsp ها بهعنوان یکی از عوامل ایجاد محافظت قلبی در برابر شرایط ایسکمی شناخته‌شدهاند. بهطوریکه مکانیسم اثر آنها را میتوان بهعنوان چاپرون محافظ در برابر آپوپتوز، بهبود کننده عملکرد اندوتلیالی و کاهشدهنده اندازه ناحیه انفارکته ذکر کردهاند(47). در همین زمینه پاورز و همکاران (2014) گزارش کردند که Hsp72 از راه مهار متراکم شدن و دناتوره شدن پروتئینها و بازیابی عملکرد پروتئینهای آسیب دیده میتواند موجب بهبود عملکرد و تسریع روند بازیابی سلولهای آسیب دیده شود(31, 33).
Hspها در واکنش به اجرای فعالیتهای ورزشی فعال میشوند. Hsp70 از HSF1 مشتق شده و با کمک به تاخوردگی اولیه پروتئینهای آسیب دیده از سلولها محافظت میکند. فعالیت های ورزشی از طریق چندین ساز و کار از جمله مسیر مربوط به پروتئین کیناز A میتواند عامل سرکوبگر HSF1 مهار کند. در این زمینه یامادا (2008) گزارش‌شده که ورزشهای منظم و طولانی مدت هوازی با شدت Vo2max %85 موجب افزایش میزان Hsp70 در ورزشکاران و کاهش معنیدار مارکرهای آسیب قلبی-عروقی میشوند.
از سوی دیگر، یکی دیگر از مکانیسمهای احتمالی اثر Hspها در ایجاد EICP به مهار فرایند آپوپتوز از طریق مسیرهای وابسته یا مستقل از کاسپازها نسبت داده‌شده است. Hsp70 درون سلولی با اتصال به TNFR و FasR، از تشکیل DISC و فعال شدن وابسته به گیرندههای کینازی دخیل در استرس (JNK1، SEK1 و ASK1) جلوگیری میکند و مانع از فعال شدن آبشارهای کاسپازی میشود(41). در سطح میتوکندری Hsp70 با مهار Bax مانع از نفوذپذیری غشای میتوکندری شده و از انتشار عوامل آغازگر آپوپتوز مثل سیتوکروم C، SMAC، AIF و Endo-G به سیتوپلاسم جلوگیری میکند. همچنین، از طریق واکنش با AIF و Apaf-1 فعالیت پرو آپوپتیکی آنها را مهار کرده و موجب ایجاد اختلال در مسیر میتوکندریایی آپوپتوز میشود(43). در همین زمینه، چوی و همکاران (2000) گزارش کردند که Hsp70 موجب کاهش انتشار سیتوکروم c از میتوکندری و جلوگیری از افزایش Caspase-3 شده و روند آپوپتوز را کاهش میدهد(6). در این زمینه، یامادا (2008) نشان داد که ورزشهای منظم و طولانی مدت هوازی با شدن 85% توان هوازی موجب کاهش معنیدار مارکرهای آسیبهای قلبی- عروقی میشوند، بهطوریکه بهدنبال اجرای این تمرینات میزان Hsp70 در ورزشکاران افزایش مییابد(46).
بهطور کلی، نتایج تحقیق حاضر بیانگر کاهش آثار مخرب ناشی از ایسکمی و کاهش آپوپتوز در انفارکتوس حاد قلبی درنتیجه اجرای یک دوره تمرین HIIT بود. EICP در اثر تمرینات HIIT میتواند از طریق تغییرات آناتومیکی و فیزیولوژیکی در شریانهای کرونری (گردش خون جانبی)، و مکانیسمهای سلولی- مولکولی از جمله القاء پروتئینهای Hspها، فعالیت افزایش یافته سایکلواکسیژناز-2 (COX-2)، افزایش پروتئینهای استرسی شبکه آندوپلاسمی (ER)، افزایش عملکرد کانالهای پتاسیمی وابسته به ATP در سارکولما (sarcoKATP) سطوح افزایش یافته کانالهای پتاسیمی وابسته به ATP در میتوکندری (mitoKATP)، نیتریک اکساید (NO)، هاپرتروفی فیزیولوژیک قلب، افزایش برون ده قلبی و حجم ضربهای، افزایش متوسط میانگین فشارخون سرخرگی، آنژیوژن، افزایش میزان سطح عوامل فراخوانیکننده سلولهای بنیادی و افزایش ظرفیت آنتی اکسیدانی قلب، محافظت قلبی را افزایش میدهد (37-11).
عدم افزایش معنیدار سطح آنزیم SOD در گروه تمرین-سکته با گروه سکته بود. این یافته با نتایج مطالعات ریستیک و همکاران (2020) و پاورز (2014) همسو بوده (33, 37) و با نتایج تحقیق دهقان منشادی و همکاران (2017) غیر همسوست(45). نکته قابل توجه در ارتباط با SOD، بالاتر بودن میزان سطوح این آنزیم در گروه تمرین-سکته نسبت به گروه سکته میباشد که نشاندهنده اثر محافظتی عوامل عوامل آنتی اکسیدانی و بهطور ویژه SOD میباشد. SOD بهعنوان اولین خط دفاعی در برابر آسیبها مطرح است که با خنثی کردن رادیکالهای آزاد از بروز آپوپتوز و آسیب سلولی در بافت قلبی جلوگیری میکند (10). آروو و همکاران (2015) عنوان کردند که تمرینات تناوبی شدید با تأثیر بر عوامل آنتی اکسیدانی و پیش اکسیدانی در کاهش استرس اکسایشی نقش دارند (30). در تحقیق حاضر بهرغم ایجاد محافظت قلبی توسط تمرینات تناوبی شدید افزایش معنیداری درسطح SOD در گروه تمرین-سکته نسبت به گروه سکته مشاهده نشد. بهنظر میرسد که این اثر محافظتی مستقل از اثرات این آنزیم ایجاد شده است موید این احتمال مطالعه فرنچ و همکاران (2008) است، که گزارش کردند 8 روز دویدن روی تردمیل اگرچه موجب ایجاد محافظت قلبی و بهبود عملکرد موشها شد، اما افزایش SOD میوکاردی نقشی در این محافظت ایجاد شده نداشت. از سوی دیگر، تحقیق حاضر با توجه به کاهش کمتر سطوح آن در بافت قلبی موشهای تمرین کرده پس از القاء سکته احتمالاً از طریق واکنش با مولکولها موجب ایجاد تغییراتی مانند نیتراسیون، پروتئینها و پراکسیداسیون لیپیدها میشوند و میتوانند از تشکیل پلاک در عروق جلوگیری کرده و موجب محدود کردن اترواسکلروز و آنفارکتوس میوکارد میشوند (44, 3).
نتیجهگیری
بهطور کلی، پژوهش حاضر نشان داد که استفاده از شیوه تمرینی کوتاه مدت HIIT میتواند موجب افزایش Hsp70 و SOD در بافت قلب گروههای پژوهشی در مقایسه با گروه کنترل شود که احتمالاً از همین طریق موجب ایجاد آثار حفاظتی در بافت قلب در مقابل آسیب انفارکتوس میشوند. با وجود اینکه این نتایج نیازمند تأیید بر مبنای پژوهشهای آینده است و با توجه به نتایج تحقیقات قبلی میتوان بیان داشت که احتمالاً دو هفته تمرین HIIT از طریق مسیرهای سیگنالی شناخته‌شده که ذکر شد، میتواند از قلب در برابر آسیب ناشی از ایسکمی حاد محافظت کند.
منابع
1. Adlam VJ, Harrison JC. 2005. Porteous CM, James AM, Smith RA, Murphy MP, et al. Targeting an antioxidant to mitochondria decreases cardiac ischemia‐reperfusion injury. The FASEB Journal, 19(9):1088-95.
2. Anderson L., Thompson DR., Oldridge N., Zwisler AD., Rees K., Martin N., et al. 2016. Exercise‐based cardiac rehabilitation for coronary heart disease. Cochrane Database of Systematic Reviews.(1).
3. Baker J., De Lisio M., Parise G. 2011. Endurance exercise training promotes medullary hematopoiesis. The FASEB Journal, 25(12):4348-57.
4. Becker LB. 2004. New concepts in reactive oxygen species and cardiovascular reperfusion physiology. Cardiovasc Res, 61(3):461-70.
5. Brown DA., Chicco AJ., Jew KN., Johnson MS., Lynch JM., Watson PA., et al. 2005. Cardioprotection afforded by chronic exercise is mediated by the sarcolemmal, and not the mitochondrial, isoform of the KATP channel in the rat. The Journal of physiology, 569(3):913-24.
6. Choi B-M., Pae H-O., Jang S-I, Kim Y-M., Chung H-T. 2002. Nitric oxide as a pro-apoptotic as well as anti-apoptotic modulator. BMB reports, 35(1):116-26.
7. Demirel HA., Powers SK., Zergeroglu MA., Shanely RA., Hamilton K., Coombes J., et al. 2001. Short-term exercise improves myocardial tolerance to in vivo ischemia-reperfusion in the rat. Journal of applied physiology, 91(5):2205-12.
8. Fatahi A1., Azizbeigi K1., Ranjbar K., Mohammadzade K1. 2019. The Protective Effect of High Intensity Interval Training Preconditioning on Ischemia Reperfusion-Injury in Ageing Rats. Horizon of Medical Sciences. 15(1): 22-28
9. French JP., Quindry JC., Falk DJ., Staib JL., Lee Y., Wang KK., et al. 2006. Ischemia-reperfusion-induced calpain activation and SERCA2a degradation are attenuated by exercise training and calpain inhibition. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology.290(1): 28-36.
10. Galang N., Sasaki H., Maulik N. 2000. Apoptotic cell death during ischemia/reperfusion and its attenuation by antioxidant therapy. Toxicology, 148(2-3):111-118.
11. Ghanimati R., Rajabi H., Ramezani F., Ramez M., Bapiran M., Nasirinezhad F. 2020. The effect of preconditioning with high-intensity training on tissue levels of G-CSF, its receptor and C-kit after an acute myocardial infarction in male rats. BMC cardiovascular disorders, 20(1):1-9.
12. Gutterman DD. 2009. Silent myocardial ischemia. Circulation Journal, 73(5):785-97.
13. Hamilton KL., Powers SK., Sugiura T., Kim S., Lennon S., Tumer N., et al. 2001. Short-term exercise training can improve myocardial tolerance to I/R without elevation in heat shock proteins. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 281(3):1346-1352.
14. Hamilton KL., Staib JL., Phillips T., Hess A., Lennon SL., Powers SK. 2003. Exercise, antioxidants, and HSP72: protection against myocardial ischemia/reperfusion. Free Radical Biology and Medicine, 34(7):800-9.
15. Hamilton KL., Quindry JC., French JP., Staib J., Hughes J., Mehta JL., et al. 2004. MnSOD antisense treatment and exercise-induced protection against arrhythmias. Free Radical Biology and Medicine, 37(9):1360-8.
16. Hosseini M., Divkan B., Malayeri SR. 2018. Interactive effect of high intensity interval training with vitamin E consumption on the serum levels of Hsp70 and SOD in male wistar rats. Iranian Journal of Nutrition Sciences & Food Technology, 13(4): 21-28.
17. Jeremic N., Weber GJ., Theilen NT., Tyagi SC. 2020. Cardioprotective effects of high‐intensity interval training are mediated through microRNA regulation of mitochondrial and oxidative stress pathways. Journal of Cellular Physiology, 235(6):5229-40.
18. Judge S., Jang YM., Smith A., Selman C., Phillips T., Speakman JR., et al. 2005. Exercise by lifelong voluntary wheel running reduces subsarcolemmal and interfibrillar mitochondrial hydrogen peroxide production in the heart. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 289(6):R1564-R72.
19. Kavazis AN. 2009. Exercise preconditioning of the myocardium. Sports medicine, 39(11):923-35.
20. Krüger K., Reichel T., Zeilinger C. 2019. Role of heat shock proteins 70/90 in exercise physiology and exercise immunology and their diagnostic potential in sports. Journal of Applied Physiology, 126(4):916-27.
21. Lambiase PD., Edwards RJ., Cusack MR., Bucknall CA., Redwood SR., Marber MS. 2003. Exercise-induced ischemia initiates the second window of protection in humans independent of collateral recruitment. Journal of the American College of Cardiology, 41(7):1174-82.
22. Lennon SL., Quindry JC., Hamilton KL., French JP., Hughes J., Mehta JL., et al. 2004. Elevated MnSOD is not required for exercise-induced cardioprotection against myocardial stunning. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 287(2):H975-H80.
23. Liu Y., Lormes W., Wang L., Reissnecker S., Steinacker JM. 2004. Different skeletal muscle HSP70 responses to high-intensity strength training and low-intensity endurance training. European journal of applied physiology, 91(2):330-5.
24. Mayer M., Bukau B. 2005. Hsp70 chaperones: cellular functions and molecular mechanism. Cellular and molecular life sciences, 62(6):670-84.
25. Manshadi Md., Asadi MR., Naghibi S. 2017. Effect of 8 Weeks of High Intensity Intermittent and Aerobic Training on Gene Expression of SOD and GPX of Heart tissue in Wistar Male Rats. Journal of sport biosciences, 9(4): 571-577.
26. Melling CJ., Thorp DB., Milne KJ., Krause MP., Noble EG. 2007. Exercise-mediated regulation of Hsp70 expression following aerobic exercise training. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 293(6):3692-3698.
27. Mooren FC., Lechtermann A., Völker K. 2004. Exercise-induced apoptosis of lymphocytes depends on training status. Medicine and science in sports and exercise, 36(9):1476-83.
28. Murry CE., Jennings RB., Reimer KA. 1986. Preconditioning with ischemia: a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation, 74(5):1124-36.
29. Nocon M., Hiemann T., Müller-Riemenschneider F., Thalau F., Roll S., Willich SN. 2008. Association of physical activity with all-cause and cardiovascular mortality: a systematic review and meta-analysis. European Journal of Preventive Cardiology, 15(3):239-46.
30. Poblete Aro CE., Russell Guzmán JA., Soto Muñoz ME., Villegas González BE. 2015. Effects of high intensity interval training versus moderate intensity continuous training on the reduction of oxidative stress in type 2 diabetic adult patients: CAT. Medwavde,15(7).
31. Powers SK., Quindry JC., Kavazis AN. 2008. Exercise-induced cardioprotection against myocardial ischemia–reperfusion injury. Free Radical Biology and Medicine, 44(2):193-201.
32. Powers SK., Lennon SL., Quindry J., Mehta JL. 2002. Exercise and cardioprotection. Current opinion in cardiology, 17(5):495-502.
33. Powers SK., Smuder AJ., Kavazis AN., Quindry JC. 2014. Mechanisms of exercise-induced cardioprotection. Physiology, 29(1):27-38.
34. Quindry J., French J., Hamilton K., Lee Y., Mehta JL., Powers S. 2005. Exercise training provides cardioprotection against ischemia–reperfusion induced apoptosis in young and old animals. Experimental gerontology, 40(5):416-25.
35. Radak Z., Chung HY., Goto S. 2008. Systemic adaptation to oxidative challenge induced by regular exercise. Free Radical Biology and Medicine, 44(2):153-9.
36. Rinaldi B., Corbi G., Boccuti S., Filippelli W., Rengo G., Leosco D., et al. 2006. Exercise training affects age-induced changes in SOD and heat shock protein expression in rat heart. Experimental gerontology, 41(8):764-70.
37. Ristic J., Folic M., Radonjic K., Rosic MI., Bolevich S., Alisultanovich OI., et al. 2020. Preconditioning with PDE1 inhibitors and moderate-intensity training positively affect systemic redox state of rats. Oxidative medicine and cellular longevity..
38. Shamsaei N., Rajabi H., Aboutaleb N., Nikbakht F., Motamedi P., Khaksari M., et al. 2015. Effects of Exercise Pre-Conditioning on Hippocampus Expression of Bcl-2 and Bax Protein and Apoptosis Following Ischemia/Reperfusion Injury in Male Rats. Journal of Knowledge & Health, 10(2): 24-32.
39. Shukla SK., Sharma SB. 2015. β-Adrenoreceptor agonist isoproterenol alters oxidative status, inflammatory signaling, injury markers and apoptotic cell death in myocardium of rats. Indian journal of clinical biochemistry, 30(1):27-34.
40. Syu G-D, Chen H-i, Jen CJ. 2011. Severe exercise and exercise training exert opposite effects on human neutrophil apoptosis via altering the redox status. PloS one, 6(9):24385.
41. Taylor RP., Harris MB., Starnes JW. 1999. Acute exercise can improve cardioprotection without increasing heat shock protein content. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 276(3):98-102.
42. Usefpor M., Ghasemnian AA., Rahmani A. 2017. The Effect of a period of high intensive interval training on total antioxidant capacity and level of liver tissue malondialdehyde in male Wistar rats. Scientific Journal of Kurdistan University of Medical Sciences, 22(5):103-10.
43. Vinten-Johansen J., Zhao Z-Q., Jiang R., Zatta AJ., Dobson GP. 2007. Preconditioning and postconditioning: innate cardioprotection from ischemia-reperfusion injury. Journal of applied physiology, 103(4):1441-8.
44. Werner N., Kosiol S., Schiegl T., Ahlers P., Walenta K., Link A., et al. 2005. Circulating endothelial progenitor cells and cardiovascular outcomes. New England Journal of Medicine, 353(10):999-1007.
45. Xu Q. 2002. Role of heat shock proteins in atherosclerosis. Arteriosclerosis, thrombosis, and vascular biology, 22(10):1547-59.
46. Yamada P., Amorim F., Moseley P., Schneider S. 2008. Heat shock protein 72 response to exercise in humans. Sports Medicine, 38(9):715-33.
47. Zhang XD., Franco A., Myers K., Gray C., Nguyen T., Hersey P. 1999. Relation of TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) receptor and FLICE-inhibitory protein expression to TRAIL-induced apoptosis of melanoma. Cancer research, 59(11):2747-53.
The effect of cardiac preconditioning with intense intermittent exercise on tissue levels of Hsp70 and SOD enzyme following acute myocardial infarction in male rats
Abstract: Sports training is considered as a tool to increase the protective power of the heart against stress. Based on this, the aim of this study is to investigate the effect of pre-training with intense intermittent exercise on myocardial Hsp70 and SOD following acute myocardial infarction in male rats. Based on this goal, 20 8-week-old male Wistar rats (with an average weight of 224.41±5.1 grams) were divided into 4 groups: control, exercise, stroke, and stroke-exercise. The training groups did two weeks of intense interval training in four sections. The first part, three days of training, two sessions each day, and each session includes 4 intense intervals of two minutes at a speed of 35 to 40 meters per minute, and between each interval, an active rest period of 2 minutes at a speed of 25 to 30 meters per minute. Considered In the second part, two days of training, each day consisted of two training sessions containing 4 periods of intense activity of 2 minutes (40 to 45 m/min) and 3 periods of active rest of 2 minutes (28 to 32 m/min). The third part also included 5 intense periods (40 to 45 m/min) and 4 active rest periods (28 to 32 m/min) in three training days. The fourth part included two training days with the same intensity as the third part, but with an increase in activity and active rest in each session. Finally, Hsp70 and SOD were measured along with the amount of infarcted area. Heart damage enzymes (CK and LDH) were also measured in serum. The one-way analysis of variance test showed that two weeks of intense intermittent exercise, although it reduces the infarcted area of the heart of rats, but there were significant changes in Hsp70 and SOD after acute myocardial infarction between the stroke-exercise and stroke groups. Does not cause, while the measured heart damage enzymes (CK and LDH) showed a significant decrease in the stroke-exercise group compared to the stroke group. Therefore, two weeks of HIIT training can protect the heart from acute ischemia-induced damage through signaling pathways.
Keywords: pre-training, intense interval training, Hsp70 , SOD , myocardial infarction.