The effect of eight weeks of aerobic training on VO2max and BMI of overweight and obese women in different types of NRF1 and NRF2 genotypes
Subject Areas : Physical Activity and HealthMaryam Kamari 1 , Masoud Rahmati 2 , Mehdi Boostani 3
1 - Department of Physical Education, Faculty of Humanities, Islamic Azad University, Borujerd Branch, Borujerd, Iran
2 - Department of Physical Education and Sport Sciences, Faculty of Literature and Human Sciences, Lorestan University, Khoramabad, Iran
3 - Department of Physical Education, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
Keywords: NRF, VO2max, Aerobic training, Body Mass Index,
Abstract :
Aim: The purpose of this study was to determine the effect of eight weeks of aerobic training on VO2max and BMI of overweight and obese women in different types of NRF1 and NRF2 genotypes.Methods: 23 inactive obese women (30-45 years old, body mass index>30) voluntarily and purposefully participated in the research. At the beginning of the research the subjects participated in an aerobic training program for eight weeks. Measurements related to height, weight, body mass index and VO2max of the subjects were done before and after the training program. 24 hours after completing the training program, in order to extract DNA and observation of genetic profile by RFLP method, saliva samples were collected in special kits. Subjects were placed in three genotypic groups AA, AC and CC for NRF1 and one genotypic group AA for NRF2. To check the frequency of genotypes Chi-square statistical test and one-way ANOVA test and dependent T-test were used to check the difference between variables.Results: The results of analysis related to NRF1 gene showed that there is non-significant difference in VO2max (p=0.854 and F=0.159) and body mass index (p=0.956 and F=0.036) between groups. Also, the results related to the NRF2 gene showed that the subjects' VO2max increased significantly after eight weeks of aerobic training (p=0.001).Conclusion: The present study showed that only in the NRF2 AA genotype, the endurance capacity of subjects increases due to aerobic exercise.
_||_
چکیده
هدف: هدف از انجام پژوهش حاضر، تعیین تاثیر هشت هفته تمرین هوازی بر VO2max و شاخص توده بدنی زنان دارای اضافه وزن و چاق در گونههای مختلف ژنوتیپهای NRF1 و NRF2 بود.
روشها: تعداد 23 زن چاق و دارای اضافه وزن غیرفعال 30-45 ساله با میانگین شاخص تودهبدنی بیشتر از 30 بهصورت داوطلبانه و هدفمند در پژوهش شرکت کردند. در آغاز پژوهش، آزمودنیها در یک برنامه تمرین هوازی به مدت هشت هفته شرکت کردند. اندازهگیریهای مربوط به قد، وزن، شاخص تودهبدنی و VO2max آزمودنیها، پیش و پس از برنامه تمرینی انجام شد. جهت استخراج DNA و رصد پروفایل ژنتیکی به روشRFLP ، 24 ساعت پس از پایان تمرینات، نمونههای بزاقی در کیتهای مخصوص جمعآوری شد. پس از مشخص شدن پروفایل ژنتیکی، آزمودنیها در سه گروه ژنوتیپی AA، AC و CC برای NRF1 و یک گروه ژنوتیپی AA برای NRF2 قرارگرفتند. براي بررسی فراوانی ژنوتیپها از آزمون آماري خی دو و برای بررسی تفاوت میان متغیرها از آزمون آماری تحلیلواریانس یکراهه و آزمون تی همبسته استفاده شد. سطح معنی داري 05/0p< در نظر گرفته شد.
یافتهها: نتایج آزمون تحلیلواریانس مربوط به ژن NRF1 نشان داد که اختلاف معنیداری در میزان VO2max (854/0=p و 159/0= F) و شاخص تودهبدنی (956/0=p و 036/0= F) بین گروهها وجود ندارد. نتایج آزمون تی همبسته مربوط به ژن NRF2 نشان داد که میزان VO2max آزمودنیها، پس از هشت هفته تمرین هوازی افزایش معنیداری داشت (001/0=p).
نتیجهگیری: پژوهش حاضر نشان داد که تنها در ژنوتیپ NRF2 AA، ظرفیت استقامتی آزمودنیها در اثر تمرین هوازی افزایش مییابد.
واژههای کلیدی: NRF، VO2max، شاخص توده بدنی، تمرین هوازی
The effect of eight weeks of aerobic training on VO2max and BMI of overweight and obese women in different types of NRF1 and NRF2 genotypes
Abstract
Aim: The purpose of this study was to determine the effect of eight weeks of aerobic training on VO2max and BMI of overweight and obese women in different types of NRF1 and NRF2 genotypes.
Methods: 23 inactive obese women (30-45 years old, body mass index>30) voluntarily and purposefully participated in the research. At the beginning of the research the subjects participated in an aerobic training program for eight weeks. Measurements related to height, weight, body mass index and VO2max of the subjects were done before and after the training program. 24 hours after completing the training program, in order to extract DNA and observation of genetic profile by RFLP method, saliva samples were collected in special kits. Subjects were placed in three genotypic groups AA, AC and CC for NRF1 and one genotypic group AA for NRF2. To check the frequency of genotypes Chi-square statistical test and one-way ANOVA test and dependent T-test were used to check the difference between variables.
Results: The results of analysis related to NRF1 gene showed that there is non-significant difference in VO2max (p=0.854 and F=0.159) and body mass index (p=0.956 and F=0.036) between groups. Also, the results related to the NRF2 gene showed that the subjects' VO2max increased significantly after eight weeks of aerobic training (p=0.001).
Conclusion: The present study showed that only in the NRF2 AA genotype, the endurance capacity of subjects increases due to aerobic exercise.
Key words: NRF, VO2max, Body mass index, Aerobic training
مقدمه
میتوکندری به عنوان کانون متابولیسم عضلانی، یک اندامک بسیار پویا با تغییرپذیری بسیارزیاد است که علاوه بر تولید انرژی برای سلول، افت کیفیت آنها به بسیاری از بیماریها منجر میشود (رفعتی و همکاران، 2022). بهطورکلی، نقص در عملکرد میتوکندری باعث تولید استرس اکسایشی، افزایش کلسیم درونسلولی، افزایش تولید گونههای واکنشپذیر اکسیژن و همچنین فعال شدن مسیرهای آپوپتوزی میشود (هالینگ1 و همکاران، 2017). اختلال عملکرد میتوکندری که با کاهش توده و یا عملکرد میتوکندری مشخص میشود، به دلیل اختلال در اکسیداسیون اسیدهای چرب، ترشح آدیپوکاینها و هموستاز گلوکز، با افزایش احتمال ابتلا به چاقی همراه است (گائو2 و همکاران، 2010). از سوی دیگر، بایوژنز میتوکندریایی با تولید میتوکندریهای جدید و افزایش تراکم آنها میتواند این عوارض را به حداقل برساند (فهیم و عسکری، 2017). عامل اصلی که غالبا بهعنوان نشانهای از بایوژنز میتوکندریایی درنظر گرفته میشود، PGC-1α3 است که تنظیمکننده استرس اکسایشی و فعالکننده بایوژنز میتوکندریایی است (کانگ4 و همکاران، 2022). اگرچه PGC-1α با کنترل رونویسی ژن ها، تاثیر بسیاری بر بایوژنز میتوکندریایی دارد، با این حال به تنهایی نمیتواند این نقش را ایفا کند. بایوژنز میتوکندریایی با افزایش رونویسی DNA در میتوکندری شروع می شود. این فرآیند عمدتا توسط بیان ژن عامل نسخه برداری A میتوکندری (5TFAM) تنظیم می شود که بیان ژن میتوکندری را از طریق تعامل مستقیم با ژنوم میتوکندری و فاکتورهای ویژه رونویسی در میتوکندری تنظیم می کند (گلیزر6 و همکاران، 2005). TFAM، مسئول تولید پروتئینهای زنجیره انتقال الکترونی میتوکندری است که اهداف پایین دست عوامل تنفسی هسته ای 1 و 2 (7NRF1, 2) هستند (اسکارپولا8، 2002). TFAM ژن هدف NRF1 است که نقش مهمی در انسجام واکنشهای متقابل بین میتوکندری و هسته ایفا می کند (ایقبال9 و همکاران، 2013). NRF ها و مخصوصاً NRF1 محرکهای قوی بیان ژنهای هستهای مورد نیاز برای تنفس میتوکندریایی هستند. NRF1 بیان چندین ژن رونویسی هستهای که در عملکرد زنجیرهی تنفسی دخیل هستند و ژنهای زیرواحد سیتوکروم سی اکسیداز را با فعال کردن TFAM تنظیم میکند (طاهرزاده فرد، 2011). NRF1 نقش اصلی را به عنوان یک فاکتور رونویسی در تنظیم متابولیک ایفا کرده و بیان PPARG10 را تحریک می کند. PPARG به شدت در بافت چربی بیان می شود و ژن های متعددی که در هموستاز متابولیک، متابولیسم انرژی، آدیپوژنز و همچنین التهاب نقش دارند را کنترل می کند (ما11 و همکاران، 2018). NRF2 نیز در هماهنگی با NRF1، بایوژنز میتوکندریایی را تحریک میکند (هی و همکاران12، 2007). نشان داده شده است که در معرض چربی قرار دادن سلولهای عضلانی باعث کاهش بیان NRF1 و NRF2 در زنان مبتلا به چاقی شدید در مقایسه با زنان لاغر می شود. علاوه بر این بیان ژنهای پایین دست NRF1 و NRF2 نیز الگوی عدم افزایش در مواجهه با چربی در شرایط چاقی را نشان میدهد (ماپلس13 و همکاران، 2015). در مدلهای حیوانی، از دست دادن NRF1 و NRF2 می تواند عواقب چشمگیری بر بیان ژنهای بافت چربی داشته باشد و محافظت در برابر چاقی را فراهم کند. به طور خاص، حذف ژنNRF2 در موشها، آنها را از چاقی ناشی از رژیم غذایی پرچرب محافظت می کند. همچنین موش های فاقد ژن NRF2، افزایش مصرف انرژی را نشان می دهند که با افزایش فعالیت بدنی مرتبط نیست و مصرف اکسیژن را افزایش می دهد. علاوه بر این، نشان داده شده است که حیوانات فاقد ژن NRF1 به طور خاص در بافت چربی لاغرتر از موش های نوع وحشی هستند (اسکنیدر14، 2016). همچنین گزارش شده است که افراد دارای ژنوتیپ GG ژن NRF2 مستعد چاقی و ابتلا به دیابت نوع دوم هستند. با این حال، ژنوتیپ AG ژن NRF2 و دیگر ژنوتیپهای ژن NRF1، بر ویژگیهای عملکرد استقامتی و تمرینپذیری در ورزشکاران کمک می کند (هی و همکاران، 2008).
تمرینات استقامتی مداخلهی مهمی برای افزایش اکسداسیون اسیدهای چرب به شمار می رود (کنودسن15 و همکاران، 2020). یکی از اجزای اصلی عضلات اسکلتی، میتوکندری است که انرژی مورد نیاز برای انقباض عضلانی را از طریق فسفوریلاسیون اکسیداتیو، به ویژه در طول تمرینات استقامتی، فراهم می کند. جای تعجب نیست که این نوع تمرینات همچنین بایوژنز میتوکندریایی را تحریک می کند، که توانایی میتوکندری را برای تبدیل انرژی بیوشیمیایی از مواد مغذی به 16ATP بهبود می بخشد. در این راستا، NRFها نقش کلیدی در تنظیم بایوژنز میتوکندریایی ایفا می کنند (لی و کای17، 2023). نشان داده شده است که NRF ها می توانند در بایوژنز میتوکندریایی و افزایش فسفوریلاسیون اکسیداتیو تارهای عضلانی در پاسخ به تمرینات هوازی نقش مهمی داشته باشند (کینسومبون18 و همکاران، 2009). شواهد حاکی از آن است که ژن NRF-2، یک نقش عملکردی در عضلات اسکلتی در طول تمرینات ورزشی ایفا می کند. همچنین سطوح mRNA NRF1 و NRF2 به طور قابل توجهی به عنوان بخشی از سازگاری عضلات اسکلتی با تمرین ورزشی القا می شود (بار19 و همکاران، 2002). علاوه بر این، زیرواحد β1 ژن NRF2، با افزایش VO2max20 در پاسخ به تمرینات استقامتی مرتبط است (بوچارد21 و همکاران، 2000). پایهی مولکولی این سازگاری ها در پاسخ به تمرینات هوازی، تغییر در بیان ژنهای مربوطه است. این تغییرات باعث افزایش بایوژنز میتوکندریایی و فعال شدن آنزیم های میتوکندریایی میشود که در نتیجهی این فعل و انفعالات، ظرفیت اکسیداتیو تارهای عضلانی افزایش می یابد (پنگام22 و همکاران، 2021).
عملکرد ورزشی افراد تا حدود زیادی تحت تاثیر عوامل ژنتیکی قرار می گیرد و تفاوت در توالی DNA افراد مسئول تمایز در صفات ورزشی است. از سوی دیگر به وضوح آشکار شده است که تمرین و فعالیت بدنی منظم و به ویژه تمرینات هوازی دارای اثرات مثبتی بر سلامتی، ترکیب بدنی و ظرفیت ورزشی در افراد است. برای مثال نشان داده شده است که تمرینات استقامتی و هوازی باعث بهبود ظرفیت و توان هوازی می شود (لین23 و همکاران، 2021). همچنین گزارش شده است که تمرینات استقامتی منجر به کاهش وزن و شاخص توده بدنی می شود (سوری و همکاران، 2021) ؛ بنابراین و با توجه به موارد ذکر شده، هدف از انجام پژوهش حاضر تعیین تاثیر هشت هفته تمرین هوازی بر VO2max و شاخص توده بدنی زنان دارای اضافه وزن و چاق در گونههای مختلف ژنوتیپهای NRF1 و NRF2 بود. از سوی دیگر بیشتر مطالعاتی که در این زمینه انجام شده اند بر روی تفاوت در اجرای ورزشکاران با توجه به تفاوتهای ژنتیکی آنها متمرکز شده است، در حالی که در جوامع امروزی اضافه وزن و چاقی یکی از اصلی ترین مشکلات زندگی شهری است و این مشکل در زنان برجسته تر است، بر این اساس مطالعه بر روی زنان چاق می تواند در روشن کردن نقش تفاوت های ژنتیکی در مدیریت وزن و بهبود VO2max به عنوان شاخص عملکرد هوازی به دنبال تمرین هوازی، راه گشا باشد.
روش پژوهش
نمونه های پژوهش: تحقیق حاضر به روش نیمه تجربی انجام شد. نمونه آماری پژوهش تعداد 23 زن دارای اضافه وزن و چاق و غیر فعال 30 تا 45 ساله با میانگین شاخص توده بدنی بیشتر از 30 بود که به صورت داوطلبانه و هدفمند در پژوهش شرکت کردند. آزمودنیها هیچگونه سابقه بیماری (بیماریهای قلبی-عروقی، تنفسی، دیابت، سرطان و ..) و یا اختلالات اسکلتی-عضلانی نداشتند. همچنین سابقه مصرف سیگار، دارو یا مکمل و یا رژیم غذایی خاصی نداشتند. علاوه بر این همه آزمودنیها چرخه قاعدگی منظمی داشتند و هیچکدام از آنها یائسه نبودند. پیش از شروع پژوهش از آنها رضایتنامه کتبی برای شرکت در تمام مراحل پژوهش دریافت و همچنین اندازهگیریهای مرحله پیش آزمون مربوط به قد، وزن، شاخص توده بدنی و VO2max آزمودنیها انجام شد. وزن افراد در وضعیت بدون کفش و با حداقل لباس بر حسب کيلوگرم با استفاده از ترازوي مجهز به قدسنج سکا (ساخت آلمان) با دقت کمتر از ١٠٠ گرم و قد آنها نيز بدون کفش و بر حسب سانتيمتر با دقت 5/0 سانتيمتر اندازه گيري شد. نمايه توده بدني (24BMI) آزمودنيها از طريق تقسيم وزن (کيلوگرم) بر مجذور قد (متر مربع) محاسبه شد. برای تعیین میزان VO2max آزمودنیها به عنوان شاخص توان هوازی از آزمون بروس25، استفاده شد. این آزمون که بر روی نوارگردان انجام می شود، شامل 7 مرحله 3 دقیقه ای است. در آغاز نوارگردان با سرعت 74/2 کیلومتر در ساعت و با شیب 10 درصد راه اندازی می شود. پس از هر 3 دقیقه شیب تردمیل 2 درصد افزایش می یابد و سرعت نیز با توجه به دستورالعمل آزمون افزایش می یابد. نشانه های خاتمه آزمون شامل هر نشانه ای (خستگی، تنگی نفس، خس خس سینه، گرفتگی عضلات پا...) است که با توجه به آن، فرد دیگر توان ادامه آزمون را نداشته باشد (بالادی26 و همکاران، 2007).
روش اجرای پژوهش: پس از اطمینان از آشنایی داوطلبان با شرایط تمرین که در یک جلسه توجیهی انجام شد، اندازههای مربوط به قد، وزن، شاخص توده بدنی و VO2max آزمودنیها ثبت شد. سپس آزمودنیها هشت هفته تمرین هوازی با تواتر 5 جلسه در هفته و هر جلسه 30 دقیقه با شدت 55 تا 75 درصد ضربان قلب ذخیره انجام دادند. شدت تمرین در دو هفته اول با 55 تا 65 درصد ضربان قلب بیشینه، در دو هفته دوم با 60 تا 65 درصد ضربان قلب بیشینه و در چهار هفته پایانی با 65 تا 75 درصد ضربان قلب بیشینه بود. 10 دقیقه برای گرم کردن و 10 دقیقه برای سرد کردن در هر جلسه تمرینی در نظر گرفته شد. با توجه به هدف اصلی پژوهش که در آن بهدنبال بررسی تاثیر تمرین هوازی بر VO2max و شاخص توده بدنی زنان دارای اضافه وزن و چاق در ژنوتیپهای مختلف NRF1 و NRF2 بودیم؛ بنابراین برآن شدیم از مدل تمرین هوازی پیشرونده استفاده کنیم. اگرچه، بهنظر میرسد بهمنظور کاهش وزن و کنترل ترکیب بدن، بهتر بود که از برنامه تمرین ترکیبی استفاده شود. همچنین با توجه به پروتکلهای مختلف تمرینی که مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است یکی از چالشهای مهم در این زمینه، انتخاب نوع برنامه تمرینی است. در این تحقیق با توجه به سن، جنسیت و همچنین سطح آمادگی جسمانی آزمودنیها این پروتکل مورد استفاده قرار گرفت. مطابق فرمول کاروونن27، ضربان قلب ذخیره برای مراحل مختلف تمرینی طراحی شد:
ضربان قلب استراحت+]درصد شدت مورد نظر * (ضربان قلب استراحت –ضربان قلب بیشینه)[= ضربان قلب ذخیره
در این فرمول، میزان ضربان قلب بیشینه از کم کردن سن هر آزمودنی از عدد 220 بدست آمد (عمر28 و همکاران، 2022). 48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرین، اندازهگیریهای مربوط به قد، وزن، شاخص توده بدنی و VO2max آزمودنیها همانند مرحله پیش آزمون انجام شد.
روش های آزمایشگاهی: 24 ساعت پس از آخرین جلسه تمرینی جهت استخراج DNA و رصد پروفایل ژنتیکی آزمودنیها از هر کدام از آنها نمونه بزاقی به میزان 3 میلیلیتر در کیتهای مخصوص (ساخت شرکت ژن ورز) جمع آوری شد. نمونهگیری بزاقي در حالي انجام شد که از آزمودنيها خواسته شده بود که حداقل به مدت دو ساعت هیچگونه غذایی نخورند. پس از اضافه کردن 3 میليلیتر محلول نگهدارنده، 5/2 میليلیتر از محلول بزاق به يک فالكون اسريل انتقال داده شد. سپس، به مقدار 5/2 میليلیتر بافر لیزکننده به محلول بزاق اضافه و به مدت 20 ثانیه ورتكس گردید. محلول مورد نظر به مدت 30 دقیقه در دمای اتاق گذاشته شد. در ادامه و پس از اضافه کردن میزان 30 میكرولیتر آران ايزه A و ورتكس کردن آن، به مدت یک ساعت در دمای 37 درجه قرار داده شد. در مرحله بعدی به محلول مورد نظر میزان 40 میكرولیترر پروتئیناز K اضافه شد و سپس به مدت 20 ثانیه ورتکس شد و یک ساعت در دمای اتاق رها شد. در ادامه میزان 2 میليلیتر محلول NaCl 6M به آن اضافه و 20 ثانیه ورتكس شد و به مدت 10 دقیقه روی يخ قرار داده شد. محلول به دست آمده به مدت 20 دقیقه در دمای 4 درجه و دور 12000 RPM سانتريفیوژ شد و به يک فالكون جديد منتقل گردید. در ادامه سانتريفیوژ با شرايط بالا انجام شد. در مرحله بعدی، محلول روی به يک فالكون جديد منتقل و 7 میلي لیتر ايزوپروپانول سرد به آن اضافه و سپس فالكون چندين مرتبه سر و ته شد. در ادامه به مدت 10 دقیقه در دمای 4 درجه و دور 1000 RPMسانتريفیوژ انجام شد. در مرحله بعد، به میزان 2 میلي لیتر اتانول 70% سرد به محلول اضافه و سانتريفیوژ به مدت 3 دقیقه در دمای 4 درجه و دور 8000 RPMانجام شد. سپس محلول روی دور ريخته شد و نمونه های DNA در دمای اتاق گذاشته شدند تا کامل خشک شوند. در مرحله بعدی به میزان 500 میكرولیتر آب دوبار تقطیر استريل به آنها اضافه شد. نمونه ها در دمای منفي 20 درجه سانتيگراد نگهداری شده تا برای آزمایش های بعدی مورد استفاده قرار گیرند.
طراحی پرايمرها با استفاده از نرم افزارOligo7 انجام شد. برای اطمینان از اختصاصي بودن پرايمرها از نرم افزار Primer-blast موجود در مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی (29NCBI) استفاده شد. در ادامه، پرايمرها برای سنتز به شرکت سیناکلون سفارش داده شدند. با افزودن میزان مشخصی از آب به پرایمرهای دریافتی، که بايد به غلظت 100 پیكومولار رسانده شود، محلول اصلي مورد استفاده قرار گرفت. از اين محلول رقت 05/0 تهیه و به عنوان محلول کاری مورد استفاده قرار گرفت. تمامي استوکهای به دست آمده در دمای منفی 20 درجه سانتيگراد نگهداری شدند. در مرحله ست آپ کردن پرايمرها برای هر جفت از پرايمرهای طراحی شده، از روش PCR30 جهت يافتن بهترين دمای اتصال پرايمر استفاده شد. این تکنیک تنها با اتکا به شناخت توالی اسید نوکلئیکی یک ژن و سازمانیابی کنش آن، امکان می دهد که مقادیر چشمگیری به اندازه میکروگرم از توالی ویژه نوکلئوتیدی از هر بخش از ژنوم سنتز و تکثیر شود. PCR به معنی واکنش زنجیره پلیمراز است. ﭘﺲ از اﺗﻤﺎم PCR، ﻣﺤﺼﻮل PCR ﻃﺒﻖ ﭘﺮوﺗﮑﻞ شرکت سازنده، ﺗﺤﺖ ﺗاﺛﯿﺮ آﻧﺰﯾﻢ ﺑﺮﺷﯽ ﻗﺮار خواهد ﮔﺮﻓﺖ ﺗﺎ درﺻﻮرت وﺟﻮد ﺟﻬﺶ (ﺳﺎﯾﺖﺑﺮش) ﺗﻮﺳﻂ آﻧﺰﯾﻢ ﻣﺬﮐﻮر ﻫﻀﻢ ﺷﻮد. آﻧﮕﺎه اﯾﻦ ﻣﺤﺼﻮل روي ژل آﮔﺎرز اﻟﮑﺘﺮوﻓﻮرز و ﺳﭙﺲ ﺑﺎ اﺗﯿﺪﯾﻮم ﺑﺮوﻣﺎﯾﺪ رﻧﮓ آﻣﯿﺰي میشود ﺗﺎ ﺑﺎﻧﺪﻫﺎ روي آن مشخص شود.
برای تعیین ژنوتیپ ها از روش 31RFLPاستفاده شد. در این روش اﺑﺘﺪا ﻧﻤﻮﻧﻪاي از DNA ﺑﺎ یک نوع آﻧﺰﯾﻢ ﺑﺮﺷﯽ، ﻫﻀﻢ ﻣﯽشود ﮐﻪ در ﻧﺘﯿﺠﻪ ﺗﻌﺪاد زﯾﺎدي ﻗﻄﻌﻪ ﺑﺎ ﻃﻮل ﻣﺘﻔﺎوت به دست می آید ﺳﭙﺲ اﯾﻦ ﻗﻄﻌﺎت ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ژل آﮔﺎروز از ﻫﻤﺪﯾﮕﺮ ﺟﺪا ﻣﯽﺷﻮﻧﺪ و درنهایت، ﺷﻨﺎﺳﺎیی و ﺗﺸﺨﯿﺺ ﯾﮏ ﻗﻄﻌﻪ ﺧﺎص ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﭘﺮاﯾﻤﺮﻫﺎ انجام می شود. به این صورت که انجام هضم آنزيمي در دمای 65 درجه سانتیگراد و به صورت شبانه شامل يک میكرولیتر آنزيم، 3 میكرولیتر محصول PCR، 2 میكرولیتر بافر مخصوص و 15 میكرولیتر آب ديونیزه بود. پس از هضم آنزيمي، محصول مورد نظر روی ژل پلي اکريل آمید 12% جهت دیدن قطعات برش يافته الكتروفورز شد و سه نمونه با ژنوتیپ های مختلف برای توالي يابي به شرکت کدون فرستاده شدند.
پس از تعیین ژنوتیپها به روش RFLP و PCR، آزمودنیها بر اساس پروفایلهای ژنتیکی دستهبندی شدند. بر اساس ﺗﻌﯿﯿﻦ ژﻧﻮﺗﯿﭗﻫﺎ، در نمونه بزاقی آزمودنیها در مورد ژن NRF1، آللهای AA، AC و CC بیان شد و به همین خاطر آنها در سه گروه ژنوتیپی AA، AC و CC قرار گرفتند. همچنین در نمونه بزاقی آزمودنیها در مورد ژن NRF2، تنها آلل AA بیان شد و به همین خاطر آزمودنی ها در یک گروه ژنوتیپی AA قرار گرفتند.
پژوهش حاضر در کمیته اخلاق در پژوهش دانشگاه آزاد اسلامي واحد بروجرد بررسي و با شناسه اخلاق IR.IAU.B.REC.1402.038 مصوب شد.
تحلیل آماری: برای بررسی توزیع طبیعی داده ها از آزمون شاپیروویک استفاده شد. همچنین براي بررسی فراوانی ژنوتیپ ها از آزمون آماري خی دو و برای بررسی تفاوت میان پیش آزمون و پس آزمون متغیرها از آزمون آماری تحلیل واریانس یک راهه و آزمون تی همبسته استفاده شد. داده ها با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه 22 تجزیه و تحلیل شدند. سطح معنی داري 05/0p< در نظر گرفته شد.
نتایج
مشخصات فیزیکی و فیزیولوژیک آزمودنیهای پژوهش در پیش آزمون بر اساس فراوانی ژنوتیپهای آزمودنیها در جدول 1 نشان داده شده است. این ژنوتیپها در تعادل هاردی واینبرگ32 بودند (58/0≤p).
جدول 1- ویژگیهای آزمودنیها در پیش آزمون و فراوانی ژنوتیپهای NRF1 و NRF2 (تعداد 23 نفر).
ویژگی | NRF1 genotype NRF2 genotype | |||||
AA | AC | CC | AA | AC | CC | |
فراوانی ژنوتیپ (%) | 9 (5/39%) | 8 (5/34%) | 6 (26%) | 23 (100%) | - | - |
قد (متر) | 54/1 (89/0) | 58/1 (54/0) | 56/1 (35/0) | 56/1 (68/0) | - | - |
وزن (کیلوگرم) | 5/78 (5/13) | 1/74 (3/7) | 2/69 (2/5) | 1/74 (98/0) | - | - |
BMI (kg/m2) | 2/33 (9/7) | 9/29 (8/2) | 1/30 (2/3) | 47/30 (53/0) | - | - |
VO2max (ml/kg/min) | 9/26 (5/6) | 9/26 (1/4) | 3/31 (4/5) | 4/29 (5/5) | - | - |
داده های مربوط به ویژگیهای آزمودنی ها به صورت میانگین (انحراف معیار) گزارش شده است.
همچنین مشخصات فیزیکی و فیزیولوژیک آزمودنیهای پژوهش در پس آزمون بر اساس فراوانی ژنوتیپهای آزمودنیها در جدول 2 نشان داده شده است. این ژنوتیپها در تعادل هاردی واینبرگ بودند (88/0≤p).
جدول 2- ویژگیهای آزمودنیها در پس آزمون و فراوانی ژنوتیپهای NRF1 و NRF2 (تعداد 23 نفر).
ویژگی | NRF1 genotype NRF2 genotype | |||||
AA | AC | CC | AA | AC | CC | |
تعداد (%) | 9 (5/39%) | 8 (5/34%) | 6 (26%) | 23 (100%) | - | - |
قد (متر) | 54/1 (89/0) | 58/1 (54/0) | 56/1 (35/0) | 56/1 (68/0) | - | - |
وزن (کیلوگرم) | 4/76 (5/9) | 3/71 (1/5) | 3/68 (1/2) | 3/72 (12/0) | - | - |
BMI (kg/m2) | 1/33 (7/8) | 5/30 (9/3) | 34/28 (9/2) | 9/30 (6/5) | - | - |
VO2max (ml/kg/min) | 9/33 (9/7) | 5/36 (6/5) | 3/38 (3/5) | 95/35 (5/6) | - | - |
داده های مربوط به ویژگیهای آزمودنی ها به صورت میانگین (انحراف معیار) گزارش شده است.
نتایج آزمون تحلیل واریانس یک طرفه مربوط به ژن NRF1 در سه گروه ژنوتیپی AA، AC و CC نشان داد که اختلاف معنی داری در میزان تغییرات VO2max بین گروه ها از پیش آزمون تا پس آزمون وجود ندارد (854/0=p و 159/0= F) (شکل 1).
شکل 1- میزان تغییرات VO2max آزمودنی ها بر اساس ژنوتیپهای AA، AC و CC ژن NRF1 از پیش آزمون تا پس آزمون
علاوه بر این نتایج آزمون تحلیل واریانس یک طرفه مربوط به ژن NRF1 در سه گروه ژنوتیپی AA، AC و CC نشان داد که اختلاف معنی داری در میزان تغییرات شاخص توده بدنی بین گروه ها از پیش آزمون تا پس آزمون وجود ندارد (956/0=p و 036/0= F) (شکل 2).
شکل 2- میزان تغییرات شاخص توده بدنی آزمودنی ها بر اساس ژنوتیپهای AA، AC و CC ژن NRF1 از پیش آزمون تا پس آزمون
از سوی دیگر نتایج آزمون تی وابسته مربوط به ژن NRF2 در گروه ژنوتیپی AA نشان داد که میزان VO2max آزمودنیها، پس از هشت هفته تمرین هوازی افزایش معنی داری داشته است (001/0=p) (شکل 3). با این حال شاخص توده بدنی آزمودنی ها در این مدت تغییر معنی داری نداشت (1/0=p) (شکل 4).
شکل 3- تغییرات VO2max آزمودنیها پس از هشت هفته تمرین هوازی براساس ژنوتیپ AA ژن NRF2. علامت * نشان دهنده تفاوت معنیدار (05/0p<).
شکل 4- تغییرات شاخص توده بدنی آزمودنیها پس از هشت هفته تمرین هوازی بر اساس ژنوتیپ AA ژن NRF2.
بحث
بررسی وضعیت ژنتیکی نژادهای گوناگون در ژنهای مرتبط با سلامتی و عملکرد جسمانی یکی از ابزارهای نوین مطالعه جمعیت ها و تعیین استعدادهای بالقوه در جوامع مختلف است. هدف از انجام پژوهش حاضر بررسی تاثیر هشت هفته تمرین هوازی بر VO2max و شاخص توده بدنی زنان دارای اضافه وزن و چاق در گونههای مختلف ژنوتیپهای NRF1 و NRF2 بود. در مورد ژن NRF1 در سه گروه ژنوتیپی AA، AC و CC، اختلاف معنی داری در میزان VO2max و شاخص توده بدنی بین گروه ها از پیش آزمون تا پس آزمون مشاهده نشد. از سوی دیگر در مورد ژن NRF2 در گروه ژنوتیپی AA، میزان VO2max آزمودنیها، پس از هشت هفته تمرین هوازی افزایش معنی داری داشت که یافته اصلی و مهم پژوهش حاضر است. با این حال شاخص توده بدنی آزمودنی ها در این مدت تغییر معنی داری نداشت. این یافته ها نشان می دهد که بین افزایش VO2max آزمودنی ها با ژنوتیپ AA در ژن NRF2 ارتباط معنی داری وجود دارد. همراستا با این یافته ها، زد هی33 و همکاران (2007) در پژوهشی به بررسی ارتباط بین پلی مورفیسم های ژن NRF2و ظرفیت استقامتی اندازه گیری شده قبل و بعد از یک برنامه تمرینی استقامتی 18 هفته ای در مردان جوان چینی نشان دادند که ارتباط معنی داری میان افزایش ظرفیت استقامتی و پلی مورفیسم ژن NRF2 وجود دارد و پلی مورفیسم ژن NRF2 ممکن است برخی از تغییرات بین افراد در ظرفیت استقامتی را توضیح دهد (هی و همکاران، 2007). همچنین نیر اینون34 و همکاران (2009) در پژوهشی با عنوان ارتباط بین پلی مورفیسم NRF2 با وضعیت ورزشکاران استقامتی نشان دادند که ژنوتیپهای NRF2 در ورزشکاران نخبه استقامتی بیشتر از دوندگان سرعتی است (اینون و همکاران، 2009). علاوه بر این سیسزسزیک35 و همکاران (2012) مشاهده کردند که فراوانی ژنوتیپ A/G در ژن NRF2 در گروهی از پاروزنان استقامتی در مقایسه با گروه کنترل به طور قابل توجهی بالاتر بود، که نشان از رابطه مثبت ژن NRF2 با ظرفیت استقامتی در این افراد دارد (سیسزسزیک و همکاران، 2012). مطالعات تجربی از این ایده حمایت میکنند که تنوع ژنتیکی در ژن NRF2 متعلق به گروهی از پلیمورفیسمهایی است که با عملکرد استقامتی مرتبط هستند (احمتوف36 و همکاران، 2016). از سوی دیگر، پیشنهاد شده است که عوامل ژنتیکی ممکن است تا 50 درصد از تغییرپذیری افزایش توان هوازی ناشی از تمرین فردی را تحت تأثیر قرار دهد (بوئنو37 و همکاران، 2016). اعتقاد بر این است که افزایش در دسترس بودن اکسیژن به عضلات اسکلتی در طول تمرین به افزایش VO2max کمک می کند (هاگبرگ38 و همکاران، 2002).
نشان داده شده است که NRF2 نقش کلیدی در القای بسیاری از آنزیم های آنتی اکسیدانی و ژن های دفاعی متنوع در برابر استرس اکسیداتیو دارد (چن39، 2021). علاوه بر این، نشان داده است که بیان افزایش یافته NRF2، بیان واسطه های پیش التهابی مانند Cox-2، اینترلوکین-1، اینترلوکین-6 و TNF-α را در مدل آزمایشگاهی کاهش می دهد (کهور40 و همکاران، 2006). بنابراین می توان فرض کرد که بیان بالاتر NRF2 برای دستیابی به عملکرد ورزشی بالاتر سودمند است، زیرا میزان استرس اکسیداتیو و پاسخ التهابی ناشی از تمرین ورزشی، فشار قابل توجهی برای توانایی ریکاوری پس از تمرین استقامتی است (نیکولایدیس41 و همکاران، 2008). علاوه بر این، سایتهای NRF2 در ژنهای کدکننده زیرواحد تولیدکننده ATP (ویرباسیوس42 و همکاران، 1993) مشاهده شده است که مطابق با نقش تعیینکننده و تثبیتشده زنجیره تنفسی میتوکندری در تولید انرژی مورد نیاز برای حفظ ورزش طولانیمدت و تاخیر در شروع خستگی عضلانی است (ایوان و لامبرت43، 2007).
اگرچه ورزش هوازی تأثیر عمیقی بر متابولیسم پروتئین دارد، اما در مورد تأثیر ورزش هوازی بر پروتئین NRF2 اطلاعات کمتری در دست است. بار44 و همکاران (2002) افزایش قابل توجهی در سطح پروتئین NRF2 عضلانی را 12 تا 18 ساعت پس از یک مسابقه شنا نشان دادند، که نشان دهنده فعال شدن سریع این پروتئین در پاسخ به ورزش استقامتی است (بار و همکاران، 2002). گزارش شده است که PPARGC1A45، که به عنوان واسطه اثرات مفید ورزش درنظر گرفته می شود، باعث افزایش دو تا سه برابری در بیان ژن NRF2 در پاسخ به ورزش استقامتی می شود (بار، 2004). یافته های پژوهش نیر اینون و همکاران (2009) نشان داد که به نظر میرسد مکانیسمی های مرتبط با ژنوتیپ های NRF2 وجود داشته باشد که توسط آن ورزش استقامتی باعث افزایش بیوژنز میتوکندری میشود، زیراکه نشان داده شده است که ژنوتیپ NRF2 AG، به جای ژنوتیپ AA، ممکن است باعث افزایش بیشتر در سطح پروتئین NRF2 و/یا mRNA شود، و بنابراین احتمالاً عملکرد استقامتی را بهبود می بخشد (اینون و همکاران، 2009). همچنین آلل های مختلفی کشف شده است که با عملکرد استقامتی در افراد نخبه مرتبط بوده است (برای46 و همکاران، 2009). در این میان، پلی مورفیسم PPARGC1A Gly482Ser که قبلاً مشخص شده است با عملکرد استقامتی افراد نخبه ورزشی مرتبط است (لوسیا47 و همکاران، 2005)، ظرفیت اکسیداتیو عضلانی را از طریق NRF2 و سایر پروتئینهای میتوکندری تعدیل میکند (ونگ48 و همکاران، 2004).
نتیجه گیری
به هر حال، دادههای پژوهش حاضر نشان داد که ظرفیت استقامتی زنان دارای اضافه وزن و چاق، تنها در ژنوتیپ NRF2 AA پس از هشت هفته تمرین هوازی افزایش مییابد. با این حال، تحقیقات بیشتر، مانند توالی یابی و همچنین مطالعات عملکردی، برای روشن شدن ساز و کارهای اصلی در زمینه رابطه میان ژنوتیپ NRF1 و NRF2 با عملکرد استقامتی و ترکیب بدنی در زنان چاق مورد نیاز است.
تشکر و قدردانی
بدینوسیله از تمامی شرکتکنندگانی که در انجام این پژوهش ما را یاری نمودند، تشکر و قدردانی میشود.
منابع
[1] Halling
[2] Gao
[3] Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha
[4] Kong
[5] Mitochondrial transcription factor A
[6] Gleyzer
[7] Nuclear respiratory factor 1, 2
[8] Scarpulla
[9] Iqbal
[10] Peroxisome Proliferator Activated Receptor Gamma
[11] Ma
[12] He
[13] Maples
[14] Schneider
[15] Knudsen
[16] Adenosine triphosphate
[17] Li & Cai
[18] Chinsomboon
[19] Baar
[20] Maximal oxygen consumption
[21] Bouchard
[22] Pengam
[23] Lin
[24] Body mass index
[25] Bruce
[26] Balady
[27] Karvonen formula
[28] Omar
[29] National Center for Biotechnology Information
[30] Polymerase Chain Reaction
[31] Restriction Fragment Length Polymorphism
[32] Hardy–Weinberg
[33] Z He
[34] Nir Eynon
[35] Cieszczyk
[36] Ahmetov
[37] Bueno
[38] Hagberg
[39] Chen
[40] Khor
[41] Nikolaidis
[42] Virbasius
[43] Evans & Lambert
[44] Baar
[45] Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha
[46] Bray
[47] Lucia
[48] Wang