A review of the effects of resistance training and vitamin D on PI3K/AKT/mTOR signaling pathway

Subject Areas : Physical Activity and Health

Parisa Mokhtari ¹ , Mohammad Ali Azarbayjani ^{2 *} , Maghsoud Peeri ³ , Saleh Rahmati ⁴

1 - Department of Exercise Physiology, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 - Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Central Tehran Branch
3 - Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
4 - Department of Physical Education, Pardis Branch, Islamic Azad University, Pardis, Iran.

Received: 2023-10-17 Accepted : 2023-11-10 Published : 2023-10-23

Keywords: vitamin D, Resistance training, Muscle hypertrophy,

Abstract :

Skeletal muscle is a dynamic tissue and undergoes structural and functional changes in response to mechanical load, metabolic stress, drugs and diseases. The most prominent structural change of skeletal muscle is hypertrophy and atrophy. Resistance training is one of the most important interventions for muscle hypertrophy. By increasing the release of insulin hormones and insulin-like growth factor 1, these exercises activate the AKT/mTOR signaling pathway in skeletal muscle and increase protein synthesis and muscle hypertrophy. Due to the presence of vitamin D receptor in skeletal muscle cells, this vitamin can affect muscle hypertrophy. The review of the studies that were searched from the scientific databases of PubMed, Science Direct, Springer and Google Scholar shows that vitamin D also causes muscle hypertrophy by activating the AKT/mTOR signaling pathway. However, contrary to expectations, the combination of resistance training and vitamin D causes a slight increase in muscle mass and strength. Since the results of studies regarding the effects of the combination of resistance training and vitamin D on muscle hypertrophy are somewhat contradictory, more studies are needed regarding the effects of these two interventions on muscle structure and function.

Full-Text:



مروری بر اثرات تمرین مقاومتی و ویتامین D بر مسیر سیگنالینگ PI3K/AKT/mTOR

 

عنوان کوتاه: تأثیر تمرین و ویتامین D بر PI3K/AKT/mTOR

پریسا مختاری1، محمدعلی آذربایجانی*،1، مقصود پیری1، صالح رحمتی2

 

1 گروه فیزیولوژی ورزشی، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

2 گروه تربیت‌بدنی، واحد پردیس، دانشگاه آزاد اسلامی، پردیس، ایران.

 

*مکاتبات: محمدعلی آذربایجانی

گروه فیزیولوژی ورزشی، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

صندوق پستی: 1955847781

تلفن: [phone]+ دورنگار: 88074874-21-98+

ایمیل: [e-mail]

ORCID: 0000-0002-3502-7487

 

        

 

 

 

 

 

 

 

چکیده

عضله اسکلتی بافتی پویا بوده و در پاسخ به بار مکانیکی، تنش متابولیک، داروها و بیماری‌ها دچار تغییرات ساختاری و عملکردی می‌گردد. برجسته‌ترین تغییر ساختاری عضله اسکلتی هایپرتروفی و آتروفی می‌باشد. تمرین مقاومتی یکی از مهم‌ترین مداخلات برای هایپرتروفی عضلانی می‌باشد. این تمرینات به‌واسطه افزایش رهایش هورمون‌های انسولین و فاکتور رشد شبه انسولینی-1 مسیر سیگنالینگ AKT/mTOR را در عضله اسکلتی فعال نموده و موجب افزایش سنتز پروتئین و هایپرتروفی عضلانی می‌گردد. به دلیل وجود گیرنده ویتامین D در سلول عضله اسکلتی، این ویتامین می‌تواند بر هایپرتروفی عضلانی اثرگذار باشد. بررسی مطالعات انجام شده که از پایگاه­های علمی PubMed،Science Direct،Springer و Google Scholar جستجو شده بود نشان می‌دهد ویتامین D نیز به‌واسطه فعال کردن مسیر سیگنالینگ AKT/mTOR موجب هایپرتروفی عضلانی می‌شود. با این وجود بر خلاف انتظار، ترکیب تمرین مقاومتی و ویتامین D موجب افزایش اندک توده و قدرت عضلانی می‌شود. از آنجایی که نتایج مطالعات در خصوص اثرگذاری ترکیب تمرین مقاومتی و ویتامین D بر هایپرتروفی عضلانی تا حدودی متناقض می‌باشد، نیاز است مطالعات بیشتری در خصوص اثرگذاری این دو مداخله بر ساختار و عملکرد عضلانی انجام شود.

 

واژگان کلیدی: تمرین مقاومتی، ویتامین D، هایپرتروفی عضلانی

 

 

 

 

 

 

 

 

A review of the effects of resistance training and vitamin D on PI3K/AKT/mTOR signaling pathway

Running title: Effects of exercise and vitamin D on PI3K/AKT/mTOR

 

Parisa Mokhtari1, Mohammad Ali Azarbayjani*,1, Maghsoud Peeri1, Saleh Rahmati2

1 Department of Exercise Physiology, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran. [e-mail] (PM); [e-mail], ORCID: 0000-0002-3502-7487(MAA); [e-mail], ORCID: 0000-0003-1415-7319 (MP).

2 Department of Physical Education, Pardis Branch, Islamic Azad University, Pardis, Iran. Email: [e-mail], ORCID: 0000-0001-8751-1759 (SR).

 

*Correspondence: Mohammad Ali Azarbayjani

Department of Exercise Physiology, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.

Post Office Box: 1955847781

Tel: [phone], Fax: [phone]

Email: [e-mail]

ORCID: 0000-0002-3502-7487

 

 

 

 

Abstract

Skeletal muscle is a dynamic tissue and undergoes structural and functional changes in response to mechanical load, metabolic stress, drugs and diseases. The most prominent structural change of skeletal muscle is hypertrophy and atrophy. Resistance training is one of the most important interventions for muscle hypertrophy. By increasing the release of insulin hormones and insulin-like growth factor 1, these exercises activate the AKT/mTOR signaling pathway in skeletal muscle and increase protein synthesis and muscle hypertrophy. Due to the presence of vitamin D receptor in skeletal muscle cells, this vitamin can affect muscle hypertrophy. The review of the studies that were searched from the scientific databases of PubMed, Science Direct, Springer and Google Scholar shows that vitamin D also causes muscle hypertrophy by activating the AKT/mTOR signaling pathway. However, contrary to expectations, the combination of resistance training and vitamin D causes a slight increase in muscle mass and strength. Since the results of studies regarding the effects of the combination of resistance training and vitamin D on muscle hypertrophy are somewhat contradictory, more studies are needed regarding the effects of these two interventions on muscle structure and function.

 

Keywords: Resistance training, vitamin D, muscle hypertrophy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

عضله اسکلتی بافتی پویا بوده و در پاسخ به بار مکانیکی، تنش متابولیک، داروها و بیماری‌ها دچار تغییرات ساختاری و عملکردی می‌گردد. برجسته‌ترین تغییر ساختاری عضله اسکلتی هایپرتروفی و آتروفی می‌باشد. هیپرتروفی عضلانی نشان‌دهنده بزرگ شدن کل توده عضلانی و سطح مقطع است. هیپرتروفی عضلانی در عضلات تند انقباض بیشتر از عضلات کند انقباض است. هایپرتروفی در تارهای نوع 2A بیشتر از الیاف نوع 2B و نوع ایجاد می‌گردد (رفالو و همکاران 2023¹). تقریباً بخش عمده هیپرتروفی عضلانی از هیپرتروفی تارهای عضلانی منفرد ناشی می‌گردد. در واقعیت بروز هایپرتروفی و آتروفی عضلانی تابعی از میزان سنتز و تجزیه پروتئین در تار عضلانی می‌باشد. طی روند هیپرتروفی عضلانی، سرعت سنتز پروتئین انقباضی عضلانی بیشتر از تجزیه آن بوده که منجر به تعداد بیشتر رشته‌های اکتین و میوزین در میوفیبریل‌ها می‌شود (روبرت و همکاران 2023²). میوفیبریل‌های درون هر فیبر عضلانی تقسیم می‌شوند و در نتیجه میوفیبریل‌های بیشتری در هر فیبر عضلانی ایجاد می‌شود. فقط در شرایط بسیار نادر تولید نیروی شدید عضلانی، تعداد تارهای عضلانی (هیپرپلازی فیبر) و حتی در آن زمان فقط چند درصد افزایش می‌یابد (ادوارد و همکاران 2023³).

تمرین مقاومتی (RT) از رایج‌ترین مداخلات برای توسعه قدرت و تحریک هیپرتروفی عضلانی است. همان‌طور که اشاره شد هیپرتروفی عضلانی زمانی اتفاق رخ می‌دهد که سنتز پروتئین عضلانی از تجزیه پروتئین عضلانی فراتر رفته و منجر به تعادل مثبت پروتئین در بافت عضله اسکلتی گردد (داماس و همکاران 2018⁴). به‌خوبی مشخص شده تمرینات مقاومتی و دریافت مداخلات تغذیه‌ای می‌تواند سنتز پروتئین عضلانی را تحریک نموده و منجر به کاهش تجزیه پروتئین عضلانی و به دنبال آن افزایش توده عضلانی یا همان هایپرتروفی عضلانی گردد (فیلیپس و همکاران 2014⁵). تمرینات مقاومتی به‌واسطه فعال نمودن مسیرهای سیگنالیگ سنتز پروتئین و مهار مسیرهای سیگنالینگ تجزیه پروتئین موجب هایپرتروفی عضلانی می‌گردند (کاراگونیس و همکاران 2010⁶). شواهد نشان می‌دهد تمرینات مقاومتی مسیر سیگنالینگ AKT/mTOR/p70S6K را به‌عنوان یک محرک قوی هیپرتروفی عضلانی فعال نموده و موجب توسعه سنتز پروتئین در بافت عضله اسکلتی می‌گردد. در واقع تمرینات مقاومتی ترشح هورمون‌های آنابولیک مانند، هورمون رشد، فاکتور رشد شبه انسولینی-1 و تستوسترون را افزایش داده و در نتیجه مسیرهای سیگنالینگ هایپرتروفی عضلانی را فعال می‌نمایند.

از طرف دیگر در سال‌های اخیر توجه زیادی به نقش ویتامین D در هایپرتروفی عضلانی شده است. در واقع نقش ویتامین D در هایپرتروفی عضلانی زمانی مورد توجه قرار گرفت که مطالعات نشان دادند هم قدرت عضلانی و هم سطح ویتامین D با افزایش سن کاهش می‌یابد (مارسل و همکاران 2014⁷). سطوح پایین ویتامین D با کاهش قدرت عضلانی و عملکرد فیزیکی ضعیف در افراد مسن همراه است (لادام و همکاران 2003⁸). علاوه بر این، پیشنهاد شده ویتامین D نقش مهمی در توسعه عملکرد بهینه عضله اسکلتی ایفا می‌کند (سگلیا و همکاران 2009⁹). با وجود برخی نتایج متناقض، اما شواهد نشان می‌دهد همانند تمرینات مقاومتی، ویتامین D نیز به‌واسطه فعال‌سازی مسیر سیگنالینگ AKT/mTOR/p70S6K موجب هایپرتروفی عضلانی می‌شود. بر این اساس در سال‌های اخیر پژوهشگران اثر همزمان تمرینات مقاومتی و ویتامین D بر هایپرتروفی عضلانی را مورد بررسی قرار دادند. لذا هدف مطالعه حاضر، مروری بر مطالعات انجام شده در خصوص اثر همزمان تمرین مقاومتی و ویتامین D بر هایپرتروفی عضلانی با رویکرد مسیر سیگنالینگ AKT/mTOR/p70S6K می‌باشد.

 

مسیر سیگنالینگ PI3k/AKT/mTOR

 هایپرتروفی توسط محرک‌های آنابولیک متعدد از جمله مهم‌ترین آن‌ها فاکتور رشد شبه انسولین 1 (IGF1) القا می‌گردد (رومل و همکاران 2001¹⁰). آغاز فعال‌سازی این مسیر از طریق IGF1 و با اتصال لیگاند IGF1 به گیرنده اختصاصی آن، گیرنده تیروزین کیناز IGF1 (IGF1R) انجام می‌شود. این اتصال باعث ترانس فسفوریلاسیون گیرنده دیمری شده و تیروزین های فسفریله شده موجب فعال‌سازی انسولین سابستریت 1 (IRS1) می‌شود (بوهنی و همکاران 1999¹¹). فسفوریلاسیون IRS1 برای بیشتر سیگنالینگ های پایین دست مورد نیاز است و بنابراین فسفوریلاسیون آن یک مرحله کلیدی و بسیار تنظیم شده در اجرای سیگنالینگ IGF1 است. در عضله اسکلتی، فعال شدن IRS1 ناشی از IGF1، موجب فعال شدن مسیر PI3K/Akt شده که پس از آن به‌طور موازی و همزمان منجر به فعال شدن سیگنال mTORC1 و مهار گلیکوژن سنتاز (SKβ3 inβ3) می‌شود (رومل و همکاران 2001). گزارش شده فعال‌سازی AKT توسط IGF-1 موجب توسعه هیپرتروفی عضلانی می‌گردد. گزارش شده در یک حیوان بالغ، فعال‌سازی کوتاه‌مدت Akt منجر به دو برابر شدن توده عضلانی اسکلتی می‌شود (لای و همکاران 2004¹²).

همان‌طور که اشاره شد، یکی از پروتئین‌های پایین‌دست مسیر Akt که واسطه موجب هایپرتروفی عضله اسکلتی می‌شود، mTOR می‌باشد. فعال شدن mTOR، p70S6K را فعال و 4E-BPI/PHAS-I را مهارمی نماید. علاوه بر این، mTOR اثر بازدارندگی خود را بر فاکتور elF4E اعمال می‌نمایید. حاصل نهایی فعال شدن mTOR در عضله اسکلتی سنتز پروتئین در این بافت می‌باشد.

 

 

 

 

اثر تمرین مقاومتی بر مسیر سیگنالینگ PI3K/AKT/mTOR

گزارش شده تمرین مقاومتی توده عضلانی را هم در انسان و هم در حیوانات افزایش می‌دهد و این واقعیت که فقط انقباضات در برابر بار مکانیکی این اثر را ایجاد می‌کند نشان می‌دهد که بار مکانیکی حاصل از تمرین مقاومتی موجب فعال شدن مسیرهای سیگنالینگ سنتز پروتئین و مهار مسیرهای سیگنالینگ تجزیه پروتئین می‌شود (واکرهاگ و همکاران 2019¹³). تمرین مقاومتی موجب افزایش ترشح هورمون‌ رشد و فاکتور رشد شبه انسولینی-1 و انسولین می‌شود (خالید و همکاران 2020¹⁴). افزایش مقادیر در گردش فاکتور رشد شبه انسولینی-1 و انسولین موجب افزایش فعال‌سازی گیرنده‌های اختصاصی این دو هورمون در سطح سلول عضلانی می‌گردد. به دنبال فعال شدن گیرنده‌های هورمون انسولین و فاکتور رشد شبه انسولینی -1 مسیر سیگنالینگ PI3K/AKT/mTOR فعال شده که منجر به سنتز پروتئین و هیپرتروفی عضلانی می‌شود. فعال شدن مسیر سیگنالینگ PI3K/AKT/mTOR نه‌تنها به‌واسطه تحریک روندهای سنتز پروتئین بلکه از یک مسیر دیگر نیز موجب حفظ و توسعه توده پروتئینی عضله اسکلتی می‌گردد (اوگاساوارا و همکاران 2014¹⁵). فعال شدن AKT با مهار یک فرآیند کاتابولیک قوی، سیستم یوبیکوئیتین-پروتئازوم (UPS) به هیپرتروفی عضلانی کمک می‌کند. هنگامی که یک پروتئین خانواده فاکتور رونویسی FOXO در عضله اسکلتی فعال می‌شود، بیان لیگازهای یوبیکوئیتینقوی E3 مانند Atrogin-1/MAFbx و MuRF1 را تقویت می‌کند که پلی یوبی کوئیتیناسیون را در پروتئین‌های هدف القا نموده و آن‌ها را برای فرآیند تجزیه نهایی به پروتئازوم ها می‌فرستد. با این حال، هنگامی که AKT فعال، FOXO را فسفریله می‌کند، انتقال FOXO به هسته قطع شده و بنابراین از روند تجزیه پروتئین عضله اسکلتی جلوگیری به عمل می‌آورد.

بر این اساس مشخص می‌شود تمرین مقاومتی با اثرگذاری بر پروتئین‌های مسیر سیگنالینگ PI3k/AKT/mTOR هم روند سنتز پروتئین را توسعه داده و هم روند تجزیه پروتئینی را کاهش می‌دهد. نتایج یک مطالعه بر مردان تمرین دیده مقاومتی نشان داد یک جلسه فعالیت مقاومتی موجب افزایش غلظت هورمون‌های انسولین، فاکتور رشد شبه انسولینی -1 و تستوسترون می‌گردد. افزایش این هورمون‌ها با افزایش فعال‌سازی پروتئین‌های mTOR, p70S6k همراه بود. این نتایج نشان می‌دهد فعالیت مقاومتی موجب فعال‌سازی مسیر AKT/mTOR می‌گردد (گنزالس و همکاران 2016¹⁶).

یک جلسه فعالیت مقاومتی منجر به فعال‌سازی و انتقال سریع mTOR به سمت غشای سلول عضله اسکلتی همراه با افزایش ظرفیت بیان ژن پروتئین‌های درگیر در روند سنتز پروتئین عضلانی در انسان شد (سانگ و همکاران 2017¹⁷). مطالعه ای در رت­های پیر نشان داد نه هفته تمرین مقاومتی به‌واسطه کاهش میزان آپوپتوز، افزایش بیان گیرنده IFG-1، فعال‌سازی مسیر AKT/mTOR از کاهش توده عضلانی ناشی از سالمندی جلوگیری نموده و موجب بهبود قدرت عضلانی شد (لو و همکاران 2013¹⁸). در رت­های سکته کرده افزایش مسیر سیگنالینگ IGF-1/IGF-1R/PI3/AKT به همراه افزایش سنتز پروتئین و کاهش تخریب پروتئین در بافت عضله اسکلتی را پس از تمرین مقاومتی گزارش شده است (فنگ و همکاران 2022¹⁹). همچنین نشان داده شده است دیابت موجب فعال‌سازی مسیر سیگنالینگ AKT در پاسخ به تحریک انسولین شده و موجب تجزیه پروتئین عضله اسکلتی می‌گردد. تمرین مقاومتی موجب افزایش حساسیت AKT به تحریک انسولین شده و از تجزیه عضله اسکلتی در شرایط دیابت جلوگیری نمود (کیدو و همکاران 2018²⁰). مطالعه دیگری نیز در رت­های دیابتی اثرگذاری تمرین مقاومتی را بر روند سنتز پروتئین به‌واسطه فعال‌سازی مسیر سیگنالینگ Akt/mTOR/p70S6K را نشان داد (هوری و همکاران 2020²¹). در مجموع بررسی مطالعات انجام شده در خصوص مکانیسم مولکولی هایپرتروفی عضلانی ناشی از تمرینات مقاومتی نشان می‌دهد، تمرین مقاومتی به‌واسطه فعال‌سازی mTOR به‌ویژه از طریق مسیر IGF-1/PI3k/AKT نقش کلیدی در این فرآیند بازی می‌کنند (اوگاساوا و همکاران 2019²²).

 

اثر ویتامین D بر مسیر سیگنالینگ PI3k/AKT/mTOR

پس از کشف گیرنده ویتامین D  و تأیید وجود آن در بافت های مختلف، نقش ویتامین D در تنظیم روندهای بیولوژیک بسیار پررنگ شد. به‌ویژه در شرایط کمبود ویتامین D ارتباط مولکولی بین این ویتامین و بروز بسیاری از بیماری‌ها و اختلالات مانند چاقی، التهاب مزمن خفیف، مقاومت به انسولین، سندرم متابولیک، آلزایمر افسردگی و سرطان گزارش شده است (مکگیل و همکاران 2008²³). وجود گیرنده ویتامین D در بافت عضلانی اسکلتی نیز تأیید شد، در نتیجه اثر ویتامین D بر اختلالات عضله اسکلتی توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب نموده است. گزارش شده در زنان مسن چهار ماه مکمل سازی با ویتامین D بدون فعالیت بدنی موجب 30 درصد افزایش در گیرنده ویتامین D عضله اسکلتی شده است (سگلیا و همکاران 2013²⁴). بروز آتروفی عضلانی در شرایط کمبود ویتامین D توسط مطالعات متعدد گزارش شده است. در مقابل شواهد نشان می‌دهد ویتامین D می‌تواند موجب تحریک هایپرتروفی عضله اسکلتی گردد (گیروان و همکاران 2023²⁵). یکی از مکانیسم‌هایی که ویتامین D به‌وسیله آن موجب هایپرتروفی عضلانی می‌شود، اثرگذاری این ویتامین بر مسیر سیگنالینگ AKT/mTOR می‌باشد. گزارش شده افزودن شکل فعال ویتامین D (1,25-دی هیدروکسی ویتامین D3 (1,25(OH)2D3)) به میوتوب های C2C12 باعث افزایش سنتز پروتئین عضله اسکلتی و سیگنالینگ Akt/mTOR می‌شود که نشان می‌دهد ویتامین D از طریق اثرگذاری بر این مسیر سیگنالینگ نقش هایپرتروفیک خود را اعمال می‌نمایید (بوترگو و همکاران 2012²⁶). در تأیید اثرگذاری ویتامین D بر مسیر AKT/mTOR، فعال‌سازی AKT در میوبلاست ها توسط گیرنده ویتامین D گزارش شده است (بوترگو و همکاران 2013). نشان داده شده است که القای ویتامین D موجب افزایش سنتز پروتئین به‌واسطه فعالیت mTOR میوبلاست عضله اسکلتی انسان می‌شود (رومئو و همکاران 2019²⁷). با وجود آنکه ویتامین D به‌واسطه اثرگذاری بر مسیرهای سیگنالینگ گوناگون می‌تواند موجب هایپرتروفی عضله اسکلتی شود، اما یکی از مهم‌ترین مسیرهای سیگنالینگی که ویتامین D توسط آن اثر خود را بر هایپرتروفی عضلانی اعمال می‌نمایید مسیر سیگنالینگ AKT/mTOR می‌باشد.

 

اثر ویتامین D به همراه تمرینات مقاومتی بر مسیر سیگنالینگ PI3k/AKT/mTOR

از آنجایی که هم تمرین مقاومتی و هم ویتامین D می‌توانند به‌واسطه اثرگذاری بر مسیر سیگنالینگ AKT/mTOR روند سنتز پروتئین و به دنبال آن هایپرتروفی عضلانی را توسعه دهند، پژوهشگران اثر همزمان تمرین مقاومتی و ویتامین D را بر هایپرتروفی عضلانی مورد بررسی قرار داده‌اند. نتایج مطالعات به دست آمده تا حدودی متناقض می‌باشد. گزارش شده 6 هفته مصرف پروتئین وی و ویتامین D3 همراه با تمرینات مقاومتی در مردان جوان سالم موجب افزایش قدرت و توده عضلانی شد (چن و همکاران 2022²⁸). همچنین بیان بیش از حد گیرنده ویتامین D در عضله تیبیالیس قدامی در رت همراه با تمرین مقاومتی موجب افزایش سنتز پروتئین عضلانی شد که در افزایش سطح میوفیبر، به عنوان ملاک هایپرتروفی مشاهده شد. افزایش در سنتز پروتئین عضله با افزایش سیگنال دهی آنابولیک mTOR همراه بود (باس و همکاران 2020²⁹). همچنین گزارش شده غلظت سرمی ویتامین D رابطه معکوس با ضعف عضلانی داشته که نشان دهنده کاهش ضعف عضلانی با افزایش مقادیر سرمی ویتامین D می‌باشد. این یافته‌ها نشان می‌دهد افزایش غلظت سرمی ویتامین D می‌تواند بر بازیابی قدرت عضلانی اسکلتی پس از یک دوره فعالیت شدید مقاومتی تأثیر مثبت بگذارد (باکر و همکاران 2013³⁰). مطالعه ای اثر دوازده هفته تمرین مقاومتی و ویتامین D را بر سطح مقطع و قدرت عضله چهار سر در مردان جوان و سالمند مورد بررسی قرار داد. نتایج نشان داد مصرف ویتامین D و تمرین مقاومتی باعث افزایش سطح مقطع و قدرت عضله چهار در سالمندان نسبت به افراد جوان شد، درحالی‌که در افراد جوان همزمانی ویتامین D و تمرین مقاومتی موجب تغییر بیشتر در درصد فیبر نوع IIa در مقایسه با افراد سالمند شد (اگرگارد و همکاران 2015³¹). در مقابل پژوهشی دیگر گزارش کرد مکمل ویتامین D3 تأثیر تمرینات مقاومتی بر توده، قدرت و استقامت عضلانی را در افراد مسن را افزایش نمی‌دهد (ملمن و همکاران 2021³²). در یک فرا تحلیل اثر ویتامین D را بر قدرت، توان و توده عضلانی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج این مطالعه نشان داد مکمل ویتامین D تأثیر مثبت اندکی بر قدرت عضلانی دارد که دلیل آن می‌تواند وابسته به دوز، نحوه و مدت‌زمان مصرف ویتامین D باشد (بدارت و همکاران 2014³³).پژوهشگران در یک فرا تحلیل دیگر در خصوص اثر ترکیب ویتامین D و تمرین مقاومتی بر توده و قدرت عضلانی نتیجه گرفتند این بررسی به‌طور آزمایشی از اثر افزایشی تمرین مقاومتی و مکمل ویتامین D3 موجب بهبود قدرت عضلانی در افراد سالمند می‌شود، با این وجود شواهد بیشتری برای نتیجه‌گیری محکم یا ارائه توصیه‌های صریح در خصوص اثرگذاری ترکیب ویتامین D و تمرین مقاومتی مورد نیاز است (آنتونیاک و همکاران 2017³⁴).

 

نتیجه‌گیری

نتایج مطالعه حاضر نشان داد تمرین مقاومتی و ویتامین D به تنهایی به‌واسطه اثرگذاری بر مسیر سیگنالینگ AKT/mTOR روند سنتز پروتئین عضله اسکلتی و به دنبال آن هایپرتروفی عضلانی را افزایش می‌دهند. ترکیب تمرین مقاومتی و ویتامین D نیز موجب افزایش اندک توده و قدرت عضلانی می‌گردد، اما نتایج مطالعات تا حدودی متناقض می‌باشد که نیاز است مطالعات بیشتری در خصوص اثرگذاری این دو مداخله بر ساختار و عملکرد عضلانی انجام شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

منابع

Agergaard J, Trøstrup J, Uth J, Iversen JV, Boesen A, Andersen JL, Schjerling P, Langberg H. Does vitamin-D intake during resistance training improve the skeletal muscle hypertrophic and strength response in young and elderly men? - a randomized controlled trial. Nutr Metab (Lond). 2015 Sep 30;12:32. 

Antoniak AE, Greig CA. The effect of combined resistance exercise training and vitamin D3 supplementation on musculoskeletal health and function in older adults: a systematic review and meta-analysis. BMJ Open. 2017 Jul 20;7(7):e014619.v

Barker T, Henriksen VT, Martins TB, Hill HR, Kjeldsberg CR, Schneider ED, Dixon BM, Weaver LK. Higher serum 25-hydroxyvitamin D concentrations associate with a faster recovery of skeletal muscle strength after muscular injury. Nutrients. 2013 Apr 17;5(4):1253-75.

Bass JJ, Nakhuda A, Deane CS, Brook MS, Wilkinson DJ, Phillips BE, Philp A, Tarum J, Kadi F, Andersen D, Garcia AM, Smith K, Gallagher IJ, Szewczyk NJ, Cleasby ME, Atherton PJ. Overexpression of the vitamin D receptor (VDR) induces skeletal muscle hypertrophy. Mol Metab. 2020 Dec;42:101059. 

Beaudart C, Buckinx F, Rabenda V, Gillain S, Cavalier E, Slomian J, Petermans J, Reginster JY, Bruyère O. The effects of vitamin D on skeletal muscle strength, muscle mass, and muscle power: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. J Clin Endocrinol Metab. 2014 Nov;99(11):4336-45.

Bohni R, Riesgo-Escovar J, Oldham S, et al. Autonomous control of cell and organ size by CHICO, a Drosophila homolog of vertebrate IRS1-4. Cell. 1999;97:865–75.

Buitrago C, Pardo VG, Boland R. Role of VDR in 1α,25-dihydroxyvitamin D3-dependent non-genomic activation of MAPKs, Src and Akt in skeletal muscle cells. J Steroid Biochem Mol Biol. 2013 Jul;136:125-30.

Buitrago CG, Arango NS, Boland RL. 1α,25(OH)2D3-dependent modulation of Akt in proliferating and differentiating C2C12 skeletal muscle cells. J Cell Biochem. 2012 Apr;113(4):1170-81. 

Ceglia L, Niramitmahapanya S, da Silva Morais M, Rivas DA, Harris SS, Bischoff-Ferrari H, et al. A randomized study on the effect of vitamin D(3) supplementation on skeletal muscle morphology and vitamin D receptor concentration in older women. J Clin Endocrinol Metabol. 2013;98(12):E1927–E1935. 

Ceglia L. Vitamin D and its role in skeletal muscle. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2009;12:628–33.

Chen Y, Liang Y, Guo H, Meng K, Qiu J, Benardot D. Muscle-Related Effect of Whey Protein and Vitamin D3 Supplementation Provided before or after Bedtime in Males Undergoing Resistance Training. Nutrients. 2022 May 30;14(11):2289.

Damas F., Libardi C.A., Ugrinowitsch C. The development of skeletal muscle hypertrophy through resistance training: The role of muscle damage and muscle protein synthesis. Eur. J. Appl. Physiol. 2018;118:485–500.

Edouard P, Nunes JP, Koral J, Thornton JS, Kemp JL, Gronwald T. Just start and keep training! What is the best resistance training prescription for strength and hypertrophy? Br J Sports Med. 2023 Sep;57(18):1161-1162.

Feng L, Li B, Xi Y, Cai M, Tian Z. Aerobic exercise and resistance exercise alleviate skeletal muscle atrophy through IGF-1/IGF-1R-PI3K/Akt pathway in mice with myocardial infarction. Am J Physiol Cell Physiol. 2022 Feb 1;322(2):C164-C176.

Gonzalez AM et al (2016) Intramuscular anabolic signaling and endocrine response following resistance exercise: implications for muscle hypertrophy. Sports Med 46(5):671–685

Horii N, Hasegawa N, Fujie S, Uchida M, Iemitsu M. Resistance exercise-induced increase in muscle 5α-dihydrotestosterone contributes to the activation of muscle Akt/mTOR/p70S6K- and Akt/AS160/GLUT4-signaling pathways in type 2 diabetic rats. FASEB J. 2020 Aug;34(8):11047-11057.

Karagounis LG et al (2010) Contraction-induced changes in TNFalpha and Akt-mediated signalling are associated with increased myofibrillar protein in rat skeletal muscle. Eur J Appl Physiol 109(5):839–848

Khalid K, Szewczyk A, Kiszałkiewicz J, Migdalska-Sęk M, Domańska-Senderowska D, Brzeziański M, Lulińska E, Jegier A, Brzeziańska-Lasota E. Type of training has a significant influence on the GH/IGF-1 axis but not on regulating miRNAs. Biol Sport. 2020 Sep;37(3):217-228. 

Kido K, Ato S, Yokokawa T, Sato K, Fujita S. Resistance training recovers attenuated APPL1 expression and improves insulin-induced Akt signal activation in skeletal muscle of type 2 diabetic rats. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2018 Jun 1;314(6):E564-E571.

Kirwan R. Differential effects of vitamin D on upper and lower body fat-free mass: potential mechanisms. Mol Biol Rep. 2023 Jan;50(1):883-888.

Lai K-MV, Gonzalez M, Poueymirou WT, et al. Conditional activation of akt in adult skeletal muscle induces rapid hypertrophy. Mol Cell Biol. 2004;24:9295–304.

Latham NK, Anderson CS, Reid IR. Effects of vitamin D supplementation on strength, physical performance, and falls in older persons: a systematic review. J Am Geriatr Soc. 2003;51:1219–26.

Luo L, Lu AM, Wang Y, Hong A, Chen Y, Hu J, Li X, Qin ZH. Chronic resistance training activates autophagy and reduces apoptosis of muscle cells by modulating IGF-1 and its receptors, Akt/mTOR and Akt/FOXO3a signaling in aged rats. Exp Gerontol. 2013 Apr;48(4):427-36. 

Marcell TJ, Hawkins SA, Wiswell RA. Leg strength declines with advancing age despite habitual endurance exercise in active older adults. J Strength Cond Res. 2014;28:504–13.

McGill AT, Stewart JM, Lithander FE, Strik CM, Poppitt SD. “Relationships of low serum vitamin D3 with anthropometry and markers of the metabolic syndrome and diabetes in overweight and obesity” Nutr J. 2008;7:4.

Mølmen KS, Hammarström D, Pedersen K, Lian Lie AC, Steile RB, Nygaard H, Khan Y, Hamarsland H, Koll L, Hanestadhaugen M, Eriksen AL, Grindaker E, Whist JE, Buck D, Ahmad R, Strand TA, Rønnestad BR, Ellefsen S. Vitamin D3 supplementation does not enhance the effects of resistance training in older adults. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 2021 Jun;12(3):599-628.

Ogasawara R et al (2014) The order of concurrent endurance and resistance exercise modifies mTOR signaling and protein synthesis in rat skeletal muscle. Am J Physiol Endocrinol Metab 306(10):E1155–E1162

Ogasawara R, Jensen TE, Goodman CA, Hornberger TA. Resistance Exercise-Induced Hypertrophy: A Potential Role for Rapamycin-Insensitive mTOR. Exerc Sport Sci Rev. 2019 Jul;47(3):188-194. 

Phillips S.M. A Brief Review of Critical Processes in Exercise-Induced Muscular Hypertrophy. Sports Med. 2014;44:71–77.

Refalo MC, Helms ER, Trexler ET, Hamilton DL, Fyfe JJ. Influence of Resistance Training Proximity-to-Failure on Skeletal Muscle Hypertrophy: A Systematic Review with Meta-analysis. Sports Med. 2023 Mar;53(3):649-665.

Roberts MD, McCarthy JJ, Hornberger TA, Phillips SM, Mackey AL, Nader GA, Boppart MD, Kavazis AN, Reidy PT, Ogasawara R, Libardi CA, Ugrinowitsch C, Booth FW, Esser KA. Mechanisms of mechanical overload-induced skeletal muscle hypertrophy: current understanding and future directions. Physiol Rev. 2023 Oct 1;103(4):2679-2757.

Romeu Montenegro K, Carlessi R, Cruzat V, Newsholme P. Effects of vitamin D on primary human skeletal muscle cell proliferation, differentiation, protein synthesis and bioenergetics. J Steroid Biochem Mol Biol. 2019 Oct;193:105423.

Rommel C, Bodine SC, Clarke BA, et al. Mediation of IGF-1-induced skeletal myotube hypertrophy by PI(3)K/Akt/mTOR and PI(3)K/Akt/GSK3 pathways. Nat Cell Biol. 2001;3:1009–13. 

Sandri M et al (2004) Foxo transcription factors induce the atrophy-related ubiquitin ligase atrogin-1 and cause skeletal muscle atrophy. Cell 117(3):399–412

Smiles WJ et al (2015) Modulation of autophagy signaling with resistance exercise and protein ingestion following short-term energy deficit. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 309(5):R603–R612

Song, Z., Moore, D.R., Hodson, N. et al. Resistance exercise initiates mechanistic target of rapamycin (mTOR) translocation and protein complex co-localisation in human skeletal muscle. Sci Rep 7, 5028 (2017).

Wackerhage H, Schoenfeld BJ, Hamilton DL, Lehti M, Hulmi JJ. Stimuli and sensors that initiate skeletal muscle hypertrophy following resistance exercise. J Appl Physiol. 2019;126(1):30–43.

---

[1]  Refalo

[2]  Roberts

[3]  Edouard

[4]  Damas

[5]  Phillips

[6]  Karagounis

[7]  Marcell

[8]  Latham

[9]  Ceglia

[10]  Rommel

[11]  Bohni

[12]  Lai

[13]  Wackerhage

[14]  Khalid

[15]  Ogasawara

[16]  Gonzalez

[17]  Song

[18]  Luo

[19]  Feng

[20]  Kido

[21]  Horii

[22]  Ogasawara

[23]  McGill

[24]  Ceglia

[25]  Kirwan

[26]  Buitrago

[27]  Romeu

[28]  Chen

[29]  Bass

[30]  Barker

[31]  Agergaard

[32]  Mølmen

[33]  Beaudart

[34]  Antoniak

---