مقایسه اثر دو نوع تمرین تناوبی شدید بر بیان ژنهای کلاژن 1، 2 و SMAD/3 در بطن چپ موش های بزرگ آزمایشگاهی نر مبتلا به دیابت نوع 2 القاء شده با استرپتوزوسین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 گروه فیزیولوژی ورزشی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 گروه فیزیولوژی ورزشی، دانشکده علوم ورزشی دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران

چکیده

مقدمه و هدف: تمرین تناوبی با شدت متناسب به وسیله تنظیم بیان ژن در بیماران مبتلا به دیابت، کاردیومیوپاتی دیابتی را کاهش می‌دهد. هدف از این مطالعه مقایسه اثر دو نوع تمرین تناوبی شدید بر بیان ژنهای کلاژن 1، 2 و SMAD/3 در بطن چپ موش های بزرگ آزمایشگاهی نر مبتلا به دیابت نوع 2 بود.
مواد و روش ها: پژوهش حاضر از نوع تجربی است. بدین منظور 28 سر موش­های بزرگ آزمایشگاهی نر دیابتی به چهار گروه 7 تایی تقسیم شدند؛ تمرین تناوبی شدید نوع 1 (HIIT1:1)، تمرین تناوبی شدید نوع 2 (HIIT2:1)، کنترل دیابتی (DC)، کنترل سالم (NC) تقسیم شدند. القاء دیابت به همه گروه­ها به جز کنترل سالم توسط تزریق درون صفاقی استرپتوزوتوسین (STZ) پس از 12 ساعت ناشتایی شبانه انجام شد. 24 ساعت پس از آخرین جلسه تمرین و ریکاوری بعد از آن آزمودنی­ها بی‌هوش شدند. سپس بطن چپ آنها استخراج شد. گلوکز پلاسما توسط روش گلوکز اکسیداز، مقادیر انسولین با روش الایزا و مقاومت به انسولین با روش HOMA-IR     اندازه گیری شد. جهت تعیین بیان ژنهای کلاژن 1، 2 و SMAD/3 از روش PCRReal time- و مقایسه گروه ها توسط (one way anova) و آزمون تعقیبی Tukey برای تعیین اختلاف بین گروهی در سطح آلفای 05/0 استفاده شد.
نتایج: کلاژن 1 در بین هر دو گروه تمرین تفاوت معناداری را نشان نداد (112/0p=). میانگین مقادیر هر دو گروه تمرین نسبت به گروه کنترل دیابتی به صورت معناداری در بیان کلاژن 1 کمتر بود (0001/0p=). میانگین مقادیر بیان ژن کلاژن 2 در گروه تمرین HIIT2:1 نسبت به گروه HIIT1:1 (044/0P=) و کنترل دیابتی (002/0P=) به صورت معناداری کمتر بود. میانگین مقادیر بیان ژن SMAD/3 در گروه HIIT2:1 نسبت به HIIT1:1 (002/0P=)) و کنترل دیابتی (020/0P=) به صورت معناداری کمتر بود. میانگین مقادیر وزن و شاخص مقاومت به انسولین در گروه HIIT1:1 و گلوکز در گروه HIIT2:1 به صورت معناداری کمتر بود.
نتیجه‌گیری: بر اساس یافته های بدست آمده می توان چنین نتیجه گیری کرد 4 هفته تمرین HIIT نوع 2 با تأثیر بالاتر بر کاهش بیان ژنهای کلاژن 2 و SMAD/3 در بطن چپ موش های بزرگ آزمایشگاهی دیابتی بد تنظیمی ژن را تعدیل کرده و احتمالاً می تواند کاردیومیوپاتی دیابتی را بهبود بخشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of the effects of two types of high intensity interval training on the gene expression of collagen 1, 2, and SMAD/3 in the left ventricle of male rats in type 2 diabetes induced by streptozotocin

نویسندگان [English]

  • Sara Fereshtian 1
  • Maghsoud Peeri 1
  • Hamid Agha-Alinejad 2
  • Maryam Delfan 3
چکیده [English]

Background and Objective: High-intensity interval training reduces diabetic cardiomyopathy by regulating gene expression in patients with diabetes. The aim of this study was to compare the effect of two types of high intensity interval training on the expression of collagen 1, 2 and SMAD/3 genes in the left ventricle of male rats with type 2 diabetes.
Materials and Methods: The present study was experimental. For this purpose, 28 male Wistar rats were divided into four groups: type 1 high-intensity interval training (HIIT1:1), type 2 high-intensity interval training (HIIT2:1), diabetic control (DC), and non-diabetic control (NC). Diabetes was induced in all groups except non-diabetic control group by intraperitoneal injection of streptozotocin (STZ) after 12 hours of overnight fasting. 24 hours after the last training and recovery session, their left ventricle was extracted. Plasma glucose concentration was measured by the glucose oxidase method, ELISA method was used to measure the insulin levels, and the HOMA-IR method was used to measure the insulin resistance index. A real-time PCR technique was used to evaluate the gene expression of the collagens 1 , 2 , and SMAD/3 genes. Results were analyzed with one-way ANOVA and Tukey post hoc tests.
Results: Collagen 1 did not show a significant difference between the two exercise groups (p = 0.112). The mean values of both exercise groups were significantly lower than in the diabetic control group in collagen expression (p = 0.0001). The mean values of collagen 2 gene expression in the HIIT2: 1 training group were significantly lower than the HIIT1: 1 group (P = 0.044) and diabetic control (P = 0.002). The mean values of SMAD / 3 gene expression in HIIT2: 1 group were significantly lower than HIIT1: 1 (P = 0.002) and diabetic control (P = 0.020). The mean weight values and insulin resistance index in the HIIT1 group and glucose in the HIIT2: 1 group were significantly lower.
Conclusion: Based on the findings, it can be concluded that 4 weeks of type 2 HIIT compared to other groups had a higher effect on reducing the expression of collagen 2 and SMAD / 3 genes in the left ventricle of diabetic rats with down-regulated of genes. Therefore HIIT-2  may improve diabetic cardiomyopathy syptoms.

کلیدواژه‌ها [English]

  • High intensity interval training
  • Collagen
  • SMAD/3
  • Insulin resistance
1. Liu Q, Wang S, Cai L. Diabetic cardiomyopathy and its mechanisms: role of oxidative stress and damage. Journal of Diabetes Investigation 2014;5(6):623-34. 2. Wild S, Roglic G, Green A, Sicree R, King H. Global prevalence of diabetes: estimates for the year 2000 and projections for 2030. Diabetes Care 2004;27(5):1047-53. 3. Serra N, Rosales R, Masana L, Vallvé J-C. Simvastatin increases fibulin-2 expression in human coronary artery smooth muscle cells via RhoA/Rho-kinase signaling pathway inhibition. PlOS One 2015;10(7):e0133875. 4. Li W, Zhou P, Wang G, Lu X, Jiang Y, Zhao X. Anti-inflammatory effects of lycopene prevents cardiac dysfunction in streptozotocin-diabetic rats. International Journal of Clinical and Experimental Medicine 2016;9(5):8047-54. 5. Kraemer WJ, Ratamess NA. Hormonal responses and adaptations to resistance exercise and training. Sports Medicine 2005;35(4):339-61. 6. Sun Y, Weber KT. Angiotensin-converting enzyme and wound healing in diverse tissues of the rat. Journal of Laboratory and Clinical Medicine 1996;127(1):94-101. 7. Xu X, Wan W, Ji L, Lao S, Powers AS, Zhao W, et al. Exercise training combined with angiotensin II receptor blockade limits post-infarct ventricular remodelling in rats. Cardiovascular Research 2008;78(3):523-32. 8. Li JH, Huang XR, Zhu H-J, Oldfield M, Cooper M, Truong LD, et al. Advanced glycation end products activate Smad signaling via TGF-β-dependent and independent mechanisms: implications for diabetic renal and vascular disease. Federation of American Societies for Experimental Biology Journal 2004;18(1):176-8. 9. Buchanan TA, Metzger BE, Freinkel N, Bergman RN. Insulin sensitivity and B-cell responsiveness to glucose during late pregnancy in lean and moderately obese women with normal glucose tolerance or mild gestational diabetes. American Journal of Obstetrics and Gynecology 1990;162(4):1008-14. 10. Schiaffino S, Dyar KA, Ciciliot S, Blaauw B, Sandri M. Mechanisms regulating skeletal muscle growth and atrophy. The Federation of European Biochemical Societies Journal 2013;280(17):4294-314. 11. Castellar A, Remedio R, Barbosa R, Gomes RJ, Caetano FH. Collagen and reticular fibers in left ventricular muscle in diabetic rats: Physical exercise prevents its changes?. Tissue and Cell 2011;43(1):24-8. 12. Estes RR, Malinowski A, Piacentini M, Thrush D, Salley E, Losey C, et al. The effect of high intensity interval run training on cross-sectional area of the vastus lateralis in untrained college students. International Journal of Exercise Science 2017;10(1):137. 13. Gibala MJ, Little JP, MacDonald MJ, Hawley JA. Physiological adaptations to low‐volume, high‐intensity interval training in health and disease. The Journal of Physiology 2012;590(5):1077-84. 14. Hadiono M, Kushartanti BW, editors. High Intensity Interval Training (HIIT) and Moderate Intensity Training (MIT) Against TNF-α and IL-6 levels In Rats. 2nd International Conference on Sports Sciences and Health 2018 (2nd ICSSH 2018) 2019: Atlantis Press. 15. Babaee Begi MA, Faramarzi H, Gaeini AA, Ravasi AA, Izadi MR, Delfan M, et al. Upregulation of ryanodine receptor calcium channels (RyR2) in rats with induced diabetes after 4 weeks of high intensity interval training. International Cardiovascular Research Journal 2016;10(1):1-5. 16. Shaban N, Kenno KA, Milne KJ. The effects of a 2 week modified high intensity interval training program on the homeostatic model of insulin resistance (HOMA-IR) in adults with type 2 diabetes. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness 2014;54(2):203-9. 17. Pierre W, Gildas AJH, Ulrich MC, Modeste W-N, azTélesphore Benoît N, Albert K. Hypoglycemic and hypolipidemic effects of Bersama engleriana leaves in nicotinamide/streptozotocin-induced type 2 diabetic rats. BMC Complementary and Alternative Medicine 2012;12(1):264. 18. Leandro CG, Levada AC, Hirabara SM, Manhães-de-Castro R. A program of moderate physical training for Wistar rats based on maximal oxygen consumption. Journal of Strength and Conditioning Research 2007;21(3):751. 19. Vandesompele J, De Preter K, Pattyn F, Poppe B, Van Roy N, De Paepe A, et al. Accurate normalization of real-time quantitative RT-PCR data by geometric averaging of multiple internal control genes. Genome Biology 2002;3(7): research 0034. 1. 20. Kotenko SV, Gallagher G, Baurin VV, Lewis-Antes A, Shen M, Shah NK, et al. IFN-λs mediate antiviral protection through a distinct class II cytokine receptor complex. Nature Immunology 2003;4(1):69-77. 21. Zhang F, Dang Y, Li Y, Hao Q, Li R, Qi X. Cardiac Contractility Modulation Attenuate Myocardial Fibrosis by Inhibiting TGF-beta1/Smad3 Signaling Pathway in a Rabbit Model of Chronic Heart Failure. Cellular physiology and biochemistry. International Journal of Experimental Cellular Physiology, Biochemistry, and Pharmacology 2016;39(1):294-302. 22. Bachar E, Ariav Y, Ketzinel-Gilad M, Cerasi E, Kaiser N, Leibowitz G (2009) Glucose Amplifies Fatty Acid-Induced Endoplasmic Reticulum Stress in Pancreatic β-Cells via Activation of mTORC1. PLoS ONE 4(3): e4954. 23. De Waard MC, Van Der Velden J, Bito V, Ozdemir S, Biesmans L, Boontje NM, et al. Early exercise training normalizes myofilament function and attenuates left ventricular pump dysfunction in mice with a large myocardial infarction. Circulation Research 2007;100(7):1079-88. 24. Kraljevic J, Marinovic J, Pravdic D, Zubin P, Dujic Z, Wisloff U, et al. Aerobic interval training attenuates remodelling and mitochondrial dysfunction in the post-infarction failing rat heart. Cardiovascular Research 2013;99(1):55-64. 25. Launay T, Momken I, Carreira S, Mougenot N, Zhou X-L, De Koning L, et al. Acceleration-based training: A new mode of training in senescent rats improving performance and left ventricular and muscle functions. Experimental Gerontology 2017;95:71-6. 26. Holloway TM, Bloemberg D, da Silva ML, Quadrilatero J, Spriet LL. High-intensity interval and endurance training are associated with divergent skeletal muscle adaptations in a rodent model of hypertension. American Journal of Physiology Regulatory, Integrative and Comparative Physiology 2015;308(11):R927-34. 27. Santos A, Lamas L, Ugrinowitsch C, Tricoli V, Miyabara EH, Soares A, et al. Different resistance-training regimens evoked a similar increase in myostatin inhibitors expression. International Journal of Sports Medicine 2015;36(09):761-8. 28. Lessard SJ, Rivas DA, Alves-Wagner AB, Hirshman MF, Gallagher IJ, Constantin-Teodosiu D, et al. Resistance to aerobic exercise training causes metabolic dysfunction and reveals novel exercise-regulated signaling networks. Diabetes 2013;62(8):2717-27. 29. Little JP, Gillen JB, Percival ME, Safdar A, Tarnopolsky MA, Punthakee Z, et al. Low-volume high-intensity interval training reduces hyperglycemia and increases muscle mitochondrial capacity in patients with type 2 diabetes. Journal of Applied Physiology 2011;111(6):1554-60.