نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی دکتری فیزیولوژی ورزشی، دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.
2 استاد گروه فیزیولوژی ورزشی، دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.
3 استادیار گروه فیزیولوژی ورزشی، دانشکده علوم ورزشی، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران.
4 استادیار گروه فیزیولوژی ورزشی، دانشکده علوم ورزشی، دانشگاه بیرجند، خراسان جنوبی، ایران.
چکیده
زمینه و هدف: افزایش قند خون در شرایط دیابتی می‌‌تواند باعث آپوپتوزیس، از طریق مسیر میتوکندری و با افزایش بیان پروتئین مرگ سلولی شود. پروبیوتیک‌‌ها میکروارگانیسم‌‌های زنده‌‌ای هستند که مزایای سلامتی را به میزبان اعطا می‌‌کنند و دارای اثرات ضد دیابت و آنتی اکسیدان هستند. همچنین، برخی شواهد نشان می‌‌دهد که ورزش می تواند بر مسیرهای سیگنالینگ آپوپتوزیس عضله اسکلتی تأثیر بگذارد. هدف این مطالعه بررسی تاثیر تمرین هوازی و مکمل پروبیوتیک بر سطوح گلوکز خون و بیان ژن کاسپاز-3 در عضله نعلی رت‌‌های دیابتی شده با استرپتوزوتوسین بود. روش تحقیق: تعداد40 سر رت صحرایی نر نژاد ویستار (وزن: 270-250 گرم؛ سن: هشت هفته) به‌‌طور تصادفی به پنج گروه کنترل سالم (N)، کنترل دیابتی (CD)، دیابتی + مکمل پروبیوتیک (SCD)، دیابتی + تمرین (TD) و دیابتی + تمرین + مکمل پروبیوتیک (STD) تقسیم شدند. القای دیابت با تزریق درون صفاقی استرپتوزوتوسین (45 میلی گرم/کیلوگرم وزن بدن) انجام شد. برنامه تمرین هوازی شامل 30 دقیقه دویدن روی نوارگردان با شدت 60 تا 65 درصد سرعت بیشینه، پنج روز در هفته و به مدت پنج هفته بود. هر رت دو گرم پروبیوتیک به صورت محلول در آب آشامیدنی دریافت کرد. 48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرین، رت‌‌ها تشریح و عضله نعلی برای ارزیابی بیان ژن کاسپاز-3 (با روش Real Time PCR) و نمونه گیری خون برای ارزیابی گلوکز پلاسما (با روش گلوکز اکسیداز) جمع آوری انجام شد. تجزیه و تحلیل آماری با آزمون t مستقل، آزمون تحلیل واریانس یک راهه و آزمون تعقیبی شفه در سطح معنی‌‌داری p≤0/05 انجام شد. یافته‌‌ها: سطوح گلوکز خون در گروه دیابتی + تمرین + مکمل نسبت به سایر گروه‌‌ها، کاهش معنی‌‌داری داشت (008/0=p) از طرف دیگر، بیان ژن کاسپاز-3 در گروه دیابتی + تمرین، و گروه دیابتی + تمرین + مکمل کاهش معنی‌‌داری پیدا کرد (01/0=p). نتیجه‌‌گیری: تمرین هوازی به همراه مصرف مکمل پروبیوتیک، احتمالا با تنظیم و کاهش قند خون، از آپوپتوزیس عضله اسکلتی در شرایط دیابت جلوگیری می‌‌نماید.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
The effect of aerobic training and probiotic supplementation on blood glucose levels and caspase-3 gene expression in skeletal muscle of streptozotocin-induced diabetic rats
نویسندگان [English]
- Niloofar Rezaee 1
- Farhad Rahmani-Nia 2
- Maryam Delfan 3
- Reza Ghahremani 4
1 Ph.D. Student in Exercise Physiology, Faculty of Sport Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran.
2 Professor, Department of Exercise Physiology, Faculty of Sport Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Exercise Physiology, Faculty of Sport Sciences, Alzahra University, Tehran, Iran.
4 Assistant Professor, Department of Exercise Physiology, Faculty of Sport Sciences, University of Birjand, South Khorasan, Iran.
چکیده [English]
Background and Aim: Hyperglycemia occurring in the diabetic condition can cause apoptosis via the mitochondrial pathway with higher cell death protein expression. Probiotics are viable microorganisms which confer health benefits to the host and have anti-diabetic and antioxidant effects. Also, there are some evidences that exercise may affect the signaling pathways of skeletal muscle apoptosis. The aim of this study was to examine the aerobic exercise training and probiotic supplementation effects on blood glucose levels and caspase-3 gene expression of the soleus muscle in diabetic rats-induced by streptozotocin. Materials and Methods: 40male Wistar rats (weight: 250-270 gr; age: eight weeks) were selected and divided into five groups: control+normal (N), control+diabetic (CD), diabetic+probiotics (SCD), diabetic+aerobic training (TD), and TD+probiotics (STD). Rats were made diabetic using streptozotocin (45 mg/kg). The rats in the training groups aerobically exercised using a treadmill at intensity of 60-65% of maximum speed for five weeks and five days per week and received probiotics (2 gr) in drinking tap water (supplemented groups). 48 hours after the last training session, the animals were sacrificed, then the soleus muscle was dissected to evaluate the gene expression of caspase-3 (using the Real Time PCR) and plasma glucose (by the glucose oxidase method). T-test, one-way ANOVA and Scheffe’s post hoc tests were applied for statistical analysis at significance level of p≤0.05. Results: The results indicated that fasting blood sugar was significantly lower in the TD+probiotics group compared to the other groups (p=0.008). On the other hand, gene expression of caspase-3 was a significantly decreased in diabetic+aerobic training and TD+probiotics (p=0.01) groups. Conclusion: It appears that aerobic exercise training with the use of probiotics prevents apoptosis in the muscle with the down-regulation of blood glucose.
کلیدواژه‌ها [English]
- Diabetes
- Aerobic exercise training
- Antioxidants
- Apoptosis
- Skeletal muscle
Ardeshirlarijani, E., Tabatabaei-Malazy, O., Mohseni, S., Qorbani, M., Larijani, B., & Jalili, R. B. (2019). Effect of probiotics supplementation on glucose and oxidative stress in type 2 diabetes mellitus: A meta-analysis of randomized trials. DARU Journal of Pharmaceutical Sciences, 27(2), 827-837.
Azm, S.A.N., Djazayeri, A., Safa, M., Azami, K., Djalali, M., Sharifzadeh, M., & Vafa, M. (2017). Probiotics improve insulin resistance status in an experimental model of Alzheimer’s disease. Medical Journal of The Islamic Republic of Iran, 31, 103.
Bouhafs, L., Moudilou, E. N., Exbrayat, J. M., Lahouel, M., & Idoui, T. (2015). Protective effects of probiotic Lactobacillus plantarum BJ0021 on liver and kidney oxidative stress and apoptosis induced by endosulfan in pregnant rats. Renal Failure, 37(8), 1370-1378.
Cheng, S.M., Ho, T.J., Yang, A.L., Chen, I.J., Kao, C.L., Wu, F.N., & Huang, C.Y. (2013). Exercise training enhances cardiac IGFI-R/PI3K/Akt and Bcl-2 family associated pro-survival pathways in streptozotocin-induced diabetic rats. International Journal of Cardiology, 167(2), 478-485.
Church, T.S., Blair, S.N., Cocreham, S., Johannsen, N., Johnson, W., Kramer, K., & Rodarte, R.Q. (2010). Effects of aerobic and resistance training on hemoglobin A1c levels in patients with type 2 diabetes: a randomized controlled trial. Jama, 304(20), 2253-2262.
Colberg, S.R., Sigal, R.J., Fernhall, B., Regensteiner, J.G., Blissmer, B.J., Rubin, R.R., & Braun, B. (2010). Exercise and type 2 diabetes: the American College of Sports Medicine and the American Diabetes Association: joint position statement executive summary. Diabetes Care, 33(12), 2692-2696.
Cunningham, P., Geary, M., Harper, R., Pendleton, A., & Stover, S. (.(2005 High intensiy sprint training reduces lipid peroxidation in fast-twitch skeletal muscle. Journal of Exercise Physiology Online, 8(6). 18-25.
Drane, P., Bravard, A., Bouvard, V., & May, E. (2001). Reciprocal down-regulation of p53 and SOD2 gene expression–implication in p53 mediated apoptosis. Oncogene, 20(4), 430-439.
Elmore, S. (2007). Apoptosis: a review of programmed cell death. Toxicologic Pathology, 35(4), 495-516.
Ghareghani, P., Shanaki, M., Ahmadi, S., Khoshdel, A.R., Rezvan, N., Meshkani, R., & Gorgani-Firuzjaee, S. (2018). Aerobic endurance training improves nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) features via miR-33 dependent autophagy induction in high fat diet fed mice. Obesity Research & Clinical Practice, 12(1), 80-89.
Gøbel, R. J., Larsen, N., Jakobsen, M., Mølgaard, C., & Michaelsen, K. F. (2012). Probiotics to adolescents with obesity: effects on inflammation and metabolic syndrome. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition, 55(6), 673-678.
IDF diabetes atlas, 8th edition 2017. Available at: www.IDF.org/elibrary/epidemiology-research/diabetes-atlas.html. Last available: 22 May 2019.
Jafari Anarkooli, I., Sankian, M., Ahmadpour, S., Varasteh, A.-R., & Haghir, H. (2008). Evaluation of Bcl-2 family gene expression and Caspase-3 activity in hippocampus STZ-induced diabetic rats. Experimental Diabetes Research, 2008.
Jin, H.Y., Lee, K.A., & Park, T.S. (2015). The effect of exercise on the peripheral nerve in streptozotocin (STZ)-induced diabetic rats. Endocrine, 48(3), 826-833.
Kim, D.Y., Jung, S.Y., Kim, C.J., Sung, Y.H., & Kim, J.D. (2013). Treadmill exercise ameliorates apoptotic cell death in the retinas of diabetic rats. Molecular Medicine Reports, 7(6), 1745-1750.
Király, M. A., Bates, H.E., Kaniuk, N.A., Yue, J.T., Brumell, J.H., Matthews, S.G., & Vranic, M. (2008). Swim training prevents hyperglycemia in ZDF rats: mechanisms involved in the partial maintenance of β-cell function. American Journal of Physiology- Endocrinology and Metabolism, 294(2), E271-E283.
Kwak, H.B., Song, W., & Lawler, J.M. (2006). Exercise training attenuates age‐induced elevation in Bax/Bcl‐2 ratio, apoptosis, and remodeling in the rat heart. The FASEB Journal, 20(6), 791-793.
Lee, H., & Lim, Y. (2018). Tocotrienol-rich fraction supplementation reduces hyperglycemia-induced skeletal muscle damage through regulation of insulin signaling and oxidative stress in type 2 diabetic mice. The Journal of Nutritional Biochemistry, 57, 77-85.
Lew, J.K.-S., Pearson, J.T., Saw, E., Tsuchimochi, H., Wei, M., Ghosh, N., & Umetani, K. (2020). Exercise regulates microRNAs to preserve coronary and cardiac function in the diabetic heart. Circulation Research, 127(11), 1384-1400.
Lin, P.-P., Hsieh, Y.-M., Kuo, W.-W., Lin, Y.-M., Yeh, Y.-L., Lin, C.-C., & Tsai, C.-C. (2013). Probiotic-fermented purple sweet potato yogurt activates compensatory IGF‑IR/PI3K/Akt survival pathways and attenuates cardiac apoptosis in the hearts of spontaneously hypertensive rats. International Journal of Molecular Medicine, 32(6), 1319-1328.
Lu, Y., & Chen, G.-Q. (2011). Effector caspases and leukemia. International Journal of Cell Biology, 2011.9-1 ,
Powers, S.K., Kavazis, A.N., & McClung, J.M. (2007). Oxidative stress and disuse muscle atrophy. Journal of Applied Physiology, 102(6), 2389-2397.
Ramezani, S., Peeri, M., Azarbaijani, M.A., & Dehghan, F. (2020). Effects of aerobic exercise and vitamin D supplementation on the expression of apoptosis genes BCL2, BAX, Caspase3 and BCL2/BAX ratio on lung in male rats exposed to hydrogen peroxide. Journal of Practical Studies of Biosciences in Sport, 8(16), 86-100. [In Persian]
Richter, E.A., & Hargreaves, M. (2013). Exercise, GLUT4, and skeletal muscle glucose uptake. Physiological Reviews, 93(3), 993-1017.
Sharma, S., Chaturvedi, J., Chaudhari, B. ., Singh, R.L., & Kakkar, P. (2012). Probiotic enterococcus lactis IITRHR1 protects against acetaminophen-induced hepatotoxicity. Nutrition, 28(2), 173-181.
Siu, P.M., Bryner, R.W., Martyn, J.K., & Alway, S.E. (2004). Apoptotic adaptations from exercise training in skeletal and cardiac muscles. The FASEB Journal, 18(10), 1150-1152.
Vanessa Fiorentino, T., Prioletta, A., Zuo, P., & Folli, F. (2013). Hyperglycemia-induced oxidative stress and its role in diabetes mellitus related cardiovascular diseases. Current Pharmaceutical Design, 19(32), 5695-5703.
Wang, Y., Wu, Y., Wang, Y., Xu, H., Mei, X., Yu, D., & Li, W. (2017). Antioxidant properties of probiotic bacteria. Nutrients,9(5), 521.
)