تمرینی است که در مدت ۳۰ ثانیه با تمام شدت صورت می گیرد و بوسیله دور های استراحت غیر فعال ۲-۴ دقیقه جدا می شود(۳). در این پژوهش، به مدت ۱ دقیقه با حداکثر سرعت دویدن بر روی تردمیل حیوان با استراحت های ۲-۴ دقیقه ای، ۶-۱۰ ست در یک جلسه و ۵-۶ روز در هفته برای مدت ۹ هفته(۲۳, ۲۴).
۱-۷-۵- تمرین اکسنتریک[۲۱] :
هنگامی که گشتاور تولید شده توسط عضله کمتر از گشتاور خارجی باشد(۵). در این پژوهش، دویدن در سراشیبی (۱۶- درجه) روی تردمیل حیوان با سرعت ۱۶ متر بر دقیقه برای ۹۰ دقیقه (۱۸ دور ۵ دقیقه ای که بوسیله ی استراحت های ۲ دقیقه ای مجزا می شود)(۲۵).
فصل دوم
مبانی نظری و پیشینیه پژوهش
۲-۱- مقدمه
در فصل پیش ساختار کلی پژوهش بیان شد، حال به منظور شناخت بهتر متغیر های ذکر شده، در این فصل به مطالعه و بررسی پروتکل های تمرینی ذکر شده و نیز متغیر های آپوپتوزیس، زنجیره سنگین میوزین MHC و ژن FOXO1 به تنهایی و نیز تحت تاثیر پروتکل های تمرینی می پردازیم. تا هم از جهت نظری و هم از جهت تجربهی دیگر پژوهشگران به نگاه اجمالی و مبسوطی دست پیدا کنیم.
۲-۲- مبانی نظری
۲-۲-۱- عضله اسکلتی، فعالیت ورزشی و پاسخ سلولی
عضله اسکلتی انسان فراوان ترین بافت بدن انسان به حساب می آید.عضله اسکلتی از بخشهای مختلفی تشکیل شده است، که با توجه به نوع تارهای عضلانی از نظر مکانیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متفاوت می باشد(۲۶). بافت عضله اسکلتی بسیار تغییر پذیر و انعطاف پذیر است به طوری که قادر است در پاسخ به اختلالات همئوستاز سلولی تغییراتی را در نوع و میزان پروتئین ها به وجود آورد(۲۷). هومئوستاز عضله برای تمامیت و حفظ بدن ضروری است. عضله اسکلتی قابلیت های تطبیقی قابل توجهی را در پاسخ به چنین محرکهایی از خود نشان میدهد : فاکتورهای محیطی، مداخلات تغذیه ای، شرایط بارگذاری و فعالیت انقباضی. تمام این تحریکات منجر به تغییر در متابولیسم انرژی و توده عضلانی میشود، به خصوص بوسیلهی تغییر در ترکیب تار عضلانی و تعادل بین سنتز و از بین رفتن پروتئینها(۷). فعالیت ورزشی به عنوان بزرگترین چالش برای همئوستاز کل بدن، تغییرات کوچک گستردهای را در سلولهای متعدد، بافتها و ارگانها ایجاد میکند که اینها پاسخی به فعالیت متابولیکی افزایش یافتهی عضلات اسکلتی منقبض شده هستند(۲۸). فرایندهای پیچیده سازگاری ناشی از فعالیت ورزشی در عضله اسکلتی شامل مکانیسمهای سیگنالینگ ویژهای است که شروعکننده رونویسی توالیهای ژنتیکی DNA هستند و متعاقبا ترجمه کدهای ژنتیکی به یکسری آمینو اسید برای تولید پروتئیهای جدید را قادر میسازند. انقباضات، افزایشهای زودگذری را در میزان mRNA ایجاد میکنند. برای بسیاری از گروه های ژنی، معمولا ۳ الی ۱۲ ساعت پس از فعالیت ورزشی به اوج خود میرسند و در حدود ۲۴ ساعت بعد به سطوح پایه خود باز میگردند. بنابراین، دورهای مکرر فعالیت ورزشی منجر به افزایشهای حاد در فعالیت ترجمهای و سنتز پروتئین متعاقب آن میشود. در نتیجه، سازگاری طولانی مدت به تمرین احتمالا ناشی از اثرات تجمعی هر دور فعالیت ورزشی کوتاه مدت است که به سمت تغییر در سطح پایه پروتئین های بخصوص و آستانهی عملکردی جدید هدایت میکند(۲۷).
۲-۲-۲- فعالیت ورزشی
در قرن ۲۱ نداشتن فعالیت بدنی به عنوان چهارمین فاکتور خطر آفرین برای مرگ ومیر در جهان شناخته شده است(۲۹). فعالیت بدنی مناسب و فعالیت ورزشی نقش مهمی را در ترویج سلامتی و تناسب اندام، پیشگیری از بیماریها و معالجه و بازیابی شرایط سلامتی بازی میکنند(۳۰).
۲-۲-۲-۱- فعالیت ورزشی تناوبی سرعتی
تمرین تناوبی از ابتدای قرن بیستم در فعالیتهای ورزشی رقابتی مورد استفاده قرار میگرفته است. این تمرینات را برای اینکه بتوانند سرعتهایشان را به سرعت مسابقهشان نزدیک کنند استفاده میکردند. فعالیت ورزشی تناوبی شکل ناپیوستهی فعالیت ورزشی استقامتی است که بوسیلهی دورهای کوتاه با شدت بالا که توسط دورهای استراحت یا فعالیت با شدت پایین قطع میشوند، شناخته میشود. منطق برنامه تمرینی تناوبی این است که مجموع کل زمان فعالیت ورزشی شدید بیشتر از یک دور فعالیت ورزشی تداومی با همان شدت تا خستگی باشد(۳۱). تمرین تناوبی با شدت بالا (HIT)، در شکلهای گوناگون، امروزه یکی از موثرترین وسیله های بهبود عملکرد تنفسی و متابولیکی و همچنین عملکرد فیزیکی ورزشکاران است(۳, ۳۲). با وجود اینکه معنی جامع و کلی برای تمرین تناوبی با شدت بالا (HIT) وجود ندارد، تمرین تناوبی با شدت بالا معمولا به جلسات تکراری فعالیت ورزشی نسبتا کوتاه تناوبی گفته میشود که اغلب یا با تمام تلاش و یا در شدتی نزدیک به VO2peak صورت میپذیرد. بسته به شدت تمرین، یک تلاش ممکن است از چند ثانیه تا چند دقیقه طول بکشد، که بوسیلهی چند دقیقه استراحت یا فعالیت ورزشی کم شدت از دیگر تلاشها جدا میشود(۳۳, ۳۴). برای استفاده از تمرینات تناوبی با شدت بالا ۹ متغیر تغییر پذیر وجود دارند کهبا تغییر هر یک از آنها میتوان روی پاسخهای فیزیولوژیکی حاد به تمرین تناوبی با شدت بالا اثر گذاشت. آن ۹ متغیر عبارتاند از : شدت و مدت تناوبی فعالیت، شدت و مدت تناوبی استراحت، ماهیت فعالیت ورزشی، تعداد تکرار، تعداد ستها و همچنین شدت و مدت استراحت بین ستها(۳). برای نزدیک به یک قرن است که ورزشکاران از شکلهای کلاسیک تمرین تناوبی با شدت بالا استفاده میکنند (تکرارهای ۳۰ ثانیهای فعالیت ورزشی که با ۳۰ ثانیه استراحت جئا شده یا ۴-۲ دقیقه دویدنهای تکراری تناوبی با شدت بالا اما زیر بیشینه) اما امروزه موجی از پژوهشها علاقهمند به آزمایش اثرات دویدنهای کوتاه با حداکثر سرعت و تلاشهای با تمام شدت، هم در رشته های میدانی و هم آزمایشگاهی هستند(۴). این شدت ویژه شامل تمرین تکراری سرعتی (Repeated sprint training) که بین ۳ تا ۷ ثانیه طول میکشد و با دورهای استراحتی که معمولا کمتر از ۶۰ ثانیه است جدا میشود، یا تمرین تناوبی سرعتی (Sprint interval training) که برای ۳۰ ثانیه با تمام شدت به طول میانجامد و بوسیلهی دوره های استراحت غیرفعال ۲ تا ۴ دقیقه جدا میشود(۳).
۲-۲-۲-۲- فعالیت ورزشی اکسنتریک
حرکت، فعالیت بدنی و ورزشها نیازمند تولید نیرو بوسیلهی تارهای عضله اسکلتی هستند. این نیرو میتواند در حالی که عضلات ثابت هستند یا کوتاهتر میشوند و یا در طول افزایش مییابند تولید شود. در اکثر انواع فعالیت بدنی، عضلات بین فعالیت عضلانی ثابت و پویا تغییر میکنند. فعالیت های عضلانی پویا میتوانند به دو گروه فعالیتهای عضلانی کانسنتریک و اکسنتریک تقسیم شوند(۲۶). در طی فعالیتهای اکسنتریک، عضلات کشیده میشوند در حالی که نیرو تولید میکنند. به دلیل اینکه مقاومت خارجی در خلاف جهت کوتاه شدن حرکت میکند، طویل شدن رخ میدهد. انقباضهای طویل شونده سطوح نیروی بزرگتری را نسبت به انقباضهای کوتاه شونده تولید میکنند در حالی که واحدهای حرکتی کمتری را مورد استفاده قرار میدهند(۶, ۳۵, ۳۶). فعالیتهای اکسنتریک میتوانند به صورت داوطلبانه باشند، مثل زمانی که هالتر را بعد از حرکت جلو بازو پایین میآوریم یا غیر داوطلبانه باشند، مثل زمانی که شخص از افتادن یک شی سنگین جلوگیری میکند. از آنجایی که جابهجایی فعالیت اکسنتریک در خلاف جهت فعالیت کانسنتریک استاندارد است، فعالیتهای عضلانی اکسنتریک بعضی اوقات به عنوان کار منفی شناخته میشوند(۲۶).درون هر حرکتی که انجام میشود، عضله آگونیست اغلب (نه همیشه) هر دو بخش انقباض (اکسنتریک و کانسنتریک) را طی میکند و به این دلیل انقباض اکسنتریک به عنوان بخش ضروری هر حرکتی در نظر گرفته میشود. بویژه به عنوان بخشی از فعالیت ورزشی نیز عمل میکنند(۳۷). یک مثال معمول از فعالیت ورزشی اکسنتریک، دویدن در سراشیبی است. هنگامی که ما روی شیب به پایین قدم میگذاریم، عضله چهارسر منقبض شده میزان تا شدن زانو را بر علیه نیروی جاذبه کنترل میکند و در این فرایند عضله تحت یک انقباض اکسنتریک در هر گام قرار دارد(۶). در عمل اکثر عضلات پا برای حمایت از وزن بدن در مقابل جازبه و نیز جذب شکهای وارده به عنوان بخشی از یک چرخهی معمولی راه رفتن بصورت اکسنتریکی عمل میکنند. در طی دویدن در سراشیبی نقش اکسنتریکی عضلات ضد جاذبه واضحتر است(۱۵).
۲-۲-۳- پاسخ سلولی
عضله اسکلتی بافتی انعطافپذیر است که در پاسخ به اختلالات همئوستاز سلولی قادر به انجام تغییرات در نوع و میزان پروتئینها است. فرایند تبدیل سیگنال مکانیکی حاصل از انقباض به رخدادی مولکولی که باعث ایجاد سازگاری در عضله اسکلتی میشود، شامل تنظیم مثبت پیامبرهای اولیه و ثانویه است. این رویداد آغازگر آبشاری از اتفاقات است که منجر به فعالیت و یا سرکوبی مسیرهای سیگنالینگ ویژهی بیان ژن ناشی از فعالیت ورزشی و همچنین سنتز یا تخریب پروتئین میشود(۲۷). عضله اسکلتی سازگاری بسیار بالایی نسبت به استرسهایی که روی آن قرار میگیرد دارد و به آنها پاسخ میدهد. این نیازها و درخواستها گوناگون است، از رشد، حفظ ساختار، عملکرد ورزشی شدید تا بهبود آسیب. بعلاوهی این پاسخهای فیزیولوژیکی مثبت، عضله اسکلتی با افزایش سن، استفاده نکردن و بیمارها دچار کاهش در جرم و عملکرد میشود(۳۸). حال در این بین به بررسی دو مورد از این پاسخها میپردازیم.
۲-۲-۳-۱- آپوپتوزیس
واژه آپوپتوزیس بوسیلهی کر[۲۲]و همکاران معرفی شد تا توصیف کننده یک سری تغییرات مورفولوژیکال معمول باشد که با مرگ سلولها در بافتهای گوناگون همراه میشود(۳۹). آپوپتوزیس شکل ویژه مرگ سلولی است که نقش مهمی را در توسعه، تنظیم رشد و بیمارها بازی میکند(۴۰, ۴۱). چندین شاخصه معین آپوپتوزیس شامل: چروکخوردگی سلولی، اجزای پلاسمایی متورم شده، تراکم کروماتین، تکه تکه شدن DNA به تکههایی با سایز اولیگونوکلئوتیدها و تشکیل اجسام آپوپتوتیکی(۴۱, ۴۲). در حین رشد و نمو انسان آپوپتوزیس بصورت معمولی رخ میدهد و همچنین بعنوان مکانیسم همئوستاتیکی برای حفظ جمعیت سلولها در بافت عمل میکند. بعلاوه آپوپتوزیس بعنوان یک سیستم دفاعی نیز عمل میکند. به عنوان مثال عکسالعملهای ایمنی یا زمانی که سلولها بوسیلهی بیماریها آسیب میبینند. با این حال شرایط و محرکهای متنوع و وسیعی وجود دارند، هم فیزیولوژیکی و هم پاتولوژیکی، که میتوانند آپوپتوزیس را فعال کنند، لازم و ضروری نیست که تمام سلولها در پاسخ به آپوپتوزیس بمیرند. پرتونگاری یا مصرف داروهایی که برای درمان سرطان به کار میروند، همگی منجر به تخریب DNA در برخی از سلولها میشوند که میتواند از طریق مسیر وابسته به p53 به سمت مرگ آپوپتوتیک هدایت شود. برخی هورمونها از قبیل کورتیکواستروئیدها نیز ممکن است هدایت کننده مرگ آپوپتوتیک در بعضی سلولها باشند، با این حال بقیه سلولها تاثیر نمیپذیرند یا حتی تحریک نمیشنود(۴۳). بر اساس تئوری Ying Yang تمام مواد شامل دو وجه میباشند. Yin وجه منفی و Yang وجه مثبت است. همزیستی در تعادل این دو وجه، به عنوان کلیدی برای سلامت کلی سیستم بیولوژیکی در نظر گرفته میشود. مطابق با این نظریه، به دست آوردن و از دست دادن عملکرد ژنها در الگوی آپوپتوتیک هسته، به عنوان اختلال هومئوستاز سلولی مطرح میشود که میتواند منجر به رخدادهای پاتوژنیک اولیهای شود که به بیماریها ختم میشود. در واقع اکنون شواهد قانعکنندهای وجود دارد که آپوپتوزیس نارسا میتواند به عنوان سرطان یا بیماریهای خود ایمنی ظاهر شود و از طرف دیگر مرگ سلولی شتاب گرفته در بیماریهای degenerative حاد و مزمن شرکت میکند(۱۲).آپوپتوزیس و نکروزیس مستقل از یکدیگرند همچنین فرایندهایی که به طور همزمان میتوانند از محرکهایی همچون دمای بالا، استرس اکسیداتیو، پرتونگاری UV و داروهای ضد سرطان سیتوتوکسیک ناشی شوند نیز از یکدیگر مستقل هستند. آپوپتوزیس فرایند وابسته به انرژی و هماهنگ شده است که شامل فعالیت یک سری از پروتئازهای سیستئینی (caspases) و آبشار پیچیدهای از وقایع است در حالی که مرگ سلولی از دید نکروزیس شامل بیان ژن نیست و فرایند هدایت شدهی خارجی مجهولی است که بعد از مرگ سلولی که در غیاب هیچ نوع از متابولیکهای خود شرکت کننده رخ میدهد اتفاق میافتد(۴۴). در کل تفاوتهای مشخصی بین مرگ سلولی نکروتیک و آپوپتوتیک وجود دارد که میتواند هم مشاهده و هم اندازه گیری شود(۱۰). آپوپتوزیس میتوتند بوسیلهی محرک درونی و بیرونی فعال شود. فاکتورهای بیرونی که به گیرنده های مرگی که روی سطح بیرونی سلول قرار دارند میچسبند و رخدادهای سلولی درونی به سمت ترشح مولکولهای مرگ ویژه از درون میتوکندری هدایت میشوند(۴۱). مسیرهای سیگنالینگ بیرونی که آغازکننده آپوپتوزیس هستند شامل فعل و انفعالاتی با واسطهی گیرنده های گذرنده هستند. اینها شامل گیرنده های مرگی هستند که عضو خانواده بزرگ ژن گیرنده TNF هستند(۴۵). اعضای خانواده گیرنده TNF دامنههای بیرون سلولی غنی از سیتئین[۲۳] را به اشتراک میگذارند و دارای یک دامنه سیتوپلاسمیک ۸۰ آمینواسیدی هستند که دامنه مرگ خوانده میشوند(۴۶). این دامنه مرگ نقش قطعی در انتقال سیگنالهای مرگ از سطح سلول به مسیرهای سیگنالی درون سلولی دارد. بهترین لیگاندها و گیرنده های مرگ مشخص شده و مربوط شامل FasL/FasR، TNF-α/TNFR1، Apo3L/DR3، Apo2L/DR4 و Apo2L/DR5 میباشد(۴۳). مسیرهای سیگنالینگ درون سلولی آغازکننده آپوپتوزیس شامل گروهی کاملا متفاوت از محرکهای بدون واسطه گیرنده هستندکه سیگنالهای درون سلولی تولید میکنند که بطور مستقیم روی اهداف درون سلول عمل میکنند.محرکهایی که آغازگر مسیر درونی هستند سیگنالهای درون سلولی تولید میکنند که ممکن است هم بصورت منفی و هم مثبت عمل کنند(۴۳). تنظیم و کنترل رخدادهای آپوپتوتیک درون میتوکندری از طریق پروتئینهای اعضای خانواده Bcl-2 انجام میگیرد(۴۷). پروتئین سرکوب کننده تومور p53 نقشی قطعی در تنظیم پروتئینهای خانوداه Bcl-2 بازی میکند(۴۸). پروتئینهای خانواده Bcl-2 نفوذپذیری عضوهای میتوکندری را کنترل میکنندو هم به عنوان پیش برنده آپوپتوز میتوانند باشند و هم به عنوان جلوگیری کننده آپوپتوز. برخی از پروتئینهای جلوگیری کننده آپوپتوز شامل Bcl-2, Bcl-x, Bcl-XL, Bcl-XS, Bcl-w, BAG و برخی پروتئینهای پیش برنده آپوپتوز شامل Bcl-10, Bax, Bak, Bid, Bad, Bim, Bik و Blk میشوند(۴۳). در دهه گذشته، پژوهشها نشان دادند که FOXOs نقشی قطعی در فرایندهای سلولی متنوع و گستردهای بازی میکنند. در هنگام ترجمه، FOXOs ژنهای هدف پایین دستشان را فعال یا سرکوب میکنند بدین وسیله نقش مهمی را در تکثیر، آپوپتوزیس، آتوفاژی، متابولیسم، التهاب، تمایز و مقاومت سلولی بازی میکنند(۴۹, ۵۰). فاکتورهای رونویسی FOXOs به عنوان تنظیم کننده کلیدی رشد سلول ضروری هستند. پروتئینهای FOXOs آپوپتوزیس را بوسیلهی تعدیل کردن بیان پروتئینهای BH3-only (BNIP3، Bim) و لیگاندهای گیرنده های مرگ (TRAIL، FasL) تنظیم میکنند که با توجه به توضیحات بالا به روش های درونی و بیرونی عمل میکنند(۱۲). بعد از اینکه عضو ژنی در Drosophila پیدا شد آن را Forkhead یا فاکتور ترجمه خانواده مارپیچ بالدار نامیدند(۵۱). اعضای خانواده یک انقیاد DNAای ۱۰۰ آمینواسیدی بهم فشرده را به اشتراک میگذارند یا دامنه FOX یک شکل مارپیچ بالدار متصل به DNA را کدگذاری میکند(۵۲). بر اساس همولوگهای موجود در این بخش، ژنهای forkhead به ۱۹ زیر گروه زنهای FOX دسته بندی میشوند، FOX A – FOX S. در حالی که برخی از آنها در انواع بافتهای مختلف بیان میشوند، برخی دیگر فقط در محدوده های زمانی مکانی مشخص شده بیان میشوند(۱۲, ۵۳). فاکتورهای رونویسی FOX که متعلق به زیرگروه O هستند (FOXO)، فقط شامل یک عضو در Caenohabdiatis elegans (dauer formation-16) و Drosophila (dFOXO) و چهار عضو (FOXO1,3,4,6) در PESTAN(به خاطر محدودیت سایت در درج بعضی کلمات ، این کلمه به صورت فینگیلیش درج شده ولی در فایل اصلی پایان نامه کلمه به صورت فارسی نوشته شده است)داران هستند(۱۲). FOXO1 و FOXO3 تقریبا در تمام بافتها بیان میشوند. FOXO4 در عضله اسکلتی، کلیه و بافت روده بزرگ بیان میشود در حالی که FOXO6 عمدتا در مغز بیان میشود(۴۹).
۲-۲-۳-۲- تغییر فنوتایپ عضله اسکلتی
عضله PESTAN(به خاطر محدودیت سایت در درج بعضی کلمات ، این کلمه به صورت فینگیلیش درج شده ولی در فایل اصلی پایان نامه کلمه به صورت فارسی نوشته شده است)داران سیستم پویایی است که به محرکهای محیطی پاسخ میدهد و همچنین ظرفیت قابل توجهی دارد که میتواند به سرعت برای تغییرات در نیازهای عملکردی سازگار شود. خاصیت انعطافپذیری بالای بافت عضلانی است که منجر به عملکرد موثرتر عضله بر دامنهی وسیعی از شرایط ضروری برای بقا شده است(۵۴-۵۷). اصول این عملکرد در کنترل عصبی قدرتمند و در انواع تارهای متعدد قابل دسترس درون هر عضله، یافت میشود. این تنوع تارهای عضلانی به درجهی بالای تنوع مولکولی، که ناشی از وجود ایزوفرمهای پروتئینهای متعددی است که در فرایند انقباض دخیلاند، تنظیم یون کلسیم پویا، آنزیمهای متابولیسمی بینابینی، گیرنده های سطح سلولی و عناصر سیتواسکلتون، مربوط میشود(۵۴). عضله اسکلتی انسان بافتی است که از بخشهای مختلفی تشکیل شده است، که با توجه به تارهای عضلانی از نظر مکانیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متفاوتاند. روش های متفاوتی برای دستهبندی تارهای عضله اسکلتی مورد استفاده قرار میگیرد، که شامل تکنیکهای هیستوشیمیایی، از قبیل لکهگذاری آنزیم ATPase و اکسیداتیو، اندازه گیری انقباضات یا سرعت کوتاه شدن تار و تعیین ایزوفرمهای زنجیره سنگین میوزین بوسیلهی الکتروفورزیس پروتئین(۲۶). با توجه به پژوهشهای پیشین، دستهبندی تارهای عضلانی کند و تند وابسته به نوع پروتئین میوزینی است که بیان میکنند. میوزین پروتئینی ساختاری و عملکردی است که در سارکومر عضله قرار دارد و زنجیره سنگین میوزین (MHC) عضو ضروری میوزین است(۵۸).نقش اصلی میوزین به عنوان یک موتور مولکولی در فیزیولوژی سلول عضله و وجود چندین ایزوفرم میوزین که به طور گوناگونی در تارهای مختلف توزیع شدهاند، باعث شده است که میوزین به عنوان بهترین نشانگر برای تعیین نوع تار باشد(۵۶). سرعت و توان تولید شده بوسیلهی تارهای اشخاص در اصل بوسیلهی ویژگیهای ایزوفرمهای میوزین تعیین میشود(۵۴). مجموع ۱۱ ایزوفرم MHC در عضلات PESTAN(به خاطر محدودیت سایت در درج بعضی کلمات ، این کلمه به صورت فینگیلیش درج شده ولی در فایل اصلی پایان نامه کلمه به صورت فارسی نوشته شده است)داران بزرگسال مشخص شده است. که برخی از آنها به شکل گستردهای در عضلات وجود دارند، با نامهای MHCIβ, MHCIIa, MHCIId و MHCIIb (59). در عضله اسکلتی جوندگان بزرگ، پروتئین MHC به شکل چهار ایزوفرم وجود دارد، نوع کند I و انواع تند IIa، IIx و IIb، در حالی که از ایزوفرمهای تند MHC فقط پروتئینهای نوع IIa و IIx در عضله اسکلتی انسان بیان میشوند(۵۴, ۵۶, ۵۹). گوناگونی در انواع تارها برای دست پیدا کردن به وظایف بخصوص و ویژه ضروری است. به طور معمول، ایزوفرم نوع I کند MHC (MHC-I)، در عضلات وضعی بیان میشوند، که نقش کلیدی برای عملکرد ضد جاذبهای ایفا میکنند. این عضلات کند انقباض بوسیلهی میزان کم سرعت کوتاه شوندگی ماکزیمم شناخته میشوند اما مقاومت در برابر خستگی را از خود نشان میدهند، بنابراین قادر به حفظ فعالیت انقباضی برای دوره های زمانی طولانی هستند. در مقابل، MHC-IIb و یا MHC-IIx در میوتارهایی بیان میشوند که بوسیلهی سرعت تند انقباضی شناخته میشوند و در تلاشهای انفجاری تناوبی شرکت میکنند اما قادر به حفظ فعالیت انقباضی در طول زمان نیستند. با این حال ایزوفرمهای MHC به طور متداول به عنوان نشانگر مولکولی برای مشخص کردن انواع تار به کار میروند(۵۴). تارهای عضلانی ساختار پویایی هستند که تحت شرایط مختلف قادر به تغییر فنوتایپشان هستند، برای مثال فعالیت عصبی عضلانی متغیر، اضافه یا کاهش بار مکانیکی،تمرین ورزشی، نیمرخهای هورمونی تغییر یافته (بخصوص هورمونهای تیروئیدی) و افزایش سن. تغییرات در ایزوفرمهای MHC به یک طرح کلی تبدیل از تند به کند و از کند به تند تمایل دارد :MHCIIa ↔MHCIId ↔MHCII↔MHCIβ (۵۹).
فعالیت عصبی عضلانی: فعالیت عصبی عضلانی برای شکل دادن فنوتایپهای تارهای عضلانی بخصوص در طی دوران رشد و همچنین برای حفظ ویژگیهای فنوتایپیشان مهم است. اثر فعالیت عصبی بر فنوتایپ عضلانی در آزمایشات متعدد قطع عصبی نشان داده شده است. در غیاب تغذیه عصبی، عضلات کند به تند و عضلات تند به کند تبدیل میشوند. لازم به ذکر است که در شرایط قطع عصبی، تحریکات با فرکانس پایین مزمن (CLFS)[24] منجر به انتقال تند به کند میشوند، همچنین تحریکات با فرکانس بالا فازیک[۲۵] منجر به انتقال کند به تند میشوند(۵۸, ۵۹).
اضافه یا کاهش بار مکانیکی :همانند CLFS، کشش و بار مکانیکی باعث انتقال تند به کند میشود اگرچه برخلاف CLFS این روش افزایش فعالیت عصبی عضلانی را نشان نمیدهد. اثر برداشتن بار مکانیکی روی مدلهای مختلفی از جمله بریدن تاندون، محدود کردن حرکت به موقعیتی کوتاه، بیحرکت کردن اندام تحتانی و محیط با جاذبه کم برای ایجاد بیوزنی، مطتلعه شده است. تحت این شرایط عضلات کند به تند تبدیل میشوند(۵۸, ۵۹).
تمرین ورزشی :سازگاری ایجاد شده توسط فعالیت عصبی عضلانی افزایش یافته ناشی از تمرین ورزشی در عضله از نظر کیفیت مشابه تحریکات بافرکانس کم است ولی از لحاظ کمیت کمتر از آن است. با این حال تمرین ورزشی انتقال تند به کند را در انواع تارها و ایزوفرمهای میوزین باعث میشود(۵۹).
هورمونها :برخی هورمونها تاثیر عمیقی بر ترکیب نوع تار عضلات بخصوص میگذارند. هورمون تیروئید بیشترین اثر را روی فنوتایپ تارهای عضله دارد. در کل، کم کاری تیروئید باعث انتقال تند به کند میشود، در صورتی که پرکاری تیروئید بصورت عکس عمل میکند(۵۸, ۵۹).
افزایش سن :علاوه بر آتروفی عضلانی، پیشنهاد شده است که افزایش سن باعث انتقال تند به کند میشود(۵۸, ۵۹).
FOXO1 و تغییر نوع تار: نشان داده شده است که زیرگروه O فاکتورهای رونویسی مارپیچ بالدار forkhead (FOXO)، عملکردهای مختلف سلولی را تنظیم میکنند، از جمله: متابولیسم، چرخه سلولی،آپوپتوزیس و آتروفی عضلانی. فعالیت رونویسی FOXO1 بوسیلهی مکانیسمهای سیگنالینگ گوناگونی تنظیم میشود، که شامل فعالیت Akt ناشی از PIK3 است، که بطور مستقیم FOXO را فسفوریله میکند و به سمت خروج هستهای و غیرفعال شدن هدایت میکند(۶۰). اگرچه نقش فیزولوژیکی FOXO1 در عضله اسکلتی هنوز روشن نیست اما نتایج پیشنهاد میکنند که پروتئین FOXO1 انتقال تار کند به تند را تنظیم میکند و ظرفیت اکسیداتیو عضله را از طریق جلوگیری از مسیر کلسینرین[۲۶] کاهش میدهد(۶۰, ۶۱). FOXO1 در توضیح بیش تنظیمی فاکتورهای مربوط به متابولیسم اسید چرب و افزایش ایزوفرمهای MHC IIB، نقشی کلیدی دارد(۶۱). همچنین FOXO1 به عنوان یک تنظیمکننده منفی توده عضله اسکلتی و بیان ژنهای مربوط به تار نوع I شناخته میشود(۶۲). بعلاوه لازم به ذکر است که فاکتورهای رونویسی FOXO (در اینجا FOXO1) در طی آتروفی عضلانی بیان ژنهای مرتبط با تار نوع I (مثل PGC1-α[۲۷]) را کاهش میدهند که منجر به انتقال فنوتایپ عضله از اکسیداتیو کند به گلیکولیتیک تند میشود(۷, ۶۳).
۲-۳- پیشینه پژوهش
۲-۳-۱- فعالیت ورزشی اکسنتریک و آپوپتوزیس
استوپکا[۲۸] و همکاران (۲۰۰۰) شواهد اولیه را پیرامون پیدا شدن آپوپتوزیس بعد از یک دور فعالیت اکسنتریک در عضله اسکلتی فرد سالم نشان دادند. در مطالعه دیگری که در سال ۲۰۰۳ انجام شد ویلوگبی[۲۹]و همکارانش گزارش کردند که فعالیت کاسپاز-۳ [۳۰] ۶ و ۲۴ ساعت بعد از فعالیت ورزشی اکسنتریک به طور معنی داری بالا رفته است. در یافته های مشابه که بوسیلهی پورک[۳۱]و همکارانش (۲۰۱۱) صورت گرفت، آنها افزایش غلظت پروتئینهای آپوپتوزیس میتوکندریایی (Bax، Bcl-2) واقع در خون نمونه های انسانی را در پاسخ به دورهای مختلف دویدن در سراشیبی (۴۰ دقیقه با ۷۰% میزان اکسیژن مصرفی بیشینه[۳۲]) نشان دادند(۳۷). سودو[۳۳] و همکاران (۲۰۰۹) گزارش دادند که انقباضهای اکسنتریک تکراری به طور معنی داری نسبت Bax/Bcl-2 را در عضله درشت نی قدامی موش صحرایی سالم افزایش داد. به طور مشابه فعالیت ورزشی اکسنتریک در عضلات Soleous و EDL[34] باعث بالا رفتن بیان Bcl-2، Bax و Caspas-3 شده است(۹). در پژوهشی نشان داده شد که شاخصهای آپوپتوزیس در گروه تمرین کرده بعد از دویدن با سرعت ۱۶ متر بر دقیقه تا خستگی و در شیب منفی ۱۶ بیشتر از موشهای صحرایی گروه کنترل بود(۶۴). پارک[۳۵] و همکاران (۲۰۱۱) نشان دادند که میزان Bax، ۲۴ ساعت بعد و نسبت Bax/Bcl-2،۲۴ و ۴۸ ساعت بعد از ۳ بار دویدن در سراشیبی ۴۰ دقیقهای با ۷۰% VO2 Max در افراد تمرین کرده، بیشتر از زمان استراحت است(۶۵).
۲-۳-۲- فعالیت ورزشی تناوبی با شدت بالا و آپوپتوزیس
نشان داده شده است که ۵ هفته تمرین تناوبی شدید ۳ دقیقه با ۸۰% VO2 Max دویدن که با استراحتهای ۳ دقیقهای با ۴۰% VO2 Max برای ۵ روز هفته انجام میگرفت باعث کاهش میزان آپوپتوزیس نیرومند شده در CD4 lymphocyteهای ایجاد شده بوسیلهی فعالیت ورزشی هایپوکسیک[۳۶] شد(۶۶). فریدمن[۳۷] و همکاران (۲۰۱۲) نشان دادند که پس از دوچرخه سواری تکراری با شدت بالا تغییر معنیداری در آپوپتوز سلولهای CD8+ رخ نداد(۶۷). همچنین نشان داده شده است که فعالیت ورزشی تناوبی با شدت بالا (۶ دور ۴*۱۵ ثانیهای که هر تکرار ۱ دقیقه استراحت و هر دور ۶ دقیقه استراحت داشت) بر میزان TWEAK[38] در کودکان مبتلا به cyctic fibrosis اثر نگذاشت(۶۸).
۲-۳-۳- فعالیت ورزشی اکسنتریک و تغییر نوع تار عضلانی
هودی[۳۹]و همکاران (۲۰۱۳) نشان دادند که موشها بعد از ۵ جلسه تمرین روی تردمیل با شیب منفی برای ۷۵ تا ۱۳۵ دقیقه در روز، گروه تمرین نسبت به گروه کنترل فنوتایپ عضلانی اکسیداتیو بیشتری را منعکس کرد(۲۰). ذر پژوهشی نشان داده شد که بعد از تمرین اکسنتریک در انسان، درصد تار عضلانی توع I تغییر معنی داری نکرد ولی تارهای نوع IIa افزایش یافتند در حالی که تارهای نوع IIb کاهش معنی داری داشتند(۶۹). در پژوهشی که در سال ۲۰۱۱ توسط کورناچیونه[۴۰] و همکارانش انجام شد، نشان دادند که موشهای صحرایی که برای مدت ۲۸ روز مورد عمل تعلیق قرار گرفته بودند بعد از ۲۱ روز تمرین دویدن در سراشیبی (منفی ۱۶ درجه با سرعت ۱۷ متر بر دقیقه برای ۶۰ دقیقه) MHCIIa آنها افزایش پیدا کرد(۷۰).
۲-۳-۴- فعالیت ورزشی تناوبی با شدت بالا و تغییر نوع تار عضلانی
تمرین تناوبی با شدت بالا (۱۶ تا ۲۶ متر بر دقیقه در ۵ روز هفته و برای مدت ۱۰ هفته) در موشهای صحرایی باعث تحریک افزایش در بیان mRNA قلبی MHC-α شد(۷۱). اگیورا[۴۱] و همکارانش (۲۰۰۶) نشان دادند که بعد از تمرین تناوبی سرعتی SIT، تغییر تند به کند در ترکیب تارهای عضلات موشهای صحرایی رخ داد(۲۳). لوگینبال[۴۲] و همکاران (۱۹۸۴) نشان دادند که تغییر نوع تار عضلانی در موشهای صحرایی ناشی از تمرین تناوبی با شدت بالا (۴ دور ۲٫۵ دقیقه با شدت ۵۵ متر بر دقیقه روی شیب ۱۰% که با استراحتهای ۴٫۵ دقیقهای جدا میشود) هم در جمعیت تند انقباض و هم بین تارهای تند انقباض و کند انقباض عضلات پایین تنه اتفاق میافتد (از تند به کند)(۷۲).
۲-۳-۵- فعالیت ورزشی و FOXO1
اسلوپک[۴۳] و همکارنش (۲۰۱۴) نشان دادند که یک دور فعالیت ورزشی به طور معنیداری باعث افزایش mRNA FOXO1 در موش شد ولی تمرین نتایج حاصل از یک دور فعالیت را رد کرد و منجر به کاهش معنی داری در سطح هستهای FOXO1 شد(۷۳). پوپوو[۴۴] و همکارانش (۲۰۱۳) نشان دادند که بیان FOXO1 بعد از فعالیت ورزشی هوازی در عضله افراد تمرین کرده نسبت به افراد تمرین نکرده افزایش مییابد(۷۴). پوپوو و همکارانش همچنین در سال ۲۰۱۴ نشان دادند که تمرین تناوبی با شدت بالا (۳ دقیقه با ۸۱% آستانه لاکتات + ۲ دقیقه با۱۲۵% آستانه لاکتات برای ۱۰ دور) در مردان باعث افزایش بیان ژن FOXO1 در عضله اسکلتی میشود(۷۵). در پژوهشی دیگر نشان داده شد که تمرین استقامتی شنا کردن برای موشها باعث کاهش معنیدار mRNA FOXO1 در عضلات اکسیداتیو کند و گلیکولیتیک تند شد(۶۰). در سال ۲۰۱۴ استفانتی[۴۵] و همکاران نشان دادند که یک جلسه فعالیت اکسنتریک در انسان باعث تنظیم کاهشی ژن FOXO1 میشود(۷۶). با اینحال در پژوهشی که توسط رودییر[۴۶] و همکاران در سال ۲۰۱۳ انجام شد، تمرین (افراد جوان :۲۴ جلسه ۴۵ دقیقهای دوچرخه سواری استقامتی در ۶ هفته که با ۷۰% peak VO2 قبل از تمرین انجام میگرفت. افراد مسن :۲۰ جلسه ۴۵ دقیقهای دوچرخه سواری استقامتی در ۶ هفته با ۶۰% peak VO2) اثر معنیداری روی بیان پروتئین FOXO1 نگذاشت(۷۷).
۲-۴- جمع بندی
با توجه به منابعی که موجود است پژوهشهای کمی پیرامون تاثیر تمرین ورزشی به ویژه تمرین اکسنتریک و تمرین تناوبی سرعتی بر بیان ژن FOXO1 به عنوان معیاری برای آپوپتوزیس و همچنین به عنوان فاکتوری که در تغییر نوع تار عضلانی نقش دارد، انجام شده است. با توجه به همین منابع اندک فرض بر این است که یک جلسه فعالیت ورزشی حاد باعث افزایش بیان ژن FOXO1 میشود که به سمت بالا رفتن آپوپتوزیس میشود و فعالیت ورزشی مزمن هیچ تغییری در سطح بیان آن نمیدهد و احتمالا ممکن است حتی باعث کاهش سطح ژن FOXO1 شود. از طرفی با توجه به مبانی نظری و پژوهشها پر واضح است که تمرین ورزشی به سمت انتقال نوع تار عضلانی با توجه به ایزوفرمهای مختلف MHC هدایت میکند و در این میان بیان ژن FOXO1 نیز بر انتقال نوع تار نیز موثر است، با توجه به نتایج پژوهشها از دست رفتن عملکرد FOXO1 میتواند در انتقال نوع تار از تند به کند دخیل باشد(۶۰). هنوز آثار تمرینات ورزشی به خصوص تمرین تناوبی سرعتی و تمرین اکسنتریک بر بیان ژن FOXO1 به خوبی مشخص نشده است.
فصل سوم

برای دانلود متن کامل این فایل به سایت torsa.ir مراجعه نمایید.