نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه تربی تبدنی و علوم ورزشی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد عل یآباد کتول، عل یآباد کتول، ایران.
2 پژوهشگاه علوم ورزشی، تهران، ایران.
3 گروه تربیت بدنی و علوم ورزشی، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران.
چکیده
کلیدواژهها
مقدمه
بیماری دیابت یکی از بیماریهای متابولیک شایع در جهان است. این بیماری مزمن به خاطر عوارض حاد و مزمن موجب کاهش کیفیت زندگی و افزایش مورتالیتی در بیماران میشود [1]. عوارض مزمن دیابت موجب درگیری اندامهای مختلف میشود. نوروپاتی دیابتی از شایعترین عوارض دیابت است که با آسیب به سلولهای عصبی گلیال، آکسونها و سلولهای اندوتلیال آنها مشخص میشود. در بیش از 50 درصد بیماران مبتلا به نوروپاتی دیابتی، آسیب عصبی قابل توجه و جبرانناپذیری قبل از تشخیص رخ میدهد. با وجود عوارض جدی نوروپاتی دیابتی، عدم درک پیچیدگی و علل مختلف این اختلال، مانع توسعه درمانهای هدفمند برای نوروپاتی دیابتی شده است. با وجود این، تعدادی از مکانیسمها از افزایش استرس اکسیداتیو، اختلال در عملکرد میتوکندری، التهاب و گلیکوزیلاسیون پروتئین (فرضیه متابولیک) و درنهایت اختلالات عصبی عروقی با میکروآنژیوپاتی جلوگیری میکنند و موجب کاهش اکسیژن و گلوکز قابل برداشت توسط سلولهای عصبی (فرضیه عروقی) میشوند. هر فرضیه عروقی و متابولیک معتبر هستند و به احتمال زیاد برای توسعه و پیشرفت نوروپاتی دیابتی در تعامل هستند [2]. نوروپاتی حسی حرکتی دیابتی با افزایش مرگومیر همراه است و عمدتاً به دلیل دو پیامد بالینی عمده آن (زخم پای دیابتی و درد نوروپاتیک) منجر به عوارض میشود [3]. نیمی از بیماران مبتلا به نوروپاتی دیابتی از درد نوروپاتیک رنج میبرند. این علائم دردناک معمولاً شدید هستند و اغلب منجر به افسردگی، اضطراب و اختلالات خواب و کاهش کیفیت زندگی بیماران میشوند [3]. با وجود پیشرفتهای علمی در خصوص دیابت و عوارض آن، درک ما از پاتوفیزیولوژی نوروپاتی دیابتی کامل نیست [4]. درمان نوروپاتی دیابتی تا حد زیادی علامتی است، زیرا پاتوژنز نوروپاتی دیابتی به طور کامل شناخته شده نیست و احتمالاً چندعاملی باشد [5].
یکی از اثرات دیابت که موجب نوروپاتی دیابتی میشود، اختلال در عملکرد سلولهای عصبی و تخریب آنهاست [5, 6]. برای ارسال سیگنالها در سلولهای عصبی به توزیع قطبی وزیکولها، ماکرومولکولها و اندامکها در آکسونها نیاز است. اکثر نقلوانتقالات در سلولهای عصبی توسط موتورهای مبتنی بر میکروتوبول کاینزین و دایمئین صورت میگیرد. [7]. پروتئینهای ابرخانواده کاینزین دستهای از پروتئینهای انتقال مولکولی وابسته به میکروتوبولها هستند. تاکنون بیش از 14 زیرخانواده از این ابرخانواده گزارش شده است [8]. KIF1B یکی از اعضای ابرخانواده کاینزین و مربوط به خانواده کاینزین 1 است که در انتقال آکسونی در سلولهای عصبی نقش دارد [9]. با توجه به نقش اصلی KIF1B در انتقال رو به جلوی میتوکندری و وزیکولهای پیشسیناپسی در نورونها و همچنین با توجه به ارتباط اختلالات حسی در نوروپاتی دیابتی با اختلالات میتوکندری در قسمتهای مختلف سلولهای عصبی و همچنین اختلال در قسمتهای مختلف سیناپسها [9] بررسی سطوح این موتورپروتئین در نوروپاتی دیابتی اهمیت دارد.
تمرینات ورزشی یکی از ارکان اصلی در درمان دیابت است [10، 11]. نتایج تحقیقات قبلی نشان داده است که تمرینات ورزشی با کنترل قند خون و کاهش التهاب سیستمیک یک راهکار غیردارویی ارزان در جلوگیری از عوارض مزمن دیابت است [11]. اگرچه اثرات منفی دیابت و هیپرگلیسمی کنترلنشده به عنوان یکی از عوارض جدی دیابت بر بافتهای مختلف بدن، بخصوص بافتهای عصبی و عضلانی تأیید شده است [3، 12]، اما مشخص شده است که تمرینات ورزشی میتواند با افزایش نروتروفینها از تحلیل و آسیب عصبی جلوگیری کند [13، 14]. در همین خصوص عنوان شده است که تمرینات استقامتی نقش مهمی در نوروپاتیهای متابولیکی دارد [15]. با وجود این برای توصیههای بالینی مبتنی بر شواهد برای بیماران نوروپاتی، باید تحقیقات بیشتری در خصوص مکانیسمهای سازگاری نسبت به تمرینات ورزشی انجام شود. با توجه به اینکه KIF1B یکی از موتورپروتئینهایی است که در ارتباط با نوروپاتی دیابتی است [9] و تغییرات آن میتواند بر عملکرد نورنهای عصبی مؤثر باشد و با توجه به اینکه تمرینات ورزشی یکی از ارکان اصلی در مدیریت دیابت است [10، 11]، سنجش این موتورپروتئین میتواند اطلاعات مفیدی در خصوص سازگاریهای عصبی نسبت به تمرینات ورزشی در اختیار ما قرار دهد. در همین خصوص رحمتی و همکاران پس از یک دوره تمرین هوازی افزایش معنیداری در بیان ژن KIF1B در نخاع رتهای مبتلا به نوروپاتی دیابتی گزارش کردند [9]، ولی سیدیزاده و همکاران پس از یک دوره تمرینات ترکیبی هوازی مقاومتی تفاوت معنیداری در سطح سرمی کاینزین 1 گزارش نکردند [16]. با توجه به خلأ تحقیقاتی و نتایج متفاوت میتوان ضرورت تحقیق حاضر را توجیه کرد. با توجه به اینکه میزان پروتئین KIF1B در بخش حسی ممکن است علت تفاوت در نتایج تغییرات KIF1B را در تحقیقات پیشین [9، 16] توجیه کند ضرورت دارد که تحقیق حاضر با هدف تعیین اثر تمرینات هوازی بر میزان پروتتئین KIF1B در نوروپاتی دیابتی انجام شود.
با توجه مطالب گفتهشده، هدف حاضر بررسی اثر شش هفته تمرین هوازی بر میزان KIF1B نورونهای حسی در رتهای مبتلا به نوروپاتی دیابتی است.
روش بررسی
در تحقیق تجربی حاضر 12 سر رت نر نژاد ویستار با سن 8 هفته و وزن 300-250 گرم از انستیتو پاستور ایران (کرج)خریداری شد. برای انجام این تحقیق رتهای آزمایشگاهی در طول دوره آشنایی با محیط جدید و نوارگردان و همچنین دوره اجرای پروتکل، در قفسهای با جنس پلکسی گلاس با درب توری با ابعاد 25 × 27 × 43 سانتیمتر با دسترسی آزاد به آب و غذا و در دمای محیطی با 22 تا 23 درجه سانتیگراد، چرخه روشنایی به تاریکی 12:12 ساعت (شروع روشنایی 6 صبح و شروع خاموشی 6 عصر) و رطوبت هوای 45 درصد نگهداری شدند. پس از دو هفته آشنایی، رتهای صحرایی به صورت تصادفی حیوانات به چهار گروه سالم کنترل (3 سر رت)، سالم تمرین (3 سر رت)، نوروپاتی دیابتی کنترل (3 سر رت) و گروه نوروپاتی دیابتی تمرین (3 سر رت) تقسیم شدند.
به منظور القای دیابت نیمی از رتها با تزریق تک دوز استرپتوزوتوسین به مقدار 55 میلیگرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن (تهیه شده در بافر سیترات سدیم با 4/7= PH) به صورت درونصفاقی دیابتی شدند [17]. رتهای گروههای کنترل به همان میزان بافر دریافت کردند. 48 ساعت بعد از تزریق STZ هیپرگلیسمی به وسیله سنجش قند خون به روش گلوکز اکسیداز با کیت مخصوص سنجش گلوکز تأیید شد و رتهایی که گلوکز سرم آنها از 300 میلیگرم بر دسیلیتر بالاتر بود به عنوان دیابتی در نظر گرفته شدند. برای تأیید نوروپاتی رتها از آزمون پردردی حرارتی (با دستگاه Tail-Flick، ساخت شرکت پیرو صنعت ایران) استفاده شد. این آزمون یکی از آزمونهای سنجش درد نوروپاتی در رتهاست [18]. پس از تأیید نوروپاتی حیوانات در گروه دیابتی نوروپاتی قرار داده شدند.
برنامه تمرین در تحقیق حاضر شامل تمرین دویدن روی نوار گردان به مدت 6 هفته و 5 روز در هفته بود. سرعت و مدت تمرین در هفته آشناسازی با 5 دقیقه تمرین با سرعت 10 متر در دقیقه انجام شد. در طول 6 هفته تمرین زمان و سرعت دویدن متناسب با اصل اضافه بار تمرین افزایش یافت. هفته اول: 10 دقیقه با سرعت 10 متر بر دقیقه؛ هفته دوم: 20 دقیقه با سرعت 10 متر بر دقیقه؛ هفته سوم: 20 دقیقه با سرعت 15-14 متر بر دقیقه؛ هفته چهارم: 30 دقیقه با سرعت 15-14 متر بر دقیقه؛ هفتههای پنجم و ششم: 30 دقیقه با سرعت 18-17 متر بر دقیقه. لازم به ذکر است که در منابع، این شدت تمرین در رتهای آزمایشگاهی، معادل تمرین هوازی با شدت متوسط است [19].
برای برداشت بافت نخاع، رتها 24 ساعت پس از آخرین جلسه تمرین با تزریق درونصفاقی 90 میلیگرم بر کیلوگرم کتامین و 10 میلیگرم بر کیلوگرم زایلازین بیهوش شدند و قطعههای نخاعی تشکیلدهنده عصب سیاتیک (L4-L6) T با برش در پایینترین بخش ممکن استخراج شد. سپس بافت نخاع با استفاده از کانال مرکزی به عنوان شاخص به بخش قدامی و خلفی تقسیم شد و بخش خلفی آن که حاوی نورونهای حسی بود، به ظرف حاوی نیتروژن منتقل شد. برای سنجش KIF1B از روش ایمونوهیستوشیمی استفاده شد.
برای تجزیهوتحلیل آماری از آزمون تحلیل واریانس یکطرفه و آزمون تعقیبی توکی استفاده شد. تجزیهوتحلیل آماری با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه 26 و در سطح معنیداری 0/05≥P انجام شد.
یافتهها
در بررسی تغییرات وزن موشهای صحرایی (تصویر شماره 1) نتایج نشان داد که اختلاف معنیداری در وزن اولیه موشها در گروههای تحقیق وجود نداشت (0/05<P)، اما در پایان پژوهش، میانگین تغییرات وزن گروههای دیابت تمرین و دیابت کنترل به طور معنیداری پایینتر از گروههای سالم تمرین و سالم کنترل بود (0/01>P).
در شروع برنامه تمرینی غلظت گلوکز خون در گروههای دیابتی به طور معنیداری بالاتر از گروههای سالم بود (0/001>P) و پس از 6 هفته تمرین استقامتی هنوز سطح گلوکز خون در گروههای دیابتی بیشتر از گروههای سالم بود (0/001>P). در پایان برنامه تمرینی، غلظت گلوکز خون گروه دیابت تمرین نسبت به گروه دیابت کنترل به طور معنیداری پایینتر بود (0/002=P) (تصویر شماره 2).
در مقایسه بین گروههای تحقیق نتایج آزمون تحلیل واریانس یکطرفه (جدول شماره 1)، نشان داد که تفاوت معنیداری در KIF1B بین گروههای تحقیق وجود دارد.
نتایج آزمون تعقیبی توکی نیز نشان داد که میزان پروتئین KIF1B در گروههای سالم کنترل، سالم تمرین و دیابت تمرین به صورت معنیداری از گروه دیابت کنترل بیشتر بود (تصویر شماره 3) (به ترتیب: 0/002=P؛ 0/001>P؛ 0/027=P)؛ همچنین افزایش معنیداری در میزان پروتئین KIF1B در گروه سالم تمرین نسبت به گروه سالم کنترل مشاهده شد (0/044=P)، اما تفاوت معنیداری بین گروه کنترل سالم و دیابت تمرین مشاهده نشد (0/262=P).
بحث
نتایج تحقیق حاضر نشان داد که القای دیابت موجب افزایش قند خون در رتهای آزمایشگاهی میشود. افزایش قند خون در تحقیق حاضر ناشی از تزریق استرپتوزوتوسین و نقش سمیت این دارو بر سلولهای بتای پانکراس است [20]. در بررسی اثر تمرینات هوازی منظم بر گلوکز پلاسما نتایج تحقیق حاضر نشان داد که 6 هفته تمرین هوازی موجب کاهش معنیدار گلوکز پلاسما نسبت به گروه دیابت بدون تمرین شد. مشخص شده است که عضلات اسکلتی هنگام فعالیت بدنی از گلوکز خون برای تأمین کربوهیدرات به عنوان یک منبع انرژی استفاده میکنند. فرایند جذب شامل مکانیسمهای سیگنالینگ مولکولی است که با مکانیسم مولکولی فعالشده با انسولین متفاوت است. جذب گلوکز در هنگام فعالیت ورزشی در عضلات مقاوم به انسولین حفظ میشود و این یکی از دلایل تأکید تمرینات ورزشی برای درمان اختلالات متابولیک است [10، 21]. درواقع تمرینات ورزشی از طریق افزایش سطوح ناقل کلوگز نوع 4 (GLUT4) در تارهای عضلانی و سارکولما موجب انتقال بیشتر گلوکز به سلول، هنگام فعالیتهای ورزشی میشود. از طرفی فعالیت ورزشی موجب افزایش حساسیت به انسولین در عضلات اسکلتی میشود و این حساسیت به انسولین حدود 72 ساعت پس از هر جلسه فعالیت ورزشی ادامه دارد [22, 23]. در خصوص سازگاری نسبت به تمرینات ورزشی میتوان گفت تمرینات ورزشی از طریق افزایش حساسیت سلولی با مسیرهای مولکولی وابسته به انسولین که سیگنالینگ انسولین را بهبود میبخشند و مسیرهای مستقل از انسولین موجب کنترل گلیسمی و درنتیجه کاهش عوارض ناشی از هیپرگلیسمی میشوند [10، 22، 24].
همزمان با هیپرگلیسمی ناشی از القای دیابت کاهش معنیداری در میزان پروتئین KIF1B در بخش حسی نخاع رتهای دیابتی مشاهده شد. رحمتی و همکاران نیز در تحقیقشان نشان دادند که نوروپاتی دیابتی موجب کاهش بیان ژن KIF1B در حیوانات آزمایشگاهی میشود [9] که با نتایج تحقیق حاضر همخوانی دارد. میتوان گفت کاهش پروتئین KIF1B در بخش حسی نخاع در رتهای دیابتی به علت اثرات دژنراتیو نوروپاتی دیابتی بر بیان ژن KIF1B و درنتیجه کاهش سنتز موتورپروتئین KIF1B در رتهای مبتلا به نوروپاتی میشود. با توجه به اینکه KIF1B به عنوان یک موتورپروتئین در انتقال اکسونی نقش دارد [9] احتمالاً کاهش پروتئین KIF1B موجب اختلالات عصبی و همچنین اختلال در عملکرد عصبی در این بیماران میشود. در همین خصوص در تحقیقی گزارش شد که نوروپاتی منجر به اختلال در اتصال گیرنده تیروزین کیناز IGF1R به عنوان یک شریک اتصالشونده KIF1Bβ و اتصال و انتقال آن به طور خاص توسط Y1087C میشود و رشد آکسونال و سیگنالدهی IGF-I به خاطر اختلال در عملکرد KIF1B مختل میشود [25]. در خصوص اثر تمرینات ورزشی بر پروتئین KIF1B، نتایج تحقیق حاضر نشان داد که یک دوره تمرین هوازی منظم موجب افزایش پروتئین KIF1B در هر دو گروه سالم و دیابت در مقایسه با گروههای کنترل خود شد. رحمتی و همکاران نیز در تحقیقی به بررسی اثر تمرینات ورزشی بر بیان ژن KIF1B رتهای مبتلا به نوروپاتی دیابتی عنوان کردند که تمرینات هوازی موجب افزایش mRNA موتورپروتئین KIF1B در رتهای مبتلا به نوروپاتی دیابتی میشود [9] که با نتایج تحقیق حاضر هخوانی دارد. البته در تحقیق حاضر میزان پروتئین KIF1B بخش پشتی نخاع مورد اندازهگیری قرار گرفت که نشاندهنده ارتباط بین بیان ژن KIF1B و میزان پروتئین KIF1B در بخش حسی نخاع است. همچنین نتایج تحقیق حاضر در مقایسه بین گروههای تحقیق نشان داد که تمرینات هوازی موجب افزایش میزان پروتئین KIF1B در بخش حسی نخاع به اندازهای شد که تفاوت معنیداری بین دو گروه کنترل سالم و دیابت نبود. بنابراین میتوان گفت تمرینات ورزشی میتواند تا حدودی از روند دژنراتیو نوروپاتی و کاهش KIF1B در رتهای مبتلا به نوروپاتی دیابتی جلوگیری کند و احتمالاً این نتایج در روند بالینی بیماران نیز مؤثر باشد. با وجود این، سیدیزاده و همکاران نیز در تحقیقی روی بیماران مبتلا به دیابت نوع 2 مبتلا به نوروپاتی محیطی گزارش کردند که پس از یک دوره تمرین ورزشی تفاوت معنیداری در کاینزین 1 سرمی در این بیماران مشاهده نشد [16] که با نتایج تحقیق حاضر متفاوت بود. از دلایل تفاوت میتوان به تفاوت در نوع تحقیق و نمونههای تحقیق اشاره کرد، چون تحقیق حاضر روی حیوانات آزمایشگاهی انجام شد، در حالی که در تحقیق سیدیزاده از نمونههای انسانی استفاده شده بود. همچنین در تحقیق حاضر میزان پروتئین KIF1B بافت عصبی در قسمت حسی نخاع بررسی شد، در حالی که در تحقیق سیدیزاده سطوح سرمی KIF1B اندازهگیری شده بود که میتواند توجیهکننده تفاوت در نتایج باشد. احتمالاً برای اثرگذاری بر نمونههای انسانی نیاز به پروتکلهای تمرینی با مدت زمان بیشتر باشد. نشان داده شده است که KIF1B در انتقال میتوکندری نقش مهمی ایفا میکند و موشهای هتروزیگوت KIF1B، دچار اختلال در حملونقل پیشسازهای وزیکول سیناپسی هستند و از ضعف عضلانی رنج میبرند [26]. مشخص شده است که یکی از عوامل مرتبط با نوروپاتی دیابتی اختلال در میتوکندری است [2، 5]. تنظیم مجدد حملونقل میتوکندری با تنظیم مجدد KIF1B احتمالاً میتواند راهی برای جبران کاهش سطح میتوکندری باشد [26]. با توجه به نقش KIF1B در حملونقل سلولی [9] و همچنین جبران کاهش سطح میتوکندری [26]، میتوان گفت که تمرینات هوازی میتواند با افزایش مسیرهای تقویتکننده سلامت عصبی نقش مثبتی در کاهش عوارض نوروپاتی دیابتی داشته باشد [5، 15].
نتیجهگیری
در کل یافتههای تحقیق حاضر نشان داد که 6 هفته تمرین هوازی علاوه بر کاهش گلوکز خون، موجب افزایش پروتئین KIF1B در بخش حسی نخاع در رتهای سالم و مبتلا به نوروپاتی دیابتی میشود. احتمالاً یکی از مکانیسمهای مرتبط با تمرینات هوازی، بهبود عملکرد عصبی و کاهش نوروپاتی دیابتی در نتیجه اثر تمرینات منظم هوازی بر کنترل قند خون و افزایش سنتز KIF1B و درنتیجه بهبود انتقال اکسونی در نورونهای حسی باشد.
ملاحظات اخلاقی
پیروی از اصول اخلاق پژوهش
تمامی مراحل نگهداری و کشتار موشها بر اساس اصول کمیته اخلاقی حیوانات انجام شد. همچنین پروتکل تحقیق حاضر توسط کمیته اخلاق انشگاه آزاد اسلامی، واحد علیآباد کتول تأیید شده است (کد: IR.IAU.AK.REC.1398.010).
حامی مالی
تحقیق حاضر بخشی از رساله دکتری نویسنده اول در گروه تربیتبدنی و علوم ورزشی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علیآباد کتول، علیآباد کتول است.
مشارکت نویسندگان
مفهوم سازی: تمامی نویسندگان؛ تحقیق و بررسی: زینب مقدم، رضا رضایی شیرازی؛ ویراستاری و نهاییسازی: زینب مقدم. .
تعارض منافع
بنابر اظهار نویسندگان این مقاله تعارض منافع ندارد.
References