Bu makale, diyete bağlı obezitenin Sprague-Dawley sıçan modelinde yüksek yoğunluklu aralıklı antrenman (HIIT) protokolünün morfometrik yanıtlarını ve antrenman performansı sonuçlarını sunmaktadır. Bu protokolün amacı, zayıf ve obez sıçanlarda egzersiz yoğunluğunu en üst düzeye çıkarmak ve HIIT’e fizyolojik yanıtları belirlemektir.
Sürekli-orta veya düşük yoğunluklu antrenmanla karşılaştırıldığında, yüksek yoğunluklu aralıklı antrenman (HIIT), benzer fizyolojik faydalar sağlayan daha verimli bir alternatif yöntemdir. Bu makale, diyete bağlı obezitenin Sprague-Dawley sıçan modelinde çeşitli sağlık belirteçlerini değerlendirmek için kullanılabilecek bir HIIT protokolü sunmaktadır. 21 günlük dişi Sprague Dawley sıçanları rastgele şu gruplara ayrıldı: kontrol (CON, n = 10), egzersiz eğitimi (TRN, n = 10), yüksek yağlı diyet (HFD, n = 10) ve yüksek yağlı diyet / egzersiz eğitimi (HFD / TRN, n = 10). Kontrol diyetleri, yağdan (3.82 kcal/g) %10 kilokalori (kcal) içeren ticari laboratuvar yeminden ve yüksek yağlı diyetler (HFD) yağdan (4.7 kcal/g) %45 kcal’den oluşuyordu. Hayvanlar, çalışma boyunca kendilerine atanan diyete ad libitum erişimine sahipti. 8 haftalık bir diyet indüksiyon döneminden sonra, egzersiz kohortları 8 hafta boyunca haftada dört HIIT seansını tamamladı. Her HIIT seansı, motor tahrikli kayışlı bir kemirgen koşu bandı kullanılarak 10 aralıktan 1 dakika sprint/2 dakika dinlenmeden oluşuyordu. 8 haftalık eğitimin ardından hayvanlar doku toplanması için kurban edildi. Sonuçlar, TRN ve HFD/TRN grupları arasında koşulan mesafelerde hiçbir fark olmadığını ortaya koydu ve antrenman hızı, TRN ve HFD/TRN grupları için sırasıyla 115 cm/s ve 111 cm/sn nihai koşu hızı ile çalışma süresince istikrarlı bir şekilde arttı. Haftalık kalori alımı, TRN grubunda CON grubuna göre azaldı (p < 0.05), ancak HFD / TRN grubunda HFD grubuna göre arttı (p < 0.05). Son olarak, HFD'deki hayvanlar daha fazla (p < 0.05) yağlanmaya sahipti ve eğitimli hayvanlar kontrollere göre daha azaldı< 0.05). Bu protokol, diyete bağlı bir obezite modelinde HIIT’in çeşitli fizyolojik sonuçlar üzerindeki etkilerini değerlendirmek için etkili bir yöntem olduğunu göstermektedir.
Obezite ve kardiyovasküler hastalıklar, metabolik hastalıklar ve kanser gibi komorbid durumlar, tüm sağlık sonuçlarının en ciddi, maliyetli ve önlenebilir olanlarından bazıları olmaya devam etmektedir. Şu anda, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki yetişkinlerin üçte birinden fazlası ve dünya çapında 1,6 milyardan fazla yetişkin, vücut kitle indekslerine (VKİ; kilogram cinsinden ağırlığın metre cinsinden boyun karesine bölünmesi olarak tanımlanır) göre obez olarak sınıflandırılmaktadır1. Bir hastalık olarak obezite, genetik yatkınlık, çevresel maruziyetler ve enerji alımını ve enerji harcamasını düzenleyen normal mekanizmaların bozulmasından kaynaklanır2. Obezite salgınının insani ve finansal maliyetleri artmaya devam ettikçe, enerji dengesinde yer alan mekanizmaları ve metabolik hastalıklarla mücadelede diyet ve egzersizin etkilerini anlamaya çalışmaya yoğun bir odaklanma olmuştur.
Önceki çalışmalar, son derece lezzetli, enerji yoğun diyetlere maruz kalmanın sıçan modellerinde aşırı yemeyi uyardığını göstermiştir3. Son derece lezzetli diyetlere ad libitum erişimi, artan kalori alımının bir sonucu olarak aşırı kilo alımına neden olur4. Çalışmalar ayrıca egzersizin iştahı modüle edebileceğini ve obez bireylerde tokluk sinyalinin duyarlılığını artırabileceğini göstermiştir5. Egzersizle tokluk sinyalinin duyarlılığının bu geri kazanımının, egzersiz eğitiminin merkezi ve periferik dokuların iştahı bastıran ve enerji harcamasını uyaran önemli bir adiposit türevi düzenleyici hormon olan leptine reaktivitesi üzerindeki etkisine kısmen aracılık ettiği teorize edilmiştir5. Bu çalışmalar çeşitli egzersiz protokollerini araştırmış olsa da, hangi müdahalenin daha üstün olduğu konusunda net bir fikir birliği yoktur 6,7. Toparlanma aralıklarıyla iç içe geçmiş tekrarlanan yorucu egzersiz patlamalarını içeren yüksek yoğunluklu aralıklı antrenmanın (HIIT), iştah düzenlemesini orta yoğunlukta sürekli egzersiz antrenmanı (MICT), şiddetli yoğunlukta sürekli antrenman veya gönüllü fiziksel aktivite gibi diğer egzersiz biçimlerinden daha fazla iyileştirebileceğini gösteren bazı kanıtlar vardır8. Bununla birlikte, yüksek yoğunluklu aralıklı antrenman, diyet ve iştah düzenlemesinin kesişimselliğini çevreleyen bilgilerde boşluklar vardır.
Önceki çalışmalar, egzersizin, özellikle kas ve yağ dokusundaki değişiklikler açısından, hareketsizlikle ilişkili komorbiditelerin güçlü bir aracı olduğunu göstermiştir 9,10,11. Bu bileşimsel değişikliklerin, egzersiz12 ile görülen hastalık riskinin iyileştirilmesinden sorumlu olabilecek bir anti-enflamatuar durumun teşvik edilmesine yol açtığı varsayılmaktadır. Kas kasılmaları sırasında iskelet kasılmasından salınan sitokinler, diğer küçük proteinler ve proteoglikan peptitler olan miyokinlerin, fiziksel aktivite ile ilişkili anti-inflamatuar sonuçları hafiflettiği öne sürülmüştür. Buna karşılık, adipoz doku tarafından üretilen hücre sinyal molekülleri olan adipokinlerin, öncelikle daha zararlı bir rol oynadığı ve inflamatuar bir durumun desteklenmesine katkıda bulunduğu gösterilmiştir13,14,15,16. MICT ile görülen bileşimsel değişikliklerin olumlu sağlık sonuçlarını desteklediğini gösteren önemli kanıtlar olsa da, HIIT1 7,18’in potansiyel faydalarını değerlendirmek için daha az çalışma yapılmıştır.
Son olarak, kardiyovasküler hastalık insanlarda morbiditenin önde gelen nedeni olarak iyi bilinmektedir ve obezite, diyet ve fiziksel aktivite ile yüksek oranda ilişkilidir1. Bu protokol, kardiyovasküler eğitimin çok sayıda sistem üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesi için kemirgenleri eğitmek için etkili bir yol sağlar. Özellikle, kardiyak hipertrofi, kardiyovasküler egzersizle ortaya çıkan belirgin bir adaptasyondur. Bu hipertrofi, daha güçlü kardiyak kasılmalara ve egzersiz yapan dokulara kan ve oksijen verilmesine izin verir. Önceki araştırmalar, yüksek yoğunluklu egzersizin orta yoğunluklu egzersize göre kardiyak hipertrofiyi indükleme olasılığının daha yüksek olduğunu göstermektedir19.
Bu protokol, diyete bağlı obezitenin bir fare modelinde HIIT’in iştah regülasyonu, bileşim değişiklikleri (dolayısıyla miyokin ve adipokin değişiklikleri) ve kardiyovasküler adaptasyonlar üzerindeki etkilerini incelemek için bir yaklaşım sağlayarak literatürdeki boşlukları doldurmaya yardımcı olur. Ayrıca, yoğunluktaki performansa dayalı artışlar, eğitim sonuçlarını en üst düzeye çıkarır ve hayvanların egzersiz eğitimine uyum sağlamamasını ve eğitim protokolünün ilerleyen bölümlerinde orta düzeyde bir yoğunluğa yaklaşmamasını sağlar.
Bu yöntemin genel amacı, egzersiz çabasını en üst düzeye çıkarmak ve HIIT, diyete bağlı obezite ve bu uyaranların etkileşimine yanıt olarak Sprague-Dawley sıçanlarında fenotipik değişiklikleri tanımlamaktır. Bu protokol, sıçanların beceri ve zindelik seviyelerindeki artışlara rağmen, eğitim süresi boyunca çabayı en üst düzeye çıkarma kabiliyeti nedeniyle diğer tekniklere kıyasla benzersizdir. Ayrıca, yalnızca birine veya diğerine odaklanmak yerine, egzersiz ve obezitenin eşzamanlı analizine izin verir. Spesifik olarak, bu çalışma aşağıdaki hipotezleri test etmeyi amaçlamıştır. (1) Egzersiz hızları eğitim boyunca artabilir ve TRN grubundaki sıçanların kat ettiği mesafe HFD/TRN grubundan daha büyük olabilir20. (2) Eğitimli sıçanların ortalama haftalık kalori alımı, kontrollerden daha fazla olabilir ve bu, her diyet kohortundabelirgin olabilir 21. (3) Ortalama günlük kütle kazancı, kontrol sıçanlarında egzersiz yapan sıçanlara göre daha fazla olabilir ve kontrol sıçanları, fedakarlıkta daha yüksek yağ kütlesine sahip olabilir21. (4) Kalp ve karaciğer kütlesi, HFD / TRN sıçanlarında TRN sıçanlarına göre daha büyük olabilir19.
Bu protokol, diyete bağlı bir obezite modelinde HIIT’in çeşitli sağlık belirteçleri üzerindeki etkilerini incelemek için etkili bir yöntem sağlar. Prosedür, egzersiz eğitimi değişkenleri, iştah düzenleme belirteçleri ve vücut kompozisyonununinvaziv analizleri gibi çoklu sonuç değişkenlerini incelemek için daha verimli bir yönteme izin vermek için önceki çalışmalardan yararlanır 3,7,8,18,23,24. Diyet içeriği, süresi ve egzersiz müdahale protokolü önceki yayınlarla uyumluydu23,24. Bu çalışmada, ticari olarak temin edilebilen laboratuvar yemi satın alınmıştır (bkz. Yüksek yağlı ve kontrol diyetleri için laboratuvar yemi aynı miktarda protein ve mikro besin içeriyordu. Diyetlerin karbonhidrat ve yağ içeriği, deney grubunda obeziteyi indüklemek için güvenli bir yöntem sağlamak üzere modifiye edildi (bakınız Tablo 1).
Bu çalışmada kullanılan 8 haftalık obezite indüksiyon periyodu, tipik batı diyetinde bulunan makro besin parçalanmasını temsil eden yağdan% 45 kcal’den (4.7 kcal / g) oluşan ticari laboratuvar yeminin sağlanmasını takiben ağırlıkta önemli değişiklikler gösteren önceki araştırmalara dayanarak modellenmiştir23. Ek olarak, önceki çalışmalar, 8 haftalık bir HIIT protokolünün gıda alımını 7,8, yağ profillerini 18,23 ve kas kazanımını 18 etkilemedeki etkinliğini göstermiştir. Bu çalışmada açıklanan protokolün sonuçları, HIIT’in iştah regülasyonunu etkilediğini, ayrıca yağlanma ve kas kütlesindeki bileşim değişikliklerini bildiren önceki çalışmalarla tutarlıydı.
Bu protokolün bir yararı, hayvanlarda egzersiz eğitiminin yoğunluğunu en üst düzeye çıkarması ve protokol boyunca maksimum çabayı sürdürmesidir. Hayvanlar sürekli olarak koşu bandını yetkin bir şekilde kullanmayı öğrendikçe ve kondisyon kazanımları elde ettikçe, koşu bandının hızı performanslarına göre buna göre artar. Ayrıca, %5.0 eğimin kullanılması, hayvanların her seansta ve protokol boyunca eğim kullanılmadan elde edilenden daha hızlı bir şekilde maksimum yoğunluğa ulaşmasını sağlar. Sonuç olarak, egzersiz performansı her antrenman için ve protokol süresince en üst düzeye çıkarılır.
Çalışma sırasında, bir hayvan hastalık nedeniyle deney protokolünü tamamlayamadı, bu da HFD kohortunda sadece n = 9 sıçan ile çalışmayı tamamlayan n = 39 hayvanla sonuçlandı. Bu protokol başlangıçta egzersiz ve diyete yanıt olarak sitokin profillerindeki değişiklikleri değerlendirmek için tasarlandı ve güç analizi, birincil hedef sitokinde (irisin ) bir farkı (p < 0.05) tanımlamak için% 90'dan fazla güçle sonuçlandı. Bu modeli kullanan gelecekteki çalışmalar, uygun örneklem boyutlarını belirlemek için benzersiz güç analizlerine dayanmalıdır.
Bu çalışma öncelikle diyete bağlı obezitenin kemirgen modelinde HIIT’in fizyolojik sonuçlarını incelemek ve egzersiz yoğunluğunu en üst düzeye çıkarmak için tasarlanmıştır. Bu protokol, diyet ve HIIT’e yanıt olarak ADG ve yağlanmadaki varyasyonu gösterebilmiştir (Şekil 6 ve Şekil 7). Gelecekteki çalışmalar, HIIT’e endokrin, miyokin ve adipokin yanıtlarını spesifik olarak tanımlayabilir. Bu mekanizmaların aydınlatılması, obezite ve komorbiditelerinin tedavisinde ve önlenmesinde faydalı olabilir.
Bu çalışma aynı zamanda diyet ve HIIT’in yem alımı üzerindeki etkisini de göstermiştir. Sonuçlar, hayvanlar yüksek yağlı bir diyet tükettiğinde, eğitimli hayvanların eğitimli olmayan hayvanlardan daha fazla kalori tükettiğini göstermiştir. Buna karşılık, hayvanlar kontrol diyetini yediğinde, eğitimli hayvanlar, eğitimli olmayan hayvanlardan daha az kalori tüketti ve diyetin bileşimine bağlı olarak farklı iştah düzenleme tepkileri gösterdi. Bu nedenle, HIIT kullanan kilo verme stratejileri, aynı anda yüksek yağlı bir diyet tüketenler için daha az etkili olabilir, çünkü fazla kalori tüketme olasılıkları daha yüksek olabilir. Buna karşılık, HIIT sırasında dengeli makro besin alımı, düşük kalorili alımı teşvik edebilir ve bu nedenle kilo kaybını kolaylaştırabilir. Bu model, enerji dengesinin arkasındaki mekanizmalar hakkında daha derin bir anlayış geliştirmek için araştırma çabalarını ve etkili kilo verme stratejileri geliştirme çabalarını kolaylaştırabilir.
Son olarak, bu protokol, diyet ve egzersiz eğitimine yanıt olarak vücut kompozisyonundaki adaptasyon değişikliklerini yansıtan kohortlar arasında kalp dokusunda varyasyon gösterdi. Bu veriler, obezite indüksiyonunun ardından HIIT’in, hepatik boyutta herhangi bir değişiklik olmaksızın bireyleri miyokardiyal hipertrofiye yatkın hale getirebileceğini düşündürmektedir. Bu bulguların arkasındaki mekanizmaları belirlemek için gelecekteki analizler, miyokardiyal hipertrofi ve obezite, HIIT ve kardiyovasküler hastalık arasındaki metabolik bağlantıları araştırmak için yararlı olabilir.
Bu çalışmada açıklanan protokolün çeşitli sınırlamaları vardır. İlk olarak, bu çalışmada kullanılan koşu bandının beş şeridi vardı ve bu da beş farenin aynı anda çalıştırılmasına izin verdi. Protokolün bu şekilde yürütülmesi etkili olsa da, tek bir araştırmacının hayvanların her birine aynı anda katılması zordu. Koşu bandı görevlisinin dikkatlerini kıl fırçalarla uyarılmaya ihtiyaç duyan birden fazla hayvan arasında bölmesinin zor olduğu durumlar oldu. Gelecekte, eğitim protokollerine yardımcı olmak için daha fazla araştırma personelinin mevcut olmasını sağlamak bir öncelik olacaktır. Ek olarak, beş şeritli koşu bandı modeli gaz değişimini ölçme yeteneğine sahip değildir ve bu nedenle protokol sırasında hayvanların aerobik/anaerobik metabolizması değerlendirilememiştir. Kemirgen koşu bandını sağlayan şirket (Malzeme Tablosuna bakınız) gaz değişimini ölçme kabiliyetine sahip bir koşu bandı sunmaktadır, ancak bu tek şeritli bir koşu bandıdır ve bu nedenle önemli ölçüde daha fazla zaman ve çaba gerektirecektir. Bununla birlikte, bu çaba, dolaylı kalorimetrinin belirli sonuçlarını ölçmesi veya kontrol etmesi gereken araştırmacılar için faydalı olabilir. Ek olarak, şok ızgarasının egzersiz performansını nasıl etkileyebileceğine dair çok az kanıt vardır ve bu, bu modelden elde edilen sonuçları yorumlarken göz önünde bulundurulmalıdır. Son olarak, bu çalışmada açıklanan egzersiz protokolü genç dişi Sprague-Dawley sıçanları ile tasarlanmıştır. Önceki çalışmalar, özellikle HIIT ve iştah regülasyonu ile ilgili olarak cinsel olarak dimorfik etkiler göstermiştir 3,7. Benzer sonuçlar beklenmesine rağmen, bu protokol farklı tür, yaş, cinsiyet veya sağlık sonuçlarındaki hayvanları test etmedi.
Önceki modellerle karşılaştırıldığında, bu protokol bir dizi sonuç değişkenini değerlendirmek için zaman açısından daha verimli bir yöntem göstermektedir. Örneğin, bu protokol, 8 hafta boyunca haftada dört antrenman seansı içeren bir protokolde, 8 haftaboyunca haftada beş antrenman seansı içeren önceki çalışmalara kıyasla, 24 veya hatta 12haftalık antrenman 8 ile HIIT ve iştah regülasyonu arasındaki etkileşimleri belirleyebildi. Ek olarak, bu çalışma tasarımı, egzersiz verileri, iştah düzenleme belirteçleri ve vücut kompozisyonu gibi çeşitli sağlık belirteçlerinin analizine izin verdi. Bu belirteçler ve egzersiz eğitimine kalp adaptasyonları, kardiyovasküler sistemin antrenman adaptasyonlarını da değerlendirmenin umut verici yollarını temsil eder. Endotel fonksiyonu, kas lifi tipi bileşimi ve kardiyak miyosit hipertrofisi ölçümleri, bu egzersize bağlı adaptasyonların daha iyi anlaşılmasını sağlamak için kolayca eklenebilir. Ayrıca, bu protokol yoğunlukta performansa dayalı artışları içeriyordu. Bu tasarım, eğitim sonuçlarının en üst düzeye çıkarılmasına izin verdi ve sıçanların egzersiz ortamına uyum sağlamamasını ve müdahalenin sonuna doğru orta yoğunlukta sürekli bir eğitim modeline yaklaşmamasını sağladı. Bu, Şekil 2’de gösterilmiştir; spesifik olarak, bu hayvanların sprint hızları, HIIT müdahaleleri ile tutarlı birçok kardiyovasküler, iskelet kası ve termoregülasyon adaptasyonunu göstermeye devam eden önceki yayınlarda elde edilen hızların iki katından fazlaydı25.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar, hayvan bakımı ve veri toplama konusundaki yardımları için Michael Pankey, Chris Butler ve WVSOM personeline teşekkür eder.
Commercial laboratory chow for control diet | Research Diets Inc., New Brunswick, NJ | D12450H | |
Commercial laboratory chow for high-fat diet | Research Diets Inc., New Brunswick, NJ | D12451 | |
GraphPad Prism software | GraphPad Software Inc., San Diego, CA | ||
Precision Electronic Digital Scale | Ohaus Corporation, Pine Brook, NJ | V11P30 | |
Rodent treadmill | Panlab, Barcelona, Spain | ||
Sprague Dawley rats | Charles River, Durham, NC | ||
Table top anesthesia machine | VetEquip Inc., Livermore, CA | V0557 |