Μεταβολικοί παράγοντες στη μυϊκή άσκηση: πειραματική μελέτη

Abstract

The objective of this study was to elucidate the role of systemic, long-term exercise on atherosclerotic plaque texture and to shed light on the underlying mechanisms. For this purpose we used an animal model, prone to atherosclerosis, and we examined the exercise-induced changes in the cellular and extracellular components, MMPs, TIMPs and E-cadherin within the atherosclerotic plaque. Methods: At the age of 8 weeks, all mice were randomly assigned to the following groups: a) Control male group of atherosclerosis (COm, N=15), b) Sedentary male group (Sm, N=15), c) Exercise male group (EXm, N=15), d) Control female group of atherosclerosis (COf, N=15), e) Sedentary female group (Sf, N=15), f) Exercise female group (EXf, N=15). All groups were fed atherogenic, high-fat, diet for 16 weeks and at the end of the 16th week male and female mice of COm and COf groups were euthanatized. The remaining groups received normal, low-fat, diet for additional 6 weeks. During this time period groups EXm and EXf underwent an exercise-running program on motorized treadmill (6weeks, 5days/week, 60min/session, 15m/min, 50), while groups Sm and Sf remained sedentary. At the end of the study all mice were euthanatized and the whole aorta from each mouse was excised and was blocked in paraffin for histological analysis. On the aortic sections we measured the lumen area, the plaque area and the percentage of the aortic narrowing across the aortic arch. Using histochemical and immunohistochemical methods we calculated the percentage of the atherosclerotic plaque and arterial wall area with positive immunoreaction to ΜΜΡ-2, ΜΜΡ-3, ΜΜΡ-8, ΜΜΡ-9, Ε-cadherin, ΤΙΜΡ-1 and ΤΙΜΡ-2. Finally blood sampling, in fasting state (8 hours), was performed at the beginning and at the end of the study in order to evaluate serum levels of glucose, total cholesterol, triglycerides, MMP-2, MMP-3, MMP-9 and TIMP-1. Results: The exercise program resulted in a considerable regression of atherosclerotic plaque burden, without changing body weight, lipid parameters and glucose levels. Moreover exercise significantly increased the amount of collagen, elastin, TIMP-1 and TIMP-2, while it considerably reduced the concentrations of macrophages, MMP-3, MMP-8, MMP-9 and E-cadherin within the atherosclerotic plaque and the arterial wall. No marked differences between groups were detected in smooth muscle cells and MMP-2 relative area in the atherosclerotic lesions and arterial wall. With the exception of E-cadherin, the changes of the above parameters were equal between genders. Regarding serum levels of the above parameters exercise program moderated the atherogenic diet-induced increment in MMP-3 and MMP-9 levels and triggered the elevation of TIMP-1 levels. In comparison with the control and sedentary groups, the serum concentrations of MMP-3 and MMP-9 were remarkably lower in the exercise groups at the end of the study, while serum TIMP-1 levels were excessively increased.

Σκοπός: Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η επίδραση της συστηματικής, μακροχρόνιας άσκησης στη σύσταση της αθηρωματικής πλάκας με τη χρήση ζωικού προτύπου μελέτης της αθηρωμάτωσης και η διερεύνηση των υποκείμενων μηχανισμών. Για το λόγο αυτό μελετήθηκαν οι αλλαγές που μπορεί επιφέρει η άσκηση στη συγκέντρωση των κυτταρικών στοιχείων, του εξωκυττάριου υλικού, των μεταλλοπρωτεϊνασών, των αναστολέων τους και της Ε-καντερίνης μέσα στην αθηρωματική πλάκα. Μέθοδος: Την 8η εβδομάδα ηλικίας τους οι αρσενικοί μύες τυχαιοποιήθηκαν στις παρακάτω ομάδες: α) Ομάδα ελέγχου αθηρωμάτωσης αρσενικών (COm, N=15), β) Ομάδα ελέγχου χαμηλής δραστηριότητας αρσενικών (Sm, N=15). γ) Ομάδα άσκησης αρσενικών (EXm, N=15). Με παρόμοιο τρόπο οι θηλυκοί apoE-/- μύες τυχαιοποιήθηκαν στις κάτωθι ομάδες: α) Ομάδα ελέγχου αθηρωμάτωσης θηλυκών (COf, Ν=15), β) Ομάδα ελέγχου χαμηλής δραστηριότητας θηλυκών (Sf, N=15). γ) Ομάδα άσκησης θηλυκών (EΧf, Ν=15). Σε όλες τις ομάδες χορηγήθηκε ειδική αθηρογόνος τροφή, με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά, για 16 εβδομάδες. Στο τέλος της 16ης πειραματικής εβδομάδας έγινε ευθανασία των μυών στις ομάδες COm και COf. Στις υπόλοιπες ομάδες χορηγήθηκε φυσιολογική τροφή για επιπλέον 6 εβδομάδες και παράλληλα οι ομάδες EXm και EΧf συμμετείχαν σε πρόγραμμα άσκησης-τρέξιμο σε μηχανικό κυλιόμενο τάπητα, ειδικό για μύες (5ημέρες/εβδομάδα, 60min/συνεδρία, 15m/min, 50), ενώ στις ομάδες Sm και Sf δεν υπήρξε κανένα προπονητικό ερέθισμα. Στο τέλος των 6 εβδομάδων ακολούθησε ευθανασία όλων των μυών. Μετά από κάθε ευθανασία λαμβανόταν η αορτή των μυών και γινόταν εγκλεισμός των ιστικών παρασκευασμάτων σε παραφίνη. Με την ιστολογική ανάλυση προσδιορίστηκαν το εμβαδό του αγγειακού αυλού, το εμβαδό των αθηρωματικών πλακών και ο επί τοις εκατό βαθμός στένωσης του αυλού από τις αθηρωματικές πλάκες κατά μήκος τους αορτικού τόξου. Επιπλέον με τη βοήθεια ιστοχημικών και ανοσοϊστοχημικών μεθόδων προσδιορίστηκε, σε διαφορετικές τομές κάθε φορά, το ποσοστό της επιφάνειας της αθηρωματικής πλάκας και του αρτηριακού τοιχώματος με θετική χρώση για το κολλαγόνο, την ελαστίνη, τα μακροφάγα (αντιγόνο Mac-3), τα λεία μυϊκά κύτταρα (αντιγόνο α-actin), τη ΜΜΡ-2, τη ΜΜΡ-3, τη ΜΜΡ-8, τη ΜΜΡ-9, την Ε-καντερίνη και τους ΤΙΜΡ-1, ΤΙΜΡ-2. Αιμοληψίες μετά από 8ωρη νηστεία έγιναν σε όλους τους μύες κατά την έναρξη και τη λήξη της μελέτης και προσδιορίστηκαν τα επίπεδα της γλυκόζης, της ολικής χοληστερόλης, των τριγλυκεριδίων, της ΜΜΡ-2, της ΜΜΡ-3, της ΜΜΡ-9 και του ΤΙΜΡ-1 στο αίμα.