اثر تمرینات مقاومتی، استقامتی و تناوبی با شدت بالا بر بیان ژن‌های میوستاتین، فولیستاتین و IGF-1 عضلانی موش‌های نر سالمند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری فیزیولوژی ورزش، گروه تربیت بدنی و علوم ورزشی، واحد بجنورد، دانشگاه آزاد اسلامی، بجنورد، ایران.

2 دانشیار گروه فیزیولوژی ورزشی، دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

3 استادیار فیزیولوژی ورزش، گروه تربیت بدنی و علوم ورزشی، واحد بجنورد، دانشگاه آزاد اسلامی، بجنورد، ایران.

10.22080/jaep.2025.29116.2223

چکیده

اهداف: سارکوپنی یکی از اختلالات رایج دوران سالمندی است که با کاهش توده و قدرت عضلانی مشخص می‌شود. از جمله عوامل موثر در بروز این وضعیت، تغییر در بیان ژن‌های تنظیم‌کننده مانند میوستاتین، فولیستاتین و IGF-1 است. هدف این پژوهش بررسی و مقایسه تأثیر سه نوع تمرین (مقاومتی، استقامتی و تناوبی با شدت بالا) بر بیان ژن‌های میوستاتین، فولیستاتین و IGF-1 در عضله دوقلوی موش‌های نر سالمند بود.
روش مطالعه: در این مطالعه تجربی، ۴۰ سر موش صحرایی نر ویستار ۱۸ ماهه به‌صورت تصادفی به چهار گروه مساوی شامل کنترل، تمرین مقاومتی، تمرین استقامتی و تمرین تناوبی با شدت بالا تقسیم شدند. پروتکل تمرینی به مدت ۸ هفته و ۵ روز در هفته اجرا گردید. ۴۸ ساعت پس از آخرین جلسه تمرین، بافت عضله دوقلو استخراج و بیان ژن‌ها با استفاده از تکنیک RT-PCR بررسی گردید. داده‌ها با آزمون آنالیز واریانس یک‌طرفه و آزمون تعقیبی توکی تحلیل شد.
یافته­ها: نتایج نشان داد تمرینات ورزشی موجب کاهش معنی‌دار بیان ژن میوستاتین در گروه‌های مقاومتی، استقامتی و تمرین تناوبی با شدت بالا نسبت به گروه کنترل شد (۰5/۰≥P). همچنین افزایش معنی‌داری در بیان ژن‌های فولیستاتین و IGF-1 در هر سه گروه تمرینی نسبت به گروه کنترل مشاهده شد (۰5/۰≥P). تمرین استقامتی موجب افزایش معنادار فولیستاتین نسبت به تمرین مقاومتی شد (۰5/۰≥P) و تمرین مقاومتی و تناوبی نیز افزایش بیشتری در IGF-1 نسبت به استقامتی داشتند (۰5/۰≥P).
نتیجه گیری: نتایج نشان می‌دهد که تمرینات ورزشی در انواع مختلف، به‌طور مؤثر مسیرهای مولکولی مرتبط با رشد و بازسازی عضله را در بافت عضلانی موش‌های نر سالمند تعدیل می‌کنند. این یافته‌ها از تمرین بدنی به‌عنوان یک مداخله غیر دارویی مؤثر در پیشگیری یا کاهش شدت سارکوپنی پشتیبانی می‌کند و می‌تواند مبنایی برای توسعه پروتکل‌های تمرینی هدفمند در سالمندان فراهم سازد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effects of Resistance, Endurance, and High-Intensity Interval Training on Myostatin, Follistatin, and IGF-1 Gene Expression in Skeletal Muscle of Aged Male Rats

نویسندگان [English]

  • Nasrin Nobahari 1
  • Mahtab Moazzami 2
  • Ali Yaghoubi 3
1 Department of Physical Education, Bojnourd Branch, Islamic Azad University, Bojnourd, Iran.
2 Department of Exercise Physiology, Faculty of Sport Sciences, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
3 Department of Physical Education, Bojnourd Branch, Islamic Azad University, Bojnourd, Iran.
چکیده [English]

Objectives: Sarcopenia is a common age-related disorder characterized by a decline in muscle mass and strength. One of the contributing factors to the development of this condition is alterations in the expression of regulatory genes such as myostatin, follistatin, and insulin-like growth factor-1 (IGF-1). The purpose of this study was to investigate and compare the effects of three types of exercise training—resistance training, endurance training, and high-intensity interval training (HIIT) on the expression of myostatin, follistatin, and IGF-1 genes in the gastrocnemius muscle of aged male rat.
Methods: In this experimental study, forty 18-month-old male Wistar rats were randomly assigned into four equal groups: control, resistance training, endurance training, and high-intensity interval training (HIIT). The training protocols were performed for eight weeks, five days per week. Forty-eight hours after the final training session, gastrocnemius muscle tissue was harvested, and gene expression levels were analyzed using the RT-PCR technique. Data were analyzed using one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Tukey’s post hoc test.
Results: The results showed that exercise training significantly reduced myostatin gene expression in the resistance training, endurance training, and high-intensity interval training (HIIT) groups compared with the control group (P ≤ 0.05). In addition, a significant increase in the expression of follistatin and IGF-1 genes was observed in all three training groups compared with the control group (P ≤ 0.05). Endurance training resulted in a significantly greater increase in follistatin expression compared with resistance training (P ≤ 0.05), whereas resistance and HIIT protocols induced a greater increase in IGF-1 expression than endurance training (P ≤ 0.05).
Conclusion: The findings indicate that different types of exercise training effectively modulate molecular pathways associated with muscle growth and regeneration in the skeletal muscle tissue of aged male rats. These results support physical exercise as an effective non-pharmacological intervention for the prevention or attenuation of sarcopenia and may provide a basis for the development of targeted exercise protocols in older adults.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sarcopenia
  • Myostatin
  • Follistatin
  • Insulin-like Growth Factor-1
  • Resistance Training
  • High-Intensity Interval Training (HIIT)
  • Endurance Training
##Adams, G. R., Simmons, J. R., Smith, A. E., & Wolfe, R. R. (2018). Voluntary wheel running attenuates diet-induced metabolic dysfunction in male rats. Nutrients, 10(6), 714. https://doi.org/10.3390/nu10060714##Biglari, S., Afousi, A. G., Mafi, F., & Shabkhiz, F. (2020). High-intensity interval training-induced hypertrophy in gastrocnemius muscle via improved IGF-I/Akt/FoxO and myostatin/Smad signaling pathways in rats. Physiological International, 107(2), 220–230. https://doi.org/10.1556/2060.2020.00020##Brooks, S. A., Butcher, L. R., Cronin, J. B., & Human Kinetics Editorial Staff. (2021). Essentials of strength training and conditioning (5th ed.). Human Kinetics. ##Cruz-Jentoft, A. J., Bahat, G., Bauer, J., Boirie, Y., Bruyère, O., Cederholm, T., … & Zamboni, M. (2019). Sarcopenia: Revised European consensus on definition and diagnosis. Age and Ageing, 48(1), 16–31. https://doi.org/10.1093/ageing/afy169##Dankel, S. J., Counts, B. R., Barnett, B. E., Buckner, S. L., Abe, T., & Loenneke, J. P. (2017). Muscle adaptations following 21 consecutive days of strength test familiarization compared with traditional training. Muscle & Nerve, 56(2), 307–314. https://doi.org/10.1002/mus.25488##Delshad S, Yaghoubi A, Rezaeian N. The Effect of Moderate Intensity Continuous Training on Skeletal Muscle Autophagy Biomarkers in Elderly Male Rats. J North Khorasan Univ Med Sci. 2021;12(4):94-99. DOI: 10.29252/nkjms-120413. doi: 10.29252/nkjmd-120413 ##Derry, S., Sattenau, S., Walsh, M., & Lang, C. H. (2018). The role of IGF-1 in the development of sarcopenia. Translational Andrology and Urology, 7(Suppl 2), S155–S161. https://doi.org/10.21037/tau.2018.04.13##Fluck, D., Stallknecht, B., & Grunwald, K. (2018). IGF-1 signalling pathway in skeletal muscle diseases. In Encyclopedia of Food and Health Sciences (pp. 139–147). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-809633-8.20839-6##Grgić, V., Mikulić, P., Jurakić, I., Marković, G., Gasparov, M., Rašković, A., Šarić, T., & Ivanišević, I. (2018). High-intensity interval training reduces circulating myostatin levels more than moderate continuous endurance training. International Journal of Environmental Research and Public Health, 15(3), 546. https://doi.org/10.3390/ijerph15030546##Han, H. Q., Zhou, X., Mitch, W. E., & Goldberg, A. L. (2013). Myostatin/activin pathway antagonism: Molecular basis and therapeutic potential. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 133, 105927. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2013.05.019##Kim, J.-S., Kim, H.-Y., Lee, S. P., Cho, J. H., Park, J. H., & Song, W. K. (2019). Effects of 12 weeks of progressive resistance vs. combined resistance and balance training on muscle mass, strength, power, balance, and serum myokines in community-dwelling frail older women. Current Gerontology and Geriatrics Research, 2019, 8503931. https://doi.org/10.1155/2019/8503931##Lewis, R. D., Groeller, H., Taylor, N. F., & Stewart, C. E. (2007). The effects of varying doses of heavy resistance and endurance training on serum IGF-1 levels. European Journal of Applied Physiology, 101(2), 155–165. https://doi.org/10.1007/s00421-007-0483-y##Liao, Y.-H., Chen, Y.-W., Su, Y.-C., Yang, H.-Y., & Lin, Y.-C. (2017). Comparison of the effectiveness of resistance and aerobic training programs on body composition, insulin resistance, and cardiorespiratory capacity in obese children. Journal of Obesity, 2017, 4287976. https://doi.org/10.1155/2017/4287976##Little, J. P., Safdar, A., Wilkin, G. P., Tarnopolsky, M. A., & Gibala, M. J. (2016). Low-volume sprint interval but not traditional endurance-type training increases muscle microvessel density and perfusion in overweight young males. Frontiers in Physiology, 7, 200. https://doi.org/10.3389/fphys.2016.00200##Livak, K. J., & Schmittgen, T. D. (2001). Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-ΔΔCT method. Methods, 25(4), 402–408. https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262##Mitchell, C. J., Churchley, E., van Ommen, B., & Coffey, V. G. (2013). Acute responses and long-term adaptations to resistance and endurance exercise in older individuals. Aging Research Reviews, 12(3), 815–833. doi/10.1080/17461391.2022.2040597. ##Núñez, J., García-Alvarez, A., Carbajo-Pescador, M., Rodríguez-Rodríguez, E., Ortega, J. F., Castillo, M. J., … & Del Pozo-Cruz, J. (2018). The beneficial impact of combined endurance plus resistance exercise versus either alone on glycaemic control, lipids profile, and antioxidant enzyme activities in obese rats fed with standard chow diet. Experimental Gerontology, 101, 44–53. doi: 10.1038/s41598-024-51832-y##Penhera, P. V., Sharma, N., Singh, A., Kumar, G. A., & Tripathi, Y. (2020). Role of exercise in healthy aging: Its importance and limitation. Journal of Clinical and Diagnostic Research, 14(5), BC01–BC03. https://doi.org/10.7860/JCDR/2020/42484.13625##Petermann-Rocha, F., Balntzi, V., Gray, S. R., Lara, J., Ho, F. K., Pell, J. P., … & Celis-Morales, C. (2022). Global prevalence of sarcopenia and severe sarcopenia: A systematic review and meta-analysis. Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle, 13(1), 86–99. https://doi.org/10.1002/jcsm.12783##Qaisar, R., Karim, A., & Elmoselhi, A. (2016). Muscle unloading: A comparison between spaceflight and ground-based models. Acta Physiologica, 218(3), 177–196. doi: 10.1111/apha.13431##Rostamian Dolatshanlou S, Cheragh-Birjandi S, Yaghoubi A. The Effects of Different Training on Gene Expression Involved in Muscle Autophagy in eEderly Rats. J Isfahan Med Sch 2023; 40(699): 1016-22. dog .10.48305/JIMS.V40. 1699.1016 ##Tsutsumi, T., Okamoto, T., Nakajima, T., Yamada, Y., & Tabata, I. (2019). Effects of low‐load blood flow restriction training on skeletal muscle hypertrophy and molecular signaling pathways in young and old humans. Physiological Reports, 7(17), e14185. doi: 10.3390/jcm11247389##Viana, R. B., da Silva, E. R., de Oliveira, R. G., Fernandes, R. F., Barbosa, R. M., Leite, J. O., … & Franco, J. R. (2019). Four weeks of high-intensity interval training enhanced fatty acid handling capabilities and glucose tolerance in previously sedentary subjects. European Journal of Applied Physiology, 119(7), 1475–1487. https://dx.doi.org/10.22049/jahssp.2023.28299.1541. ##Villarreal, F. S., Chacon-Cruz, B., Shoemaker, J. K., & Tanaka, H. (2017). Physical activity guidelines for older adults. American Journal of Lifestyle Medicine, 11(6), 481–491. doi: 10.1101/2024.01.09.23299774. ## Yamaguchi, K. (2018). Emerging roles of IGF-1 signaling in muscle adaptation to disuse and mechanical loading. World Journal of Clinical Cases, 6(1), 17–27. doi: 10.1007/978-981-13-1435-3_6##Zbinden-Reymond, R., Schuler, G., Freyssenet, A., Jacquet, A., & Bonny, O. (2019). Biomarkers of skeletal muscle damage and adaptation to exercise. Frontiers in Physiology, 10, 600. doi: 10.1080/026404197367498##