Egzersiz eforunu en üst düzeye çıkarmak ve sıçanlarda fizyolojik değişiklikleri indüklemek için kronik yüksek yoğunluklu aralıklı antrenman ve diyete bağlı obezite modeli

Özet

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.

Özet

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.

Giriş

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 gösterilmiştir^13,14,15,16. MICT ile görülen bileşimsel değişikliklerin olumlu sağlık sonuçlarını desteklediğini gösteren önemli kanıtlar olsa da, HIIT^{1 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 kohortunda^{belirgin 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.

Protokol

Bu çalışmada açıklanan tüm prosedürler, Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu, 8. Baskıyı takip etmiştir. Deneysel tasarım, Batı Virginia Osteopatik Tıp Okulu'ndaki Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) 2019-5 kapsamındaki Araştırma ve Sponsorlu Programlar Ofisi (ORSP) tarafından onaylandı. Bu protokolde kullanılan tüm malzemeler hakkında ek ayrıntılar için Malzeme Tablosuna ve Tablo 1'e bakın. Protokol zaman çizelgesinin genel bir taslağı Şekil 1'de gösterilmektedir.

1. Deneysel tasarım

1. Ticari bir kaynaktan 40 dişi, 21 günlük Sprague-Dawley sıçanı kullanın (Malzeme Tablosuna bakınız).
2. Hayvanları IACUC yönergelerine uygun olarak tutarken uygun koruyucu ekipman kullanın. Bu güvenlik önlemleri, bunlarla sınırlı olmamak üzere, tek kullanımlık steril eldivenler, laboratuvar önlüğü, galoşlar vb. giymeyi içerir.
3. Her hayvanı tartın ve grupların ağırlık bakımından farklılık göstermemesini sağlamak için ortalamanın ortalama ve standart hatasını hesaplayın. Gruplar farklıysa, daha ağır bireyleri daha hafif gruplara ve daha hafif bireyleri daha ağır gruplara yeniden dağıtarak grupları vücut ağırlığına göre eşleştirin.
4. Hayvanları rastgele dört gruba ayırın: kontrol (CON, n = 10), kontrol diyeti/egzersiz eğitimi (TRN, n = 10), yüksek yağlı diyet/kontrol (HFD, n = 10) ve yüksek yağlı diyet/egzersiz eğitimi (HFD/TRN, n = 10).
5. Sıçanları ayrı kafeslerde (kafes başına bir hayvan) kontrollü bir ortamda (12 saat aydınlık/karanlık döngüler, 21 °C ± 2 °C, %60 ± %10 nem) barındırın ve tüm sıçanları 1 haftalık bir iklimlendirme süresi boyunca ticari olarak satın alınan laboratuvar yeminin kontrol diyetine (Malzeme Tablosuna bakınız) sütten çekin. Her kafese zenginleştirme cihazları (barınak, kemirilebilir maddeler ve yuvalama malzemesi) sağlayın.
   NOT: CON diyeti, yağdan% 10 kcal (3.82 kcal / g) ile ticari olarak satın alınan laboratuvar yemeğinden (ek ayrıntılar için Malzeme Tablosu ve Tablo 1'e bakınız) oluşur.
6. Deney boyunca yiyecek ve suya ad libitum erişimine izin verin.
7. 1 haftalık alışma dönemini takiben 8 haftalık diyet dönemine HFD ve HFD/TRN gruplarına HFD yemeği vererek başlayın. HFD yemeği (ek ayrıntılar için Malzeme Tablosu ve Tablo 1'e bakınız), tipik bir Batı diyetinde bulunan makro besin parçalanmasını temsil eden yağdan (4.7 kcal/g) %45 kcal'den oluşur. Tüm hayvanların yiyecek ve suya ad libitum erişiminin devam etmesini sağlayın.
   1. Her haftanın başında, her hayvana verilen yem kütlesini tartın ve kaydedin. Her hayvanı bir hafta boyunca beslemek için 140 g yem kullanın.
   2. Yemi tartmak için, hassas bir elektronik dijital teraziye bir tartım teknesi yerleştirin (Malzeme Tablosuna bakın) ve "dara" düğmesine basarak terazinin darasını alın. Tartı teknesine 140 g yem koyun ve tartıdan ağırlığı (g) kaydedin. Bu "öncesi" ağırlıktır.
   3. Yemi, her bir hayvanın barınak kafesindeki yem teknesine yerleştirin.
   4. Bir hayvanın yemi azalmaya başlarsa, ek bir pay tartın (kalan her gün için 20 g) ve bu yemeği yemek tepsisine ekleyin. Her hayvana ne kadar ek yem verildiğini kaydedin. Hayvanlar peletleri tüketmekte zorlanıyorsa (haznedeki yuvarlak peletlerin kanıtladığı gibi) daha fazla tüketim kolaylığı sağlamak için haznedeki yiyeceğin üzerine ağırlık eklenmesi gerekebilir.
8. Her haftanın sonunda, her hayvan için kalan yemi tartın. Her hayvan, ad libitum yiyebilmelerini sağlamak için artık yemeğe sahip olmalıdır. Aynı ölçeği kullanarak, kalan yiyeceği kaydedin. Bu "sonraki" ağırlıktır.
9. Haftalık gıda alımını (g) kaydetmek için her bir hayvan için "önceki ağırlıktan" "sonra" ağırlığını çıkarın.
10. 8 haftalık diyet indüksiyon periyodunu takiben, TRN ve HFD / TRN'deki sıçanlar için HIIT eğitim protokolüne başlayın. Bu, her hafta Pazartesi, Salı, Perşembe ve Cuma günleri 08:00 ile 10:00 saatleri arasında eğitim seansları içeren 8 haftalık bir HIIT rejiminden oluşur (aşağıdaki "HIIT Eğitim Protokolü"ne bakın) Protokol boyunca tüm hayvanların kendilerine atanan deneysel diyetlere ad libitum erişimine sahip olduğundan emin olun.
    NOT: Gruplar arasında protokolün standardizasyonu yoktur, çünkü bu protokol her kohortun performansını en üst düzeye çıkarmak için tasarlanmıştır ve her kohort farklı olabilir (diyetin neden olduğu fenotipler nedeniyle).
11. Sıçanlara, inhale izofluran (% 5) kullanarak anestezi indüksiyonunu takiben hayati doku hasadı yoluyla son egzersiz seanslarından 48 saat sonra ötenazi yapın.
    1. Anesteziyi indüklemek için sistemde yeterli oksijen ve izofluran olduğundan emin olarak başlayın. Ana valfi (tipik olarak tankın üstünde) saat yönünün tersine çevirerek oksijen tankını açın. Oksijen tankının boyutuna bağlı olarak oksijen tankında da açılması gereken bir regülatör valfi olabilir veya olmayabilir. Ek olarak, egzoz borusunun düzgün şekilde sabitlendiğini ve toplama kabının aşırı kilolu olmadığını kontrol edin.
    2. Kullanmadan önce teneke kutuyu tartın ve teneke kutunun yan tarafındaki tarih ve ağırlığı not edin. Vananın indüksiyon odasına açık olduğundan ve burun konisine giden vananın kapalı olduğundan emin olmak için kontrol edin.
    3. Anesteziyi indüklemek için hayvanı indüksiyon odasına yerleştirin ve kilit cihazlarını sabitleyerek odayı kapatın. Güvenlik kilidine basarak ve kadranı saat yönünün tersine çevirerek izofluranı %5'e ayarlayın.
    4. Ardından, oksijen akış ölçerin tabanındaki kadranı, sayaç 1.5-2 L/dak arasında okuyana kadar saat yönünün tersine çevirin.
    5. 1-2 dakika sonra, hayvanın bilinci yerinde olmadığında, emniyet kilidine basarken kadranı saat yönünde çevirerek izofluranı kapatın. Oksijen tahliye valfine 3-5 saniye basarak indüksiyon odasını oksijenle yıkayın. İndüksiyon odasının kilidini açın ve bilinçsiz hayvanı çıkarın.
    6. Bilinçsiz hayvanı sırt üstü yatırın ve daha fazla anestezi sağlamak için bir burun konisini sabitleyin. Yüz maskesi teslimatı için vanayı açın ve indüksiyon odası için vanayı kapatın. Pedal refleksleri kaybolana kadar yüz maskesi aracılığıyla anestezi için% 100 oksijen ile% 5 izofluran verin.
       1. Anestezi uygulanan hayvanın ayak parmaklarına bir kıstırma basıncı uygulayarak ve bir refleks tepkisi arayarak pedal reflekslerini kontrol edin.
12. Hayvanı IACUC onaylı yöntemlere göre (çalışmaya göre değişebilir) saklıda edin ve ölçüm ve ileri analiz için hedef dokuları (deri altı yağ dokusu, perirenal yağ dokusu, iskelet kası, karaciğer, gonadlar ve kalp) dikkatlice inceleyin. IACUC protokollerine bağlı olarak, ötenazi giyotinle dekapitasyon veya hayati doku (kalp) alımı ile tamamlanabilir.
    1. Kalbi toplamak için kaburgaların altında ve diyaframdan bir kesi yapın.
       1. Kalbi bulun ve damar sistemini (aort, vena kava, pulmoner arter, pulmoner ven) cerrahi makasla kesin. Kalbi forseps ile tutun ve kalbi serbest bırakmak için herhangi bir bağ dokusunu kesin. Hızlı çalışarak, kalbi tuzlu su çözeltisiyle durulayın, fazla sıvıyı gazlı bezle silin ve ağırlığı kaydedin. Gerekirse sol ventrikül, sağ ventrikül ve septumu cerrahi makasla ayırın ve ayrı ayrı tartın.
       2. Kalp dokusu örneklerini bir kriyoviyal içine yerleştirin ve sıvı nitrojen içinde hızlı dondurun.
    2. Daha sonra, karın organlarına erişim sağlamak için bir neşter ve göbek bölgesinden hayvanın yan tarafına iki yan kesi ile karından uzunlamasına bir kesi yapın.
       1. Forseps ve cerrahi makas kullanarak, ilgilenilen organları çıkarın.
          NOT: Bu çalışma için karaciğer, viseral (karın) yağ dokusu, pankreas ve gastroknemius toplandı. Karın yağ dokusu, organların ve vücut boşluğu duvarının etrafındaki bağ dokusunun nazikçe kesilmesiyle bir veya iki büyük kesitte çıkarıldı. Önceki yöntemlerde olduğu gibi deri altı yağları toplanmıyordu²²_.
       2. Organlar için, çıkarıldıktan sonra, darası alınmış bir terazi üzerinde temiz bir tartı teknesine koyun. Ağırlığı (g) kaydedin ve numuneleri hızlı dondurma için kriyoviyallere yerleştirin.
    3. Gastroknemius için, alt bacağın yan taraflarından aşağı doğru ve Aşil tendonu boyunca yatay olarak iki kesi yapın.
       1. Gastroknemius'u ortaya çıkarmak için cildi kas sistemine bağlayan bağ dokusunu kesin veya yırtın. Aşil tendonunu cerrahi makasla kasa mümkün olduğunca yakın kesin ve gastroknemius'u forseps ile tutun.
       2. Gastroknemius'u üst bağlantı noktasına kadar takip edin ve kası serbest bırakmak için benzer bir kesim yapın.
       3. Numuneyi temiz, darası alınmış bir tartım teknesinde tartın, kriyoviyal içine koyun ve sıvı nitrojen içinde hızlı dondurun.
13. Toplanan diğer doku örneklerini hemen kriyoviyallere koyun, sıvı nitrojen içinde hızlı dondurun ve −80 °C'de saklayın. Bu dokular, araştırma hedeflerine göre PCR, western blot veya diğer yöntemler gibi gelecekteki laboratuvar analizleri için saklanabilir.

2. HIIT eğitim protokolü

1. Bir egzersiz seansına başlamak için, kontrol ünitesinin arkasındaki güç düğmesini çevirerek koşu bandını açın ( Malzeme Tablosuna bakın).
2. Kontrol ünitesindeki kadranı monitör 0.00 mA okuyana kadar saat yönünün tersine çevirerek koşu bandı şokunu 0.00 mA'ya ayarlayın.
3. Koşu bandının altındaki kilitleme somununu gevşeterek ve eğimi ilk çentiğe ayarlayarak koşu bandının eğimini %5.0'a ayarlayın. Koşu bandı eğimini bu konumda sabitlemek için kilitleme somununu yeniden sıkın.
4. Hayvanın vücudunu bir elinizle destekleyerek, diğer elinizle kuyruğun tabanını nazikçe kavrayın ve hayvanı koşu bandında ayrı bir şeride yerleştirin.
5. Koşu bandındaki beş ayrı şeridin tümü aynı kohorttan bir sıçan tarafından işgal edilene kadar işlemi tekrarlayın.
6. Monitör 45 cm/sn değerini gösterene kadar hız kadranını saat yönünde çevirerek koşu bandı hızını 45 cm/sn'ye ayarlayın. Koşu bandını başlatmak için Durdur/Çalıştır düğmesine basın ve 5 dakika çalışmasına izin verin. 5 dakika sonra koşu bandını durdurmak için Durdur/Çalıştır düğmesine tekrar basın. Bu süre zarfında elektrik çarpması kullanılmaz.
   NOT: Hayvanların, koşu bandını nasıl kullanacaklarını öğrenmelerini kolaylaştırmak için protokolün önceki aşamalarında şok ızgarasından uzak durmak için sert kıllı fırçalarla teşvik edilmeleri gerekebilir.
7. 5 dakikanın sonunda, antrenman periyoduna başlamadan önce 2 dakika dinlenin. Monitör, antrenman müsabakasının ilgili başlangıç hızını okuyana kadar kontrol ünitesindeki kadranı saat yönünde çevirin. İlk seans için 55 cm/s'lik bir başlangıç koşu hızı kullanın. Her yeni egzersiz gününün ilk sprinti için, bir önceki gün ulaşılan en yüksek hızdan 4 cm/s daha yavaş bir başlangıç hızı kullanın.
   1. Başlat düğmesine basarak koşu bandını başlatın, monitörde 1:00 (1 dakika) yazana kadar hayvanların koşmasını sağlayın ve ardından Durdur/Çalıştır düğmesine tekrar basarak koşu bandını durdurun.
   2. Hayvan şok ızgarasına (koşu bandının arkasında bulunur) ulaşırsa ileri hareketi teşvik etmek için hayvanları fırçalarla çalkalayın. Antrenman grubu başına herhangi bir hayvan, antrenman nöbeti başına fırçalara ikiden fazla yanıt vermezse, seansın geri kalanı için şok ızgarasını 2.0 mA'ya getirin.
8. Sprintten sonra hayvanları 2 dakika dinlendirin. 2 dakikalık dinlenmenin sonunda, kontrol ünitesindeki Stop/Run düğmesine basarak koşu bandını başlatarak bir sonraki sprinte başlayın. Koşu bandı hızı ile ilgili detaylar aşağıda tanımlanmıştır.
   1. Bir kohorttaki beş hayvanın tümü, tam 1 dakikalık bir sprint aralığı boyunca motivasyona ihtiyaç duymadan (sert kıllı bir fırça ile teşvik veya şok ızgarasına beş defadan fazla dokunma) sprint aralığını tamamlarsa, bir sonraki sprint aralığı için hızı önceki hızdan 4 cm/s artırın. Kontrol ünitesindeki hız düğmesi saat yönünde çevrilerek hız artırılır.
   2. Fırçalar koşmayı teşvik etmek için kullanılıyorsa veya herhangi bir hayvan tek bir 1 dakikalık sprintte şok ızgarasına beş defadan fazla dokunursa, önceki sprint aralığıyla aynı aralık hızını kullanın.
   3. Bir hayvan bir sprint aralığı sırasında aşırı mücadele ederse (şok ızgarasında 4 saniyeden fazla birikmiş süre) bir sonraki aralık için hızı 20 cm/s azaltın.
      NOT: Deneyimlerimize göre, hayvanların% 100'ü gerekli koşuyu tamamlayabildi. Bununla birlikte, hayvanların, aşırı şoklar yaşama veya koşma isteksizliği göstermeleri durumunda, araştırmacının takdirine bağlı olarak çalışmadan çıkarılması gerekebilir.
   4. Her maç için koştuğu hızı ve mesafeyi kaydedin.
9. Her antrenman gününde toplam 10 HIIT antrenman maçı için işlemi tekrarlayın. Her antrenman maçı 1 dakika yüksek yoğunluklu koşu ve ardından 2 dakika dinlenmeden oluşur.
10. Antrenman seansının sonunda, her bir hayvanı koşu bandından çıkarın ve kendi kafesine yerleştirin.
11. Her yeni antrenman günü için, ilk müsabaka için ilk koşu hızı, minimum 55 cm/s hız ile önceki günün antrenmanında elde edilen en yüksek hızdan 4 cm/s daha yavaş başlar.

3. İstatistiksel analiz

1. Morfometri ve diğer sonuç ölçümlerini ortalama ve standart hatalar olarak raporlayın.
2. Çoklu karşılaştırmalara izin veren bir karma efekt modeli kullanarak bir analiz yazılımındaki gruplar arasındaki farkları belirleyin (Malzeme Tablosuna bakın).
   NOT: Birden fazla karşılaştırmayı hesaba katmak için Šidák düzeltmesi uygulanmıştır. Uygun olduğunda tekrarlanan önlemler modeli uygulandı. Anlamlı farklılıklar p < 0.05 ile belirlendi.

Sonuçlar

Şekil 2 , eğitim performansının protokol süresi boyunca arttığını göstermektedir. TRN ve HFD/TRN gruplarının son koşu hızları sırasıyla 115 cm/s ve 111 cm/s idi. Toplam koşu mesafesi, TRN ve HFD/TRN grupları arasındaki farklılıklar arasında farklılık göstermedi (Şekil 3).

Kontrol diyetindeki hayvanlar için haftalık ortalama yem alımı, yüksek yağlı diyet uygulayanlara göre daha yüksekti (p < 0.0001), yüksek yağlı diyet uygulayanlara göre (sırasıyla 103 g / hafta ± 1.0 g / hafta ± 91 g / hafta 1.0 g / hafta). Ortalama haftalık yem alımı da eğitimli gruplarda eğitilmemiş gruplara göre daha yüksekti (p < 0.001) (sırasıyla 98 g / hafta ± 1.3 g / hafta vs. 92.2 g / hafta ± 1.0 g / hafta). Etkileşimlere bakıldığında, CON ve TRN grupları birbirinden farklı değildi, ancak HFD grubundan daha fazla yiyen (p < 0.05) HFD / TRN grubundan daha fazla (p < 0.05) haftalık alıma sahipti (Şekil 4). Yem alımını kcal alımına çevirirken, yüksek yağlı diyetteki hayvanlar, kontrol diyetindekilere göre daha yüksek (p < 0.0001) kalori alımına sahipti (sırasıyla 430 kcal/hafta ± 4.6 kcal/hafta vs. 396 kcal/hafta ± 3.7 kcal/hafta). Bu, dört grubun tümü arasında haftalık kalori alımında farklılıklara (p < 0.05) neden oldu, HFD / TRN grubu en yüksek haftalık kalori alımını gösterdi, ardından HFD, CON ve TRN grupları sırayla geldi (Şekil 5).

Vücut ağırlığı, HFD ve HFD / TRN gruplarının CON ve TRN gruplarından daha büyük (p < 0.05) bir kütleye ulaştığı beslenme periyodunun 8. haftasına kadar gruplar arasında farklılık göstermedi (sırasıyla 293 g ± 10.1 g ve 298 g ± 13.1 g vs. 270 g ± 8.6 g ve 264 g ± 6.8 g). HFD ve HFD / TRN grupları, çalışmanın geri kalanında CON ve TRN gruplarından daha ağır kaldı (p < 0.05) (332 g ± 14.4 g, 347 g ± 16.3 g, 304 g ± 10.3 g ve HFD, HFD / TRN, CON ve TRN grupları için sırasıyla 304 g ± 10.1 g). Ortalama günlük kazanç (ADG) daha yüksekti (p < 0.05) eğitimli ve eğitimsiz hayvanlarda çalışmanın egzersiz kısmına göre (0.8 g / gün ± 0.11 g / gün vs. 0.5 g / gün ± 0.09 g / gün, sırasıyla) ve bu süre zarfında CON ve HFD grupları arasında ADG'de fark yoktu. Birlikte, bu, HFD / TRN grubunda HFD grubuna göre daha fazla (p < 0.05) ADG ile sonuçlandı ve eğitim süresi boyunca CON ve TRN grupları arasında fark yoktu (Şekil 6). Bununla birlikte, 8 haftalık eğitim periyodu, HFD / TRN ve HFD grupları arasında bir ağırlık farkına neden olmadı (sırasıyla 347 g ± 16.3 g ve 331.5 g ± 14.4 g).

Eğitim protokolünün tamamlanmasından sonra, doku alımı, HFD'deki hayvanların CON grubundan daha fazla (p < 0.05) viseral yağlanmaya sahip olduğunu ortaya koydu (sırasıyla 25 g ± 2.1 g vs. 19 g ± 1.5 g) ve egzersizle eğitilmiş hayvanlar, kontrol hayvanlarına göre viseral yağlanmayı azalttı (p < 0.05) (21 g ± 2.4 g vs. 25 g ± 2.1 g, sırasıyla). HFD grubu, TRN ve HFD / TRN gruplarından daha yüksek (p < 0.05) viseral yağlanmaya sahipti (Şekil 7). Kalp kütlesi HFD/TRN grubunda CON, TRN ve HFD gruplarına göre daha fazlaydı (p < 0.05; 1.3 g ± 0.2 g vs. 1.1 g ± 0.1 g, 1.1 g ± 0.1 g ve 1.0 g ± 0.1 g, sırasıyla). Gruplar arasında karaciğer kütlesinde fark gözlenmedi. Diğer organ veya dokuların kütlesinde herhangi bir fark tespit edilmedi.

Şekil 1: Gün cinsinden hayvan yaşına göre çalışma protokolü zaman çizelgesi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Seansa göre TRN ve HFD/TRN hayvanları için eğitim protokolü boyunca HIIT hızı. HIIT, 8 hafta boyunca her hafta dört farklı günde gerçekleştirildi ve 32 antrenman seansı ile sonuçlandı. Antrenman başına ortalama veriler sunulur. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Eğitim protokolü boyunca TRN ve HFD/TRN gruplarında sprint başına kat edilen ortalama mesafe. HIIT, 8 hafta boyunca her hafta dört farklı günde gerçekleştirildi ve 32 antrenman seansı ile sonuçlandı. Veriler ortalama ± SEM olarak sunulmuştur. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: CON, TRN, HFD ve HFD/TRN kohortlarının haftalık ortalama yem alımı. Veriler, ortalamanın (SEM) ortalama ± standart hatası olarak sunulur. ^{a, b, c}Farklı harflere sahip ortalamalar farklıdır (p < 0.05). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: CON, TRN, HFD ve HFD/TRN kohortlarının haftalık kalori alımı. Veriler ortalama ± SEM olarak sunulmuştur. ^a,b,c,dFarklı harflere sahip ortalamalar farklıdır (p < 0.05). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: CON, TRN, HFD ve HFD/TRN kohortlarında ortalama günlük kilo alımı. Veriler ortalama ± SEM olarak sunulmuştur. ^a,bFarklı harflere sahip gruplar farklılık göstermektedir (p < 0.05). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 7: Nekropsi sırasında ortalama viseral yağ kütlesi. Veriler ortalama ± SEM olarak sunulmuştur. ^a,bFarklı harflere sahip gruplar farklılık göstermektedir (p < 0.05). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tablo 1: Protokolde kullanılan diyetlerin bileşimleri. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Tartışma

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 kompozisyonunun^{invaziv 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 uyumluydu^23,24_. 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 hafta^{boyunca haftada} beş antrenman seansı içeren önceki çalışmalara kıyasla, 24 veya hatta 12^{haftalık 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.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
Kontrol diyeti için ticari laboratuvar yemeği	Research Diets Inc., New Brunswick, NJ	D12450H
Yüksek yağlı diyet için ticari laboratuvar yemeği	Research Diets Inc., New Brunswick, NJ	D12451
GraphPad Prizma yazılımı	GraphPad Software Inc., San Diego, CA
Hassas Elektronik Dijital Tartı	Ohaus Corporation, Pine Brook, NJ	V11P30
Kemirgen koşu bandı	Panlab, Barselona, İspanya
Sprague Dawley sıçanları	Charles Nehri, Durham, NC
Masa üstü anestezi makinesi	VetEquip Inc., Livermore, CA	V0557