Qingyi Huang

1 Колеж по хранителни науки, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай; moc.361@aaaaaayqh

2 Висше училище за спортни науки, Университет Waseda, Tokorozawa 359-1192, Япония; pj.adesaw.ikot@iuhisam (S.M.); [email protected] (T.T.)

3 Ключовата лаборатория за качество и безопасност на храните в провинция Гуангдонг, Гуанджоу 510642, Китай

Сихуй Ма

2 Висше училище за спортни науки, Университет Waseda, Tokorozawa 359-1192, Япония; pj.adesaw.ikot@iuhisam (S.M.); [email protected] (T.T.)

Такаки Томинага

2 Висше училище за спортни науки, Университет Waseda, Tokorozawa 359-1192, Япония; pj.adesaw.ikot@iuhisam (S.M.); [email protected] (T.T.)

Кацухико Сузуки

4 Факултет по спортни науки, Университет Waseda, Tokorozawa 359-1192, Япония

Chunhong Liu

1 Колеж по хранителни науки, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай; moc.361@aaaaaayqh

3 Ключовата лаборатория за качество и безопасност на храните в провинция Гуангдонг, Гуанджоу 510642, Китай

Резюме

1. Въведение

Маратоните и упражненията за продължителна издръжливост обикновено са придружени от умора и увреждане на тъкани/органи, напр. Мускулни увреждания, остра бъбречна травма и чернодробна дисфункция [1,2,3]. Няколко маркера се използват за увреждане на тъкани/органи, предизвикано от упражнения, като аспартат трансаминаза (AST), аланин трансаминаза (ALT) и гама-глутамил транспептидаза (γ-GTP) за увреждане на черния дроб, креатин киназа (CK) и лактат дехидрогеназа (LDH ) за мускулни увреждания, азот в уреята в кръвта (BUN) и креатинин за бъбречно увреждане и амилаза и липаза за пропускливост на панкреаса [4,5,6,7,8]. За да се противодейства на негативното въздействие на наранявания, причинени от упражнения за издръжливост, често се възприемат хранителни подходи, като спортни добавки и администриране на макро- или микроелементи [5,9,10,11].

Умората означава невъзможност за продължително упражнение, предизвикващо вторична непоносимост към упражненията. Натрупването на различни метаболити, като лактат, Pi, амоняк или Са 2+, изчерпването на гликогена, който е основният енергиен произход в метаболитна система, центрирана към въглехидрати, и оксидативен стрес по време на упражнения за издръжливост могат да доведат до умора [12,13, 14,15,16]. По този начин, плазменото ниво на лактат е изследвано в настоящото проучване.

Кетогенната диета с ниско съдържание на въглехидрати и високо съдържание на мазнини (KD) е хранителен подход, гарантиращ, че тялото използва липиди. В нашето предишно проучване, 8-седмична кетогенна диета с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати увеличава капацитета на упражнения за издръжливост при модел на мишка, без влошено мускулно увреждане, въпреки намаляването на абсолютния мускулен обем [10]. За да изследваме плазмената биохимия след организма и увреждането на органи, ние се стремим да анализираме концентрациите на плазмените метаболити, както и биомаркерите на увреждане на тъканите/органите.

Реактивните кислородни видове (ROS) се получават от молекулен кислород, съдържащ редица реактивни молекули и свободни радикали. ROS отдавна са известни със своята защитна реакция срещу микробна инвазия, функционираща като оръжие на имунните клетки по време на възпаление. Въпреки че са полезни за регенерацията на скелетните мускули на подходящо ниво, изчерпателните упражнения, особено повтарящи се мускулни контракции, могат да причинят оксидативен стрес [17,18,19]. Съобщава се за микроелементи като антиоксиданти за подобряване на капацитета за издръжливост и такива добавки се прилагат в състезания за издръжливост [20,21]. Освен това се съобщава, че оксидативният стрес също е свързан с умора, предизвикана от упражнения [22,23]. В настоящото проучване ние изследвахме дали KD е повлиял мускулното и чернодробното оксидативно стрес, чрез наблюдение на локализираното в тъканите липидно и протеиново окисляване след изчерпателно упражнение.

Мишките и много други гризачи са решени генетично да приемат непрекъснато движение, движение или бягане [24,25]. Предполага се, че движението намалява при постигане на частична или абсолютна умора и има докладвани проучвания, използващи открити тестове за оценка на нивото на умора [26]. Трудно ни е да правим разлика между физическо изтощение и волево изтощение в човешките изпитания. Докато експлоатира природата на гризачите, намаленото движение може да бъде начин за определяне на умората или за измерване на възстановяването. За да проучим дали KD може да повлияе на възстановяването на умората, ние обогатихме това проучване с тест на открито веднага или 24 часа след изчерпателно упражнение.

2. Материали и методи

2.1. Поддръжка на мишки и диети

Мъжки мишки C57BL/6J (n = 35) са закупени от Takasugi Experimental Animals Supply (Kasukabe, Япония) на 7-седмична възраст. Четири или пет животни бяха настанени заедно в 1 клетка (27 × 17 × 13 cm) в контролирана среда при цикъл светлина-тъмнина (светлините светват в 0800 и изключват в 2000). Експерименталните процедури следваха Ръководните принципи за грижа и използване на животните в Комитета за академични изследвания по етичен преглед на Университета Васеда и бяха одобрени (10K001). Всички мишки бяха разделени на случаен принцип в четири групи: чау диета (контрол: Con), включително диета чау, заседнала (n = 8) и чау диета плюс упражнения (Con + Ex, n = 9), кетогенна диета (KD), включително KD, заседнали (n = 9) и KD плюс упражнения (KD + Ex, n = 9) групи. Диета KD TP-201450 (състояща се от 76,1% мазнини, 8,9% протеини и 3,5% въглехидрати, 7,342 kcal/g) и диета AW93G (състояща се от 7% мазнини, 17,8% протеини и 64,3% въглехидрати, 3,601 kcal/g ) wt/wt са получени от TROPHIC Animal Feed High-tech Co., Ltd. (Nantong, Китай). Мишките се държат на диета ad libitum chow или KD.

2.2. Протокол за изпитване на издръжливост

Една седмица преди изчерпателно упражнение, всички мишки бяха свикнали да бягат на бягаща пътека с скорост 15 m/min за 10 минути. Тестът за издръжливост беше извършен на моторизирана бягаща пътека (Нацуме, Киото, Япония). Тоест, мишките в групите Con + Ex и KD + Ex бяха подложени на бягаща пътека, работеща с скорост 10 m/min в продължение на 15 минути, последвана от 15 m/min и 20 m/min в продължение на 15 минути, и след това 24 m/min и 7% степен до изтощение. Протоколът беше одобрен от Комитета за етичен преглед на академичните изследвания. Изчерпването беше определено като невъзможност да продължи редовното бягане на бягащата пътека въпреки стимулирането на многократно потупване по гърба на мишката. Записва се времето на работа на мишките. Веднага или 24 часа след изтощаването, мишките бяха прекратени под лека анестезия с инхалатор изофлуран (Abbott, Токио, Япония). Взети са кръвни проби с използване на хепарин от коремната аорта под инхалаторна изофлуран-индуцирана лека анестезия, а тъканите и органите веднага се изрязват и замразяват в течен азот. Плазма се получава от кръвни проби чрез центрофугиране при 1500 g в продължение на 10 минути при 4 ° С. Тези проби се съхраняват при -80 ° C до анализи.

2.3. Анализ на отворено поле

Камерата, използвана за това изпитване, е 50 cm (дължина) × 50 cm (ширина) × 38 cm (височина) и е направена от бяла пластмаса с висока плътност и непореста форма. 95% етанол се използва за избърсване на камерата всеки път преди употреба и преди последващи тестове, за да се премахнат всички следи от аромати, оставени от предишната мишка. Всяка обект на мишката се проследява за 10 минути безплатно и непрекъснато, през което време софтуерът за проследяване записва движение. Общото време за пътуване се записва и анализира с помощта на цифров фотоапарат [24,25,26].

2.4. Биохимична оценка на плазмата

Плазмени нива на глюкоза, неестерифицирани мастни киселини (NEFA), триглицериди (TG), липаза, аспартат трансаминаза (AST), аланин трансаминаза (ALT), креатин киназа (CK), лактат дехидрогеназа (LDH), азот в уреята в кръвта (BUN) ), холестерол (CHO), липопротеинов холестерол с висока плътност (HDL), липопротеинов холестерол с ниска плътност (LDL) и албумин са измерени от Koutou-Biken Co. (Tsukuba, Япония).

2.5. Лактатен анализ

Плазменият лактат се измерва с помощта на EnzyChrom Ketone Body Assay Kit (Bio Assay Systems, Hayward, CA, USA) съгласно инструкциите на производителя. Плантарисният мускулен лактат е измерен с помощта на комплекта за анализ на лактатен микропланшет (Laibio Co., Шанхай, Китай).

2.6. Измерване на оксидативен стрес

За оценка на оксидативния стрес на мускулите и черния дроб, 1 mg от всяка тъкан (мокро тегло) се хомогенизира с PBS, след което комплектът за анализ на тиобарбитуровата киселина (TBARS) Microplate Test Kit и протеиновият карбонилен тест (Laibio Co., Шанхай, Китай ) са използвани и анализите са извършени в съответствие с инструкциите на производителя.

2.7. Статистически анализ

Данните бяха представени като средни стойности ± стандартни отклонения (SD). Извършен е двупосочен вариационен анализ (ANOVA), за да се определят основните ефекти от диетата и/или упражненията. Статистическият анализ беше направен с помощта на Graphpad 7.0 (Graphpad, Ltd., La Jolla, CA, USA). Когато този анализ разкри значително взаимодействие, беше извършен post-hoc тест на Tukey, за да се определи значимостта сред средствата. Статистическата значимост е определена като p Фигура 1 показва различни резултати от разделението на храненето в телесно тегло и състав. Потенциалът на KD за отслабване е широко докладван в цял свят от десетилетия. Краткосрочната способност на добре проектираната KD за отслабване е видна в различни експериментални модели, включително хора, гризачи и водни спортове [10,27,28]. Въпреки това, дългосрочният ефект на KD върху контрола на теглото тепърва ще бъде приключен, тъй като няколко проучвания съобщават за разочароващи резултати. Проучванията върху прилагането на KD над 1 година са показали ниска ефикасност в сравнение с диетата с ниско съдържание на мазнини [29,30]. Причините за това явление могат да бъдат влиянието на апетита и адаптиран метаболизъм [29,30,31].

ниско

Време за движение на мишки (A) веднага или (Б.) 24 часа след изтощение, както е посочено. * р 2 = 0,95), крайният продукт от амоняк в кръвта. Всъщност наблюдаваме намаляване на BUN в групата на KD и това може да е следствие от ограничено съдържание на протеин в KD, което може да доведе до ниско ниво на амоняк в кръвта, като по този начин допринесе за ниско ниво на натрупване в мозъка и бързо възстановяване на умората . В обобщение, съобщава се, че умората, предизвикана от упражнения, е свързана с натрупването на лактат и амоняк. Съобщава се, че клъстерната многодиодна светлинна терапия може да причини малко забавяне на умората на скелетните мускули, да намали нивата на лактат в кръвта след тренировка и да инхибира освобождаването на CK и С-реактивен протеин. Способността на KD да ускорява възстановяването от умора може да бъде акредитирана за кето-адаптация, система, която се различава от адаптирана употреба на гликоген или гликолиза, откъдето може да произхожда повечето лактат. Освен това свойствата на KD да ускорява клирънса на лактат могат да благоприятстват смъртността от всички причини при пациенти с травма, тъй като е потвърдена за неговата ефикасност в мета-анализ [42].

Резултатите от тази част показват, че KD може да бъде обещаващо да се използва като диета след състезание за стимулиране на възстановяването. Съобщава се също, че прекомерното окисляване е свързано с умора, предизвикана от упражнения. За да разберем повече за механизма, анализирахме биохимия след тренировка и специфичен за тъканите оксидативен стрес.

3.3. Концентрациите на плазмения субстрат бяха променени от KD след 24-часова почивка

KD-хранещи мишки проявяват удължена издръжливост, отколкото мишки, хранещи се с чау [10]. Въпреки че глюкозата беше значително намалена чрез изчерпателни упражнения в групата за хранене, тя беше възстановена след 24-часова почивка. Изходното ниво на глюкозата беше значително по-ниско в групата на KD и това може да се дължи на ниския коефициент на използване на глюкоза при мишките KD, тъй като те основно поддържаха система за снабдяване, силно захранвана от окисление на мазнините.

Веднага след тежки упражнения, субектите са склонни да постигнат хиперлипидемичен статус [10,43]. Както е показано на Фигура 4, в изходното ниво концентрацията на NEFA е повишена чрез KD хранене, което е потвърдено и от други проучвания. В проучването, обсъдено в раздел 3.2, при изтощение нивото на NEFA се повишава с KD в сравнение с евкалорична балансирана диета (1,25 ± 0,13 срещу 1,60 ± 0,31, mmol/L). В нашето проучване не се наблюдава разлика между заседнали или трениращи мишки след 24-часова почивка след тренировка. Само храненето допринася за значимостта между групите. Според предишно проучване, KD допринася за повишено използване на NEFA по време на тежки упражнения, докато след 24-часова почивка плазмената концентрация на NEFA се възстановява бързо. Този резултат показва повишена метаболитна гъвкавост при адаптирани към кето мишки. На 24 часа след тренировка концентрацията на TG не се различава от всяка група, въпреки че веднага след тренировка концентрацията на TG намалява значително при KD мишки. Тези резултати, комбинирани заедно, показват, че 24 часа след изчерпателно упражнение нито NEFA, нито TG не са променени в сравнение с групите със същото хранене.

Резултати от биохимията на плазмата 24 часа след изтощение, както е посочено. (A-F) Концентрации на плазмена глюкоза, неестерифицирани мастни киселини (NEFA), триглицериди (TG), холестерол (CHO), липопротеинов холестерол с висока плътност (HDL) и липопротеинов холестерол с ниска плътност (LDL).

LDL и HDL са компоненти на CHO. Както е показано на Фигура 4, CHO, LDL и HDL са значително повишени от KD, което е в съответствие с нашите по-ранни резултати. Нашите резултати показаха, че концентрациите на CHO, LDL и HDL са били повишени след 24-часова почивка след тренировка, въпреки че са намалели веднага след тренировка. Няколко проучвания съобщават, че KD води до висока концентрация на CHO в кръвта, докато изчерпателните упражнения намаляват концентрацията на CHO и липидния профил [44,45,46,47]. Нашите резултати показаха, че KD участва в повишаването или на CHO, или на неговите компоненти LDL и HDL. Освен това, след 24-часова почивка, веднъж намалените плазмени LDL, HDL и CHO претърпяват възстановяване, което показва, че „свръхкомпенсация“ съществува не само в мускулната сила, но и в плазмените субстрати.

3.4. KD допринесе за ускорено възстановяване на щети

Както е показано на Фигура 5, AST и ALT, използвани като маркери за чернодробно увреждане, все още остават в по-висока концентрация в групата за хранене с чау след 24-часова почивка. Веднага след тренировка, ALT беше значително понижен от KD, показвайки превантивен ефект спрямо чернодробни увреждания, причинени от изчерпателни упражнения [10]. Интересното е, че тази ситуация е различна в групата на KD, което показва, че KD може да ускори възстановяването на чернодробните увреждания. В нашето проучване KD не влошава чернодробните увреждания, причинени от изчерпателни упражнения, което е различно от предишните проучвания [48,49,50]. Чернодробните увреждания, причинени от физически упражнения, се предполага, че са свързани със свободните радикали [51]. Всъщност се съобщава за дву- до трикратно увеличение на концентрациите на свободни радикали в черния дроб при изтощение [52]. За да проучим допълнително механизма на тази защита, ние изследвахме маркерите за оксидативен стрес на черния дроб, което ще бъде обсъдено по-късно.

Мускулен и чернодробен оксидативен стрес веднага след изтощение. (А, Б) TBARs в plantaris мускулна тъкан и чернодробна тъкан. (C, D) Протеинов карбонил в plantaris мускулна тъкан и чернодробна тъкан. * p Suzuki K., Totsuka M., Nakaji S., Yamada M., Kudoh S., Liu Q., Sugawara K., Yamaya K., Sato K. Упражнението за издръжливост причинява взаимодействие между стресови хормони, цитокини, неутрофилна динамика, и мускулни увреждания. J. Appl. Физиол. 1999; 87: 1360–1367. doi: 10.1152/jappl.1999.87.4.1360. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]