یکی از روش های غیر مستقیم برای اندازهگیری استرس اکسایشی، استفاده از اکسیداسیون پروتئین، پروتئین کربونیل میباشد. (۴۲) واکنشهای مرتبط با پروتئینها میتواند تغییرات اساسی ایجاد کند، به طوری که منجر به فقدان کارکرد ساختاری و کاتالیکی شود (۵۲).
مطالعات گوناگونی نشـــان دادهاند،پروتئین کربونیل[۲](pc) در پاسخ بــه فعالیتهای بدنی شدید، تغییر میکند(۵،۱۸،۳۴ ) و چندین مطالعه عدم تغییر در اکسیداسیون پروتئین را نشان دادهاند (۲۰، ۲۳) جمعبندی مطالعاتی که درباره اثر فعالیتهای متفاوت مثل رکاب زدن روی دوچرخه ثابت (۲۵) دویدن روی نوارگردان، تمرین مقاومتی دینامیک(۱۹، ۷۹) تمرین اکسنتریک(۳۷،۷۹) تمرین دوی سرعت(۶۰، ۸۱، ۹۱) انجام شدهاند؛ این برداشت را به وجود آورندهاند که نوع و شدت فعالیتهای بدنی بر پاسخهای سیستم اکسایشی بدن موثر است.
کنجکاوی در مورد تعیین اثر دقیق فعالیت بدنی برتولید یا عدم تولید فشار (استرس اکسایشی) در بدن و روشن ساختن پاسخ بدن به این فشارها، محققان را بر آن داشته است که به مطالعه اثر انواع تمرینات بدنی، با ماهیت و شدتهای متفاوت، بر سیستمهای اکسایشی بدن بپردازند.
۱-۲ بیان مسئله
هنگام تنفس اکسیژن به شکل آب احیاء میگردد. برای تولید آب چهار الکترون نیاز میباشد. اگر به جای چهار الکترون، یک، دو یا سه الکترون به اکسیژن مولکولی اضافه شود رادیکالهای آزاد تولید میشوند. رادیکالهای آزاد مولکولهایی هستند که یک الکترون جفت نشده دارند و فوقالعاده فعال میباشند (۹).
رادیکالهای آزاد به اجزای مختلف سلولی حمله میکنند و به آنها آسیب میرسانند. گونههای اکسیژن فعال[۳] (ROS) مانند سوپراکسید و پراکسید هیدروژن در جریان فعالیت بدنی و به دلیل افزایش در مصرف اکسیژن توسط سلولهای عضلانی، تولید میشوند (۹).
اعتقاد برآن است تولید کنترل نشده این گونههای اکسیژن فعال در درون سلول باعث میشود مولکولهای زیستی همانند اسیدهای نوکلئیک((DNA، پروتئین ها و چربی ها اکسیده شده و در نتیجهی آن، اطلاعات ژنتیکی و ماهیت طبیعی پروتئینها تغییرکند؛ آنزیمها غیر فعال شوند و غشاهای زیستی دچار اختلال گردند. نتیجه این فعل و انفعالات، تولید استرس اکسایشی در بدن است که از طریق اختلال درموازنه اکسیدکنندهها و ضد اکسیدکنندهها، بر اکسایش درون سلول تأثیر گذاشته و موجب بروز بیماریها، مسمومیت و پیری میشوند (۸).
اگرچه فعالیت بدنی برای تندرستی انسان مفید است، ولی استفاده از اکسیژن توسط سلولها موجب تولید رادیکالهای آزاد فعال می شود. در هنگام ورزش مصرف اکسیژن ممکن است ١٠ تا٢٠ برابر افزایش یابد. این مسئله میتواند تولید رادیکالهای آزاد را افزایش دهد (۷).
از طرفی گونههای اکسیژن فعال ذاتاً مضر نیستند اما، تولید بیش از حد آنها میتواند از طریق انبوهی از محرکهای تنشزا از جمله تمرین فیزیکی حاصل شود که میتواند سبب استرس اکسایشی شود (۲۴). در واقع آسیبهای اکسایشی سلولی هنگامی گسترش مییابد که تعادل بین سیستمهای تولیدکننده گونههای اکسیژن فعال و سیستم جمعکننده آنها از بین رود (۴۷).
در همین راستا مشخص شده است که ورزشهای شدید و طولانی ممکن است به آسیبهای عضلانی و بافتی، تسهیل در اکسایش اسیدهای چرب غشاء و شروع زنجیره ای از واکنش های مخرب و در نهایت مرگ سلول منجر شوند. (۸) احتمالاً انواع مختلف تمرین بدنی شدید با تولید سطوح متفاوتی از فشار استرس اکسایشی در بدن همراه هستند، اما نکته کلیدی آن است که هر چه شدت تمرین بالاتر باشد، میزان استرس نیز بیشتر خواهد بود (۸).
اگرچه بیولوژی تغییرات اکسیداسیون پروتئین پیچیدهاست و به صورت کامل قابل تعریف نیست و ابهاماتی را در این زمینه باقی می گذارد، اما کربونیله شدن پروتئین و واکنش های شیمیایی که گروه های کربونیل را تولید میکنند، به خوبی مشخص شده است. کربونیله شدن پروتئین نوعی از اکسیداسیون پروتئین است که میتواند به انواع اکسیژن های فعال تبدیل شود (۸۵).
پروتئین ها یک بخش مهم گونههای اکسیژن فعال را تشکیل می دهند و اکسیداسیون آنها میتواند منجر به از دست دادن کارکرد پروتئینی شود، طوری که آنها را تبدیل به شکل هایی از پروتئین کند که مستعد پائین آمدن کارکرد آنها شود. گونههای اکسیژن فعال طیفی از تغییرات را در اسیدهای آمینه ای چون لیزین، پرولین و هیستیدین و…. ایجاد می کنند (۳۵).
در بین تغییرات اسید آمینه که توسط گونههای اکسیژن فعال انجام میگیرد، شکلگیری کربونیل ها به عنوان یکی از نتایج اکسیداسیون اسیدآمینه لیزین و پرولین و… میباشد.کربونیله شدن پروتئین به عنوان نتیجه ثانویه واکنشهای گروه اسیدآمینههای لیزین با قند پائین میباشد (۸۹). از طرفی فشارهای اکسایشی گونهای از عدم تعادل را ایجاد میکنند که در چند بیماری اتفاق میافتد، در بین این بیماریها دستهای از بیماریها وجود دارند که با سطوح بالای پروتئین کربونیل همراه بوده است. مانند بیماری آلزایمر، آرتروئیدروماتئید و دیابت. شکلگیری کربونیل غالباً توسط واکنش به۲، ۴ دی نیتروفنیل هیدرازین [۴]DNPH) ) و تبدیل آن به هیدروژن انجام میشود که به صورت گستردهای مورد استفاده سازههای مهم اکسیداسیون پروتئین در عضلات اسکلتی قرار میگیرد (۳۸).
در واقع گروه های کربونیل روی زنجیره پروتئینهایی تولید می شوند که اکسیده شدهاند و غالباً به عنوان مارکرهای سیستماتیک فشار اکسایشی موررد استفاده قرار میگیرند (۳۴).
میزان تولید گونههای اکسیژن فعال و زیاد شدن آنها بسته به فشارهای غیرهوازی میتواند متغییر باشد. نمونهای از رایجترین این فشارهای غیرهوازی تمرینات مقاومتی تمرینات دینامیک، اکسنتریک، ایزومتریک، دوی سرعت و پریدن میباشد.
افزایش pcبدنبال تمرینات مقاومتی میتواند به تهاجم سلولهای فاگوسیتوز در بافت ماهیچههای آسیب دیده مربوط باشد که چند ساعت پس از تمرین اتفاق میافتد و میتواند منجر به تولید مقدار زیادی از گونههای رادیکال اکسیژن شود (۲۷).
با وجود استفاده گسترده از پروتئینهای کربونیل به عنوان شاخصی از تغییرات اکسیداسیونی پروتئین ها، اطلاعات کمی تاکنون درباره مشخصات دقیق این پروتئین ها دردسترس است، اما محققان با تکنیکهای جدیدی که اخیرا مورد استفاده قرار دادهاند، کربونیله شدن چند پروتئین را توصیف کردهاند که نمونههایی از آن در بیمارانی با آسیبهای مغزی و در بیماری آلزایمر توصیف شده است (۱۶).
در رابطه با تمرینات دینامیک، محققان افزایشی را در بیومارکرهای استرس اکسایشی گزارش کردند (۲۵،۶۱)، اما در رابطه با تمرینات اکسنتریک، عدم تغییر نیز در بیومارکرهای استرس اکسایشی گزارش شده است (۳۱،۴۶،۵۴) در مطالعاتی که در رابطه با تمرینات دوی سرعت صورت گرفته است افزایش در پراکسیداسیون چربی ۲۵)) اکسیداسیون پروتئین (۲۵) و آسیب به DNA (25) و همچنین عدم تغییر در اکسایش چربی(۲۳،(۲۵، پروتئین۲۳) ) و آسیب به DNA 25) ) گزارش شده است.
یافتههای این چنینی سبب ایجاد علاقه برای تحقیق در زمینه استرس اکسایشی برای دانشمندان علوم ورزشی، مربیان ورزش و سایر متخصصان در زمینه تمرینات ورزشی شده است. اگرچه شاخصهایی که سبب افزایش آسیب به لیپیدها، پروتئین ها وDNA در اثر تمرینات ورزشی میشود به خوبی سندیت یافتهاند. تعدادی از محققان توانستهاند نشانههایی از استرس اکسایشی را که در نتیجه تحریک حاصل شده بیابند (۸۳).
پس از بررسی مقالاتی که شرح آنها در صفحات پیش گذشت، و به تناقضات یا کمبود اطلاعاتی که در این زمینه اشاره شد؛ این پژوهش طراحی شد و سوال اصلی تحقیق حاضر این است که آیا یک جلسه تمرین بی هوازی میتواند موجب اکسیداسیون پروتئین در زنان فعال در دامنه سنی ۱۵-۲۵ سال شود؟
۱-۳ ضرورت و اهمیت تحقیق
شاید مهمترین ویژگی عصر حاضر سرعت و رشد روزافزون علم و فناوری باشد. این ویژگی در حیطه تربیت بدنی، موجب ساخت دستگاه های تمرینی مختلف و روش های جدید برای اندازهگیری پاسخ فعالیتهای بدنی به استرس اکسایشی شده است .با توجه به اهمیت پروتئین کربونیل و پیشینه تحقیقاتی آن، به نظر میرسد که در ایران پژوهشهای کافی در این زمینه صورت نگرفته است. همچنین همانگونه که قبلاً گفته شد نمونههای بررسی شده در خارج از کشور بیشتر با آزمودنیهای مرد صورت گرفته است؛طبق شواهد موجود به نظر میرسد با توجه به استرس اکسایشی ناشی از ورزش هیچ تفاوتی در بین جنسیت وجود ندارد. علارغم این، چون این احتمال وجود دارد که استروژن خواص ضداکسایشی داشته باشد، در خیلی از مطالعات استرس اکسایشی منحصراً از مردان استفاده میشود. در ضمن بیشتر مقالات منتشر شده در ارتباط با تفاوتهای جنسی مطالعاتی استکه، بر روی حیوانات انجام شده است(۲۴). نظر به اینکه در زمینه آزمودنیهای انسان به خصوص ورزشکاران اطلاعات بسیار محدود و اندکی وجود دارد و نیاز به تحقیقات بیشتر در این زمینه احساس میشود، لذا هدف پژوهش حاضر آن است که تغییرات پروتئین کربونیل پلاسمای خون زنان فعال در دامنه سنی ١۵- ٢۵ را به دنبال یک جلسه فعالیت ورزشی شدید مورد بررسی قراردهد.
۱-۴ اهداف تحقیق:
۱-۴-۱ اهداف کلی تحقیق:
هدف کلی تحقیق حاضر، بررسی تاثیر یک جلسه فعالیت ورزشی شدید بیهوازی بر تغییرات پروتئین کربونیل پلاسمای خون زنان فعال میباشد.
۱-۴-۲ اهداف اختصاصی:
تعیین اثر یک جلسه فعالیت ورزشی شدید بر تغییرات پروتئین کربونیل پلاسمای خون زنان فعال.
۱-۵ فرضیه های پژوهش:
یک جلسه فعالیت ورزشی شدید بی هوازی بر تغییرات پروتئین کربونیل پلاسمای خون زنان فعال تاًثیر دارد.
۱-۶ محدوده و محدودیتهای پژوهش
۱-۶-۱محدوده
-
- در ایـن پژوهش از آزمودنیهــای دختر فعــال شهـــرستان شیراز با دامنه سنی١۵-٢۵ سال استفاده شده است.
-
- ٢٠ نفر از زنانی که سابقه بیماری قلبی- عروقی، پر فشار خونی، دیابت و بیماریهای مفصلی نداشتند و از سه ماه قبل به طور منظم ورزش میکردند، به عنوان نمونه انتخاب شدهاند.
-
- این تحقیق در فصل تابستان و زمان خونگیری ۸ صبح بوده است.
۱-۶-۲ محدودیتها
بدیهی است که صرفاً در یک پژوهش، نمیتوان تمامی متغیرهای دخیل را کنترل نمود یا حتی از همه متغیرهای قابل کنترل استفاده کرد. تغذیه، ژنتیک، مصرف احتمالی دارو، میزان خواب، میزان انگیزش و فشار روانی آزمودنیها هنگام اجرای آزمون از عواملی بودند که توانایی کنترل آنها از توان پژوهشگر خارج بود، لذا نتایج این مطالعه باید براساس این عدم کنترل مورد بررسی قرار گیرد.
۱-۷ تعریف واژه ها و اصطلاحات
۱-۷-۱ فعالیت ورزشی بیهوازی: به فعالیتی اطلاق میشود که برای دورههای کوتاه زمانی به اجرا درمیآید و نیاز به فشار بیشینه دارند و انرژی مورد نیاز اینگونه تمرینات توسط دستگاه فسفاژن و گلیکولیز بیهوازی تامین میشود (۴). در این پژوهش از آزمون وینگیت ٣٠ ثانیهای به عنوان یک جلسه فعالیت ورزشی بیهوازی استفاده شده است.
۱-۷-۲ پروتئین کربونیل: پروتئین کربونیل به وسیله اکسیداسیون پروتئین تولید میشوند و غالباً به عنوان مارکرهای سیستماتیک فشار اکسایشی موررد استفاده قرار میگیرند، به بیانی دیگر شکلگیری PC به عنوان شاخصی از فشار اکسایشی در عضله اسکلتی بیان و تولید میشود (۲۲،۶۳، ۶۹ ).
۱-۷-۳ استرس اکسایشی :اگر دفاعهای ضداکسایشی توسط تولید گونههای اکسیژن فعال از بین بروند فرایندهای اکسایشی مسلط شده و این منجر به حالتی به نام فشار اکسایشی میشود و در نهایت لیپیدها، پروتئینها و DNA در چنین حالتی ممکن است آسیب ببینند. (۷۳) در این پژوهش از شاخص پروتئین کربونیل به عنوان شاخص استرس اکسایشی استفاده شده است.
۱-۷-۴ پلاسمای خون: به طور طبیعی۵۵ تا۶۰ درصد کل حجم خون را پلاسما تشکیل میدهد. که ۹۰ درصد از حجم پلاسما آب است، بقیه آن از ۷ درصد پروتئینهای پلاسما و ۳ درصد مواد مغذی سلولی، الکترولیتها، آنزیمها، آنتیبادیها و مواد زائد تشکیل شده است (۵۰).
۱-۷-۵ گونههای اکسیژن فعال :گونههای اکسیژن فعال مانند سوپراکسید، پراکسیدهیدروژن و بنیان هیدروکسیل مولکولهای مشتق شده از اکسیژن مولکولی هستند که، در جریان فعالیت بدنی و به دلیل افزایش در مصرف اکسیژن توسط سلولهای عضلانی تولید میشوند. اعتقاد برآن است تولید کنترل نشده این گونههای اکسیژن فعال در درون سلول باعث میشود مولکولهای زیستی همانند اسیدهای نوکلئیک، پروتئینها و چربیها اکسیده شوند (۱۰).
۱-۷-۶- زنان فعال: شرکت کنندگان این مطالعه را گروهی از زنان جوان فعال تشکیل دادند که به روش در دسترس و هدفمند از بین زنان بدمینتون کار شهرستان شیراز انتخاب شده بودند. منظور از زنان فعال در مطالعه حاضر، این است که افراد حداقل ٣ جلسه فعالیت بدنی در هفته و هر جلسه به مدت یک ساعت ونیم فعالیت داشته باشند.
فصل دوم
زیـربنـای نظـری
و ادبیـات پژوهش
۲-۱ مقدمه
اجرای فعالیت بدنی و افزایش مصرف اکسیژن، باعث پراکندگی مولکولها و گونههای مختلف اکسیژن در بدن میگردد. گونههای اکسیژن فعال مانند رادیکالهای آزاد به مولکولهای مشتق از اکسیژن معمولی گفته میشود که فعال بوده و یا به آسانی به گونههای فعال تبدیل خواهند شد. تولید گونههای اکسیژن فعال، سبب بروز استرس اکسایشی شده و با ایجاد اختلال در موازنه آنتی اکسیدانی بدن،اثرات مخربی را در سلولها ایجاد میکند. اگرچه، فعالیتهای ورزشی از یک سو با افزایش فشار اکسایشی، احتمال تشکیل رادیکالهای آزاد مضر را افزایش میدهند، اما از طرف دیگر با القای آنزیمهای ضداکسایشی، سبب کاهش رادیکالهای آزاد نیز میشوند (۲). موضوع استرس اکسایشی ناشی از تمرینات ورزشی، در سالهای اخیر توجه قابل ملاحظهای را به خود اختصاص داده و بیش از ۳۰۰ پژوهش در این مورد به چاپ رسیده است (۵۱).
نخستین پژوهش توسط دیلارد[۵] و همکارانش (۱۹۷۸) منتشر شد،آنها گزارشکردند پراکسید لیپید بعد از ۶۰ دقیقه تمرین دوچرخه سواری افزایش یافت (۳۶). براساس شواهد موجود واضح است که تمرین با شدت و مدت کافی باعث افزایش شکلگیری گونههای اکسیژن فعال میشود که عامل بالقوهای برای ایجاد ناهماهنگی بین سطوح سیستم اکسایشی و ضداکسایشی است (۵۱).
درجه اکسایش و همچنین دوره زمانی برای افزایش بیومارکرهای استرس اکسایشی در مطالعه ها متغییر است و احتمالا به نوع شدت، حجم و مدت فعالیت، آموزش فعالیت ورزشی، وضعیت تغذیه آزمودنیها، بافت مورد آزمایش، دوره زمانی جمعآوری نمونهها، مقیاسها و سنجشهای به کار برده شده، بستگی دارد. در حالی که تمرین شدید باعث افزایش ناپایدار استرس اکسایشی میشود، این چنین محرک ورزشی لازم است تا دفاع ضداکسایشی درونی تنظیم و تغییر یابد. از این طریق، به نظر میرسدکه تولید گونههای اکسیژن فعال، سیگنال مورد نیاز برای چنین سازگاریهایی است. این سازگاریها به احتمال زیاد از سلولها در برابر افزایشهای بعدی ROS حفاظت میکند (۵۱).
فعالیت بدنی بخش جداییناپذیر زندگی انسان است که در دامنه وسیعی از فعالیتهای عادی روزانه تا فعالیت بسیار شدید ورزشی را در بر میگیرد. از جمله تغییرات بیولوژیکی بارز طی فعالیت بدنی، افزایش متابولیسم و تولید رادیکال آزاد است (۳).