Polikistik over sendromu oluşturulmuş sıçanlarda egzersizin insülin direnci, iskelet kasının fonksiyonel, biyokimyasal ve  histolojik parametreleri üzerine etkisi
The effect of exercise on insulin resistance, functional, biochemical and histological parameters of skeletal muscle in rats with polycystic ovary syndrome
Yazar: SEDA KOÇAK
Danışman: PROF. DR. METİN BAŞTUĞ
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Egzersiz = Exercise ; Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Kas-iskelet fizyolojik fenomenleri = Musculoskeletal physiological phenomena ; Miyokin = Myokine ; Polikistik over sendromu = Polycystic ovary syndrome ; Spor fizyolojisi = Sport physiology ; Sıçanlar = Rats ; Teşhis teknikleri-kadın doğum = Diagnostic techniques-obstetrical and gynecological ; İnsülin direnci = Insulin resistance

Özet:
Polikistik over sendromu (PKOS) üreme çağındaki kadınları etkileyen endokrin ve metabolik bir hastalıktır. PKOS'lu kadınlarda insülin direnci yaygındır ve yaşamlarının ilerleyen dönemlerinde endokrin bozukluğun kötüleştirdiği metabolik sendroma bağlı sorunlar (viseral adipozite, dislipidemi, endotelyal disfonksiyon, aterojenik kardiyovasküler hastalıklar) da ortaya çıkabilmektedir. PKOS'lu kadınlarda insülin direncine ek olarak, iskelet kası glukoz alımı mekanizmalarının bozulması da önemlidir, insülin aracılı glukoz transportunda yer alan yolaklarda patofizyolojik değişiklikler bulunmuştur. PKOS'ta görülen bir diğer değişiklik ise oksidatif stres parametrelerindeki artıştır. PKOS tedavisi için kontraseptifler ve insülin duyarlılığını artıran ilaçlar yanında diyet ve egzersiz gibi yaşam stilini değiştirmeye yönelik farmakolojik olmayan yaklaşımlar ön plana çıkmaktadır.
   Egzersizin diyabet, kardiyovasküler hastalıklar ve kronik hastalıklara iyi geldiği gösteren çalışmalar mevcuttur. PKOS'lu kadınlarla yapılan egzersiz çalışmalarında insülin direncinin azaldığı, kilo kaybı olduğu ve ovulatuvar siklusun düzeldiği gözlenmiştir. PKOS'lu kadınlarda anksiyete ve/veya depresyon gibi bozukluklar da sıklıkla gözlenmektedir. Egzersizin sadece metabolik komplikasyonlar üzerine değil, ruhsal bozukluklar üzerine de etkili olduğu gösterilmiştir.
   Bu çalışma dehidroepiandosteron (DHEA) ile PKOS oluşturulmuş sıçanlarda, yüksek yoğunluklu aralıklı antrenman (high intensity interval training, HIIT)'ın insülin direnci, oksidatif stres, iskelet kası fonksiyonları ve miyokin düzeyleri üzerindeki etkisinin olup olmadığını araştırmak amacıyla gerçekleştirilmiştir.
    Çalışmada 21 günlük Wistar Albino türü dişi sıçanlar Kontrol (n=15), PKOS (n=15), PKOS+Egzersiz (n=15) ve Egzersiz (n=15) olmak üzere dört gruba ayrılmıştır. PKOS gruplarındaki hayvanlara 21 gün boyunca susam yağında çözünmüş DHEA subkutan olarak uygulandı. Egzersiz gruplarındaki hayvanlara artımlı yük testi ile belirlenen protokol çerçevesinde 12 hafta boyunca, haftada beş gün, günde 38 dakika egzersiz yaptırıldı. 

     Egzersiz programı sonunda tüm hayvanlardan intrakardiyak yöntemle alınan kan örneklerinde insülin direnci homeostazis modeli (HOMA-IR), glukoz, total antioksidan kapasite (TAS), total oksidan kapasite (TOS), malondialdehit (MDA), total thiol, native tiol ve disülfit düzeyleri bakıldı, oksidatif stress indeksi (OSI) hesaplandı.  Ayrıca  hormon olarak FSH, LH ve insülin değerlerine bakıldı. Soleus kasında miyokinler olarak Anjiyopoietin Benzeri Peptit 4 (angiopoetin like peptid 4, ANGPTL4), Meteorin Benzeri Peptit (meteorin like peptid, METRNL, subfatin), Fibroblast Büyüme Faktörü 21 (fibroblast growth factor 21, FGF21) ve İnterlökin-6 (IL-6) düzeyleri saptandı. Soleus kası fonksiyonları ayrıca invivo ve invitro yöntemlerle değerlendirildi. Ovaryum ve soleus kasında histolojik incelemeler yapıldı.

      Araştırma verilerinin normal dağılım göstermesi durumunda parametrik testler tercih edildi. Grup sayısı ikiden fazla olduğundan parametrik test olarak "ANOVA varyans analizi testi", non-parametrik test olarak ise "Kruskal Wallis testi" kullanılmıştır. Sürekli değişkenlerde egzersiz öncesi ve sonrası zamana göre değişim  dağılım normal ise two way anova ile, dağılım normal değilse "Mann- Whitney U ve Wilcoxon testi" ile değerlendirilmiştir. P<0,05 değerleri istatistiksel olarak anlamlı kabul edilmiştir. 


      Çalışmamızda hormon düzeylerinden FSH ve LH seviyeleri PKOS+Egzersiz grubunda PKOS grubuna göre düşük gözlemlenmiştir. Glukoz değerleri PKOS grubunda kontrol grubuna göre yüksek gözlemlenirken, PKOS+Egzersiz grubunda PKOS grubuna göre düşük gözlemlenmiştir. Uyumlu olarak HOMA-IR değerlerinin PKOS grubunda Kontrol grubuna göre yüksek, PKOS+Egzersiz grubunda PKOS grubuna göre düşük olduğu gözlemlenmiştir. MDA seviyelerinin PKOS+Egzersiz grubunda PKOS grubuna göre düşük olduğu saptanmıştır. Elde edilen diğer bulgulara göre serum TAS, TOS, OSI, total tiyol, native tiyol, disülfit ve soleus kası ANGPTL4, METRNL, FGF21 seviyelerinde gruplar arası anlamlı farklılık gözlemlenmedi. Soleus kasının fonksiyonları in vivo değerlendirmesinde sadece ağırlık testinde en düşük ağırlık kaldırma süreleri PKOS grubunda gözlemlenmiştir. Soleus kası fonksiyonlarının in vitro değerlendirmesinde soleus kası en yüksek gerime ulaşma zamanı, yarı gevşeme süresi, spesifik güç parametrelerinde gruplar arası anlamlı farklılık bulunmamıştır. Histolojik değerlendirmelerde soleus kası histolojik kesit alanı PKOS+Egzersiz grubunda PKOS grubuna göre anlamlı büyük gözükürken, PKOS grubunda kontrol grubuna göre anlamlı küçük gözlenmiştir. Ovaryum dokularında ise PKOS+Egzersiz grubu dokularında iyileşme gözlemlenirken, PKOS grubunda genellikle kistik yapılar şeklinde folliküller gözlenmiştir.
 
Sonuç olarak egzersiz uygulaması, PKOS'ta gelişen insülin direncinde azaltıcı, ovaryum ve kas dokusunda iyileştirici etkilere neden olmuştur.

Abstract:
Polycystic ovary syndrome (PCOS) is an endocrine and metabolic disease that affects women of reproductive age. Insulin resistance is common in women with PCOS, and problems related to metabolic syndrome (visceral adiposity, dyslipidemia, endothelial dysfunction, atherogenic cardiovascular diseases) worsened by endocrine disorder may also occur later in their lives. In addition to insulin resistance in women with PCOS, disruption of skeletal muscle glucose uptake mechanisms is also important. Pathophysiological changes were found in the pathways involved in insulin-mediated glucose transport. Another change seen in PCOS is the increase in oxidative stress parameters. In addition to contraceptives and drugs that increase insulin sensitivity for the treatment of PCOS, non-pharmacological approaches to lifestyle modification such as diet and exercise come to the fore.

     There are studies showing that exercise is good for diabetes, cardiovascular diseases and chronic diseases. In exercise studies conducted with women with PCOS, it was observed that insulin resistance decreased, weight loss and ovulatory cycle improved. Disorders such as anxiety and/or depression are also frequently observed in women with PCOS. It has been shown that exercise is effective not only on metabolic complications but also on mental disorders.



         This study was carried out to investigate the effects of high-intensity interval training (HIIT) on insulin resistance, oxidative stress, skeletal muscle functions and myokine levels in rats with PCOS induced by dehydroepiandosterone (DHEA).


         In the study, 21-day old Wistar Albino female rats were divided into four groups as Control (n=15), PCOS (n=15), PCOS+Exercise (n=15) and Exercise (n=15). DHEA dissolved in sesame oil was administered subcutaneously to animals in PCOS groups for 21 days. The animals in the exercise groups were exercised for 38 minutes a day, five days a week, for 12 weeks, within the framework of the protocol determined by the incremental load test.

        Insulin resistance homeostasis model (HOMA-IR), glucose, total antioxidant capacity (TAS), total oxidant capacity (TOS), malondialdehyde (MDA), total thiol, native thiol and disulfide levels were measured in blood samples taken from all animals by intracardiac method at the end of the exercise program, oxidative stress index (OSI) was calculated. In addition, hormone levels of FSH, LH and insulin were checked. Angiopoietin-like peptide 4 (ANGPTL4), Meteorin-like peptide (METRNL, subfatin), Fibroblast Growth Factor 21 (FGF21) and Interleukin-6 (IL-6) as myokines in soleus muscle levels were determined. Soleus muscle functions were also evaluated by in vivo and in vitro methods. Histological examinations were performed on the ovary and soleus muscle.
        Parametric tests were preferred if the research data showed a normal distribution. Since the number of groups was more than two, "ANOVA analysis of variance test" was used as the parametric test and "Kruskal Wallis test" was used as the non-parametric test. In continuous variables, the change according to time before and after exercise was evaluated with two-way anova if the distribution was normal, and with the "Mann-Whitney U and Wilcoxon test" if the distribution was not normal. P values of <0.05 were considered statistically significant.
         In our study, FSH and LH levels of hormone levels were observed to be lower in the PCOS+Exercise group compared to the PCOS group. Glucose values were observed higher in the PCOS group compared to the control group, while it was observed lower in the PCOS+Exercise group compared to the PCOS group. Consistently, HOMA-IR values were observed to be higher in the PCOS group compared to the Control group, and lower in the PCOS+Exercise group compared to the PCOS group. MDA levels were found to be lower in the PCOS+Exercise group compared to the PCOS group. According to other findings, no significant difference was observed between the groups in serum TAS, TOS, OSI, total thiol, native thiol, disulfide and soleus muscle ANGPTL4, METRNL, FGF21 levels. In the in vivo evaluation of soleus muscle functions, the lowest weightlifting times were observed in the PCOS group only in the weight test. In the in vitro evaluation of soleus muscle functions, no significant difference was found between the groups in the soleus muscle peak stretching time, half relaxation time, and specific power parameters. In histological evaluations, the histological cross-sectional area of the soleus muscle was significantly larger in the PCOS+Exercise group compared to the PCOS group, while it was significantly smaller in the PCOS group compared to the control group. While improvement was observed in the tissues of the PCOS+Exercise group in the ovarian tissues, follicles in the form of cystic structures were observed in the PCOS group.

        As a result, exercise application caused a decrease in insulin resistance developed in PCOS and ameliorative effects in ovary and muscle tissue.