Kronik obstrüktif akciğer hastalarında egzersize olan oksidatif stres, inflamatuar belirteçler ve metabolomiklerin yanıtları
The oxidative stress, inflammatory markers, and metabolomics response to exercise in patients with chronic obstructive pulmonary disease
Yazar: ASLIHAN ÇAKMAK
Danışman: PROF. DR. DENİZ İNAL İNCE
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Kalp ve Solunum Fizyoterapisi ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizyoterapi ve Rehabilitasyon = Physiotherapy and Rehabilitation
Dizin: Akciğer hastalıkları = Lung diseases ; Akciğer hastalıkları-obstrüktif = Lung diseases-obstructive ; Biyobelirteçler = Biomarkers ; Egzersiz = Exercise ; Metabolomikler = Metabolomics ; Oksidatif stres = Oxidative stress ; İnflamasyon = Inflammation

Özet:
Kronik obstrüktif akciğer hastalığına (KOAH) sahip bireylerde egzersize olan oksidatif, inflamatuar ve metabolomik yanıtlar ile ilgili bilgiler sınırlıdır. Bu çalışmada, KOAH'lı bireylerde artan, sabit ve aralıklı iş yükünde egzersize olan oksidatif, inflamatuar ve metabolomik yanıtların belirlenmesi ve egzersiz öncesi ve sonrası yanıtların karşılaştırılması amaçlandı. On altı KOAH'lı erkek (ortalama yaş=50,94±6,42 yıl; birinci saniyedeki zorlu ekspirasyon volümü [FEV1]=% 63,37±19,90) hasta bisiklet ergometresinde artan iş yükünde semptomla limitli egzersiz testi yaptı. Egzersiz testinin sonuçlarına göre hastalara sabit ve aralıklı iş yükünde egzersiz uygulandı. Artan, sabit ve aralıklı iş yükünde egzersizlere olan oksidatif (katalaz [CAT], indirgenmiş glutatyon [GSH], glutatyon peroksidaz [GPx], süperoksit dismutaz [SOD], toplam antioksidan durumu [TAS]), inflamatuar (tümör nekroz faktörü [TNF]-α, çözünür TNF reseptörü-1 [Alınan kan örneklerinden sTNFr1], çözünür TNF reseptörü SuperFamily 1B [sTNFRSF1B], interlökin [IL]-1, IL-6 ve C reaktif protein [CRP]) ve metabolomik yanıtlar analiz edildi. KOAH'lı bireylerde sabit ve aralıklı iş yükünde egzersize ait CAT, GSH ve TAS fark ve kat değişim değerleri birbirine benzerdi (p>0,05). Sabit iş yükünde egzersiz için GPx değişimi, aralıklı iş yükünde egzersiz ile elde edilenden daha yüksekti (p=0,004). Aralıklı iş yükünde egzersiz için SOD değişimi, sabit iş yükünde egzersiz ile elde edilenden daha yüksekti (p<0,017). Artan, sabit ve aralıklı iş yükünde egzersiz arasında TNF-α, sTNFr1, sTNFRSF1B, IL-1, IL-6 ve CRP'de egzersiz sonrası ve öncesi farklılıklar ve kat değişim değerlerinde anlamlı değişiklik saptanmadı (p>0,05). Sabit ve aralıklı iş yükünde egzersiz ile, izolösin, L-karnitin ve açilkarnitin anlamlı olarak azalırken keton cisimlerinde anlamlı artış saptandı (p<0,05). Akut sabit ve aralıklı iş yükünde egzersiz, KOAH'lı bireylerde dolaşımdaki GPx düzeylerini değiştirir. Akut sabit ve aralıklı iş yükünde egzersizler, KOAH'ta sistemik inflamasyonu olumsuz etkilemiyor gibi görünmektedir. Sabit ve aralıklı iş yükünde egzersiz ile, izolösin, L-karnitin ve açilkarnitinleri azalırken keton cisimlerinin artışı, enerji metabolizmasında karbonhidratlardan amino asit ve lipid metabolizmasına geçişi göstermektedir. Aralıklı iş yükünde egzersiz, karbonhidratlar, lipidler, amino asitler, nükleotidler ve vitaminler açısından sabit iş yükünde egzersizden daha fazla metabolomikte anlamlı değişiklikler ortaya çıkarmaktadır. Pulmoner rehabilitasyon programları planlanırken, farklı egzersiz protokollerine olan oksidatif ve metabolomik yanıtlardaki değişikliklerin dikkate alınması bireye özel egzersiz yaklaşımlarının uygulanmasında yön gösterici olacaktır.

Abstract:
There is limited information on oxidative, inflammatory, and metabolomic responses to exercise in individuals with chronic obstructive pulmonary disease (COPD). This study aimed to determine the oxidative, inflammatory, and metabolomic responses to incremental, constant, and interval work rate exercises in individuals with COPD and to compare pre-and post- exercise responses. Sixteen males with COPD (mean age = 50.94±6.42 years; predicted percentage of forced expiratory volume in one second [FEV1] = 63.37±19.90%) performed symptom-limited incremental cycle exercise testing. Based on the results of the exercise testing, constant and interval work rate exercises were performed. Oxidative (catalase [CAT], reduced glutathione [GSH], glutathione peroxidase [GPx], superoxide dismutase [SOD], total antioxidant status [TAS]), inflammatory (tumor necrosis factor [TNF]-α, soluble TNF receptor-1 [sTNFr1], soluble TNF receptor SuperFamily 1B [sTNFRSF1B], interleukin [IL]-1, IL-6, and C reactive protein [CRP]), and metabolomics responses to different exercises were analyzed from the plasma samples. The CAT, GSH, and TAS difference and fold change values for constant and interval work rate exercises were similar in individuals with COPD (p>0.05). The GPx change for constant work rate exercise were higher than those obtained with interval exercise (p=0.004). The SOD change for interval exercise were higher than those obtained with constant work rate exercise (p<0.017). There were no significant changes in TNF-α, sTNFr1, sTNFRSF1B, IL-1, IL-6, and CRP post-and pre-exercise differences and fold change values among incremental, constant, and interval work rate exercises. While isoleucine, L-carnitine and acylcarnitine decreased significantly with constant and intermittent workload exercises, a significant increase was found in ketone bodies (p<0.05). Acute constant and intermittent work rate exercises alter circulating GPx levels in individuals with COPD. Acute constant work and interval work rate exercises do not appear to worsen systemic inflammation in COPD. CE and IE decrease isoleucine, L-carnitine, and acylcarnitines while increasing ketone bodies demonstrating the shift in energy metabolism from carbohydrates to amino acid utilization and lipid metabolism. Interval exercise produces significant changes in much more metabolomics regarding carbohydrates, lipids, amino acids, nucleotides, and vitamins than constant work rate exercise. Considering the changes in oxidative and metabolomic responses to different exercise protocols while planning pulmonary rehabilitation programs will guide the implementation of personalized exercise approaches.