Yaşam alanı sınırlandırılan sıçanların iskelet kasında oksidatif hasarın incelenmesi
Investigation of oxidative damage based on cage volume reduction in rat skeletal muscle
Yazar: İREM GÜNGÖR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞENAY AKIN
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Spor Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı / Spor Bilimleri ve Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Fizyoloji = Physiology ; Spor = Sports
Dizin: Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Kas-iskelet sistemi = Musculoskelatal system ; Lipid peroksidasyonu = Lipid peroxidation ; Oksidatif hasar = Oxidative damage ; Serbest radikaller = Free radicals ; Spor = Sports ; Sıçanlar = Rats ; Yatak istirahati = Bed rest

Özet:
İskelet kası yalnızca kuvvet üretiminden sorumlu olmayıp, metabolik homeostazın korunması, glisemik kontrolün sağlanması ve metabolik genlerin regülasyonunda son derece kritik bir role sahiptir. Kemik kırıkları veya yumuşak doku yaralanmaları nedeniyle alçı ya da atel uygulamaları, travma ve operasyonlar sonrası uzun süreli yatak istirahati gibi immobilizasyon koşulları iskelet kaslarını yapısal ve fonksiyonel olarak olumsuz yönde etkileyerek iskelet kası atrofisine neden olur. Normal koşullarda serbest radikaller ve antioksidan savunma sistemi bir denge halindeyken, immobilizasyon sürecinde bu dengenin serbest radikallerin artışıyla bozulması önemli hücresel yapılara katılan lipid, protein, nükleik asit gibi moleküllerin okside olmasıyla sonuçlanır. İmmobilizasyonun neden olduğu hücresel süreçler ve mekanizmaları araştırmak için deney hayvanlarında uygulanan alçılama, kuyruktan asma yoluyla yüksüzleştirme gibi modeller immobilizasyonun serbest radikal düzeylerindeki artışı net bir şekilde ortaya koymaktadır. Öte yandan, bu modeller insanda uzun süreli yatak istirahati ve inaktivite gerektiren koşulları tam olarak yansıtmamaktadır. Standart kafes hacminin küçültülmesiyle oluşturulan yaşam alanı sınırlandırılmış kafes modelinin insanlardaki yatak istirahatinin bir zorunluluğu olan immobilizasyon koşullarını, alçılama ve yüksüzleştirme modellerine göre daha iyi taklit eden bir model olduğu bildirilmiştir. Bu çalışma, yaşam alanı sınırlandırılmış kafes modelinin iskelet kasında oksidatif stres belirteçleri ve iskelet kası atrofisi üzerine etkisini değerlendirilmeyi amaçlanmıştır. Wistar albino sıçanlar kontrol (K; n=8) ve immobilizasyon (İ; n=8) olmak üzere iki gruba ayrılmıştır. K grubundaki hayvanlar standart sıçan kafeslerinde, İ grubundaki hayvanlar ise yaşam alanı sınırlandırılmış kafeslerde yedi gün barındırılmıştır. Deney protokolünün tamamlanmasının ardından, hayvanlar derin anestezi altındayken ötenazi yapılarak soleus kasları izole edilmiştir. İmmobilizasyonun oksidatif hasara etkisini araştırmak üzere soleus kasında protein oksidasyonu belirteci olan protein karbonil ve ileri protein oksidasyonu (AOPP) düzeyleri spektrofotometrik yöntemle ve lipid peroksidasyonu belirteci olan 4-hidroksinonenal (4-HNE) düzeyleri Western Blot yöntemiyle analiz edilmiştir. Bu modelde yedi gün süresince uygulanan immobilizasyon, soleus kas ağırlığının vücut ağırlığına oranında %17,2 azalmaya neden olmuştur. Bununla birlikte, soleus kasında AOPP (p=0,000) ve 4-HNE düzeylerinin (p=0,013) kontrol grubuna göre arttığı ancak protein karbonil düzeylerinin (p=0,846) değişmediği görülmüştür. Bu bulgular, insanlarda nöral uyarıların oldukça azaldığı yatak istirahati ve inaktiviteyi taklit eden bir model olan yaşam alanı sınırlandırılmış kafeslerde barındırılan hayvanların iskelet kasında oksidatif hasarın arttığını göstermektedir.

Abstract:
In addition to its primary function in maintaining body posture and movement, skeletal muscle is critical in regulating metabolic genes and maintaining metabolic homeostasis and glycemic control. Splint or casting immobilization due to bone fractures and prolonged bed rest after trauma and operations have an adverse effect on skeletal muscle structure and function, causing skeletal muscle atrophy. A balance between the production of free radicals and the antioxidant defense system is necessary for cellular functions. Increased free radical production causes the oxidation of lipids, proteins, and nucleic acids, which is defined as oxidative stress. Studies using immobilization models in animals such as casting and hind limb suspension have demonstrated an increase in oxidative stress biomarkers. However, these animal models are different in terms of the degree of inactivity, and they do not mimic long-term bed rest in humans. A new immobilization model has been designed based on cage volume reduction. It has been reported that this model mimics better reduced daily ambulatory motions and inactivity in bed rest conditions compared to casting and unloading models. Therefore, it is aimed to be investigated the effect of seven days of immobilization based on cage volume reduction on oxidative stress markers such as lipid peroxidation and protein oxidation in the soleus muscle. Wistar albino rats were randomly divided into control (C; n=8) and immobilization (I; n=8).  Animals in group C were housed in standard rat cages whereas in group I were housed in a cage volume reduction modal for seven days. Following the experimental procedure, soleus muscles were isolated. To investigate the effect of immobilization on oxidative damage, protein carbonyl, and advanced oxidation protein products (AOPP) were analyzed spectrophotometrically as protein oxidation markers. 4-hydroxynonenal (4-HNE) levels were analyzed by Western Blot as a lipid peroxidation marker. Seven days of immobilization in cage volume reduction caused a 17,2% decrease in the ratio of soleus/body weight. AOPP (p=0,000) and 4-HNE levels (p=0,013) were increased in group I compared to group C, but protein carbonyl levels did not change in soleus muscle (p=0,846). These findings show that oxidative damage in rat skeletal muscle by using a cage volume reduction model mimics bed rest and inactivity, where neural stimuli are greatly reduced in humans.