Akut ve kronik yüzme egzersizine fare gastrocnemius-soleus kas kompleksi satellit ve non-satellit kök hücre cevaplarının incelenmesi

Abstract

Kas hastalıklarının önlenmesi ve tedavisinde egzersiz protokolleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla beraber, farklı egzersiz protokollerine cevap olarak meydana gelen kas hasar ve rejenerasyon mekanizmaları, bu süreçlerde kastaki satellit ve non-satellit hücrelerin rolleri ile bu kök hücrelerin zamana bağlı birbirleriyle olası etkileşimleri henüz net olarak ortaya konmamıştır. Bu doktora tezinde farelere uygulanan akut ve uzun süreli yüzme egzersizini takiben erken (3 saat) ve geç (48 saat) dönemde kas hasar ve rejenerasyonunda satellit ve non-satellit hücre cevaplarının incelenmesi amaçlanmıştır. 8-12 haftalık erişkin Balb/C erkek fareler öncelikle kontrol ve yüzme egzersizi olarak gruplanmıştır. Egzersiz grupları kendi içlerinde akut ve kronik egzersiz olarak 2'ye bölündükten sonra her biri egzersizi takiben deneyin sonlandırılmasına kadar geçecek zaman açısından (3 saat, 48 saat) tekrar 2'ye ayrılmıştır (n=10). Akut yüzme egzersizi 30 dk ve tek seans olarak; uzun süreli egzersizler ise 6 hafta / haftada 5 gün 30 dk olacak şekilde uygulanmıştır. Deneyin sonunda Ketamin-HCl/Xylazine-HCl (75mg/kg-10 mg/kg) anestezisi altında farelerin aortalarından kan örnekleri ve gastrocnemius-soleus kas kompleksleri alınmıştır. Serum kreatin kinaz (CK) aktivitesi ticari kit kullanılarak ölçülmüş, kas hasarı histolojik olarak hasar skorlaması ve lökosit infiltrasyonu ile tespit edilmiştir. Kas rejenerasyonu, histolojik inceleme ile ve immünohistokimyasal olarak nukleus ve sarkoplazmada Pax7, Sca1 ve CD45 antikorlarının boyanmaları için H Skoru elde edilerek değerlendirilmiştir. Değişkenler ortalama ± standart sapma (SS) olarak verilmiştir. İstatistiksel analiz için Tek Yönlü Varyans Analizi (ANOVA, post hoc: Tukey testi) kullanılmıştır. p<0,05 değerleri istatistiksel olarak anlamlı kabul edilmiştir. Akut yüzme egzersizinden sonra 3. saatte gastrocnemius-soleus kompleksinde kas hasarı tespit edilmiştir. Serum CK aktivitesi de akut 3 saat grubunda kontrol grubuna göre istatistiksel olarak önemli düzeyde yüksek, akut 48 saat grubunda düşük bulunmuştur (p<0,05). Akut 48 saat ve kronik 3 saat gruplarında histolojik olarak merkezi yerleşimli çekirdeklerle tespit edilen belirgin kas rejenerasyonu izlenmiştir. İmmünohistokimyasal analizlerde akut 48 saat ve kronik 3 saat gruplarında satellit hücre belirteci olan Pax7 ekspresyonunda artış gözlenmiştir. Akut ve uzun süreli yüzme egzersizlerini takiben 3. ve 48. saatlerde alınan gastrocnemius-soleus kas komplekslerinde gözlenen kas rejenerasyonuna non-satellit hücrelerin aracılık ettiğine dair herhangi bir bulgu elde edilmemiştir. Verilerimiz uzun süreli egzersizlerin kas sağlığı üzerine olumlu etkilerini teyit edici ve mekanizmalarını açıklayıcı niteliktedir. Tez çıktılarının kas hastalıklarının önlenmesi ve tedavisine yönelik yeni yaklaşımlar ortaya konmasına katkı sağlayabileceği ön görülmektedir.

Exercise protocols are widely used in the prevention and treatment of muscle diseases. However, the mechanisms of muscle damage and regeneration in response to different exercise protocols, the roles of muscle satellite and non-satellite cells in these processes, and the possible interactions of these stem cells with each other over time have not yet been clearly revealed. In this PhD thesis, it was aimed to examine satellite and non-satellite cell responses in muscle damage and regeneration processes in the early (3 hours) and late (48 hours) periods following acute and long-term swimming exercise in mice. 8-12 week old adult Balb/C male mice were first grouped as control and swimming exercise. After the exercise groups were divided into two as acute and chronic exercise, each was divided into two again (n = 10) in terms of the time passed from exercise to termination of the experiment (3 hours, 48 hours). Acute swimming exercise was applied for 30 minutes in a single session, while long-term exercise was implemented as 6 weeks / 30 minutes, 5 days a week. At the end of the experimental period, blood samples were taken from the aortas and gastrocnemius-soleus muscle complexes were collected under Ketamine-HCl/Xylazine-HCl (75mg/kg-10 mg/kg) anesthesia. Serum creatine kinase (CK) activity was measured using a commercial kit, and muscle damage was determined histologically by damage scoring and leukocyte infiltration. Muscle regeneration was evaluated by histological examination and immunohistochemically by obtaining an H Score for staining of Pax7, Sca1 and CD45 antibodies in the nucleus and sarcoplasm. Variables were given as mean ± standard deviation (SD). One-Way Analysis of Variance (ANOVA, post hoc: Tukey test) was used for statistical analysis. p<0.05 values were considered as statistically significant. Muscle damage was detected in the gastrocnemius-soleus complex at the 3rd hour following acute swimming exercise. Serum CK activity was also found to be statistically significantly higher in the acute 3-hour group compared to control and lower in the acute 48-hour group (p<0.05). Histologically significant muscle regeneration identified by centrally located nuclei was observed in the acute 48-hour and chronic 3-hour groups. Immunohistochemical analysis revealed an increase in the expression of Pax7, a satellite cell marker, in the acute 48-hour and chronic 3-hour groups. There was no evidence that the muscle regeneration observed in the gastrocnemius-soleus muscle complexes at the 3rd and 48th hours following acute and long-term swimming exercises was mediated by non-satellite cells. Our data confirm the positive effects of long-term exercises on muscle health and explain the mechanisms. It is anticipated that the results of this thesis may contribute to the introduction of new approaches to the prevention and treatment of muscle diseases.