The Effect of 16 weeks of intense endurance training on right ventricle structure in male Wistar rats

مقدمه

مزایای گسترده فعالیت­های ورزشی استقامتی با شدت متوسط به خوبی به اثبات رسیده است که از جمله می­توان به کاهش عوامل خطر­زای قلبی- عروقی و پیشگیری از بیماری­های عروق کرونری و دیابت اشاره نمود(1). با این حال، اکنون تأثیر فعالیت ورزشی شدید و طولانی­مدت بر سلامت قلب و عروق موضوعی چالش­برانگیز است. و برآورد شده که میزان مرگ و میر ناگهانی قلبی ناشی ار انجام فعالیت­های ورزشی شدید،  ۱۳ نفر به ازای هر ۱۰۰ هزار نفر باشد(2). نشان داده شده است که بین شدت فعالیت ورزشی و رخدادهای آسیب­زای قلب و عروق رابطه معمول U شکل  وجود دارد؛ بر طبق این نظریه فعالیت ورزشی با شدت متوسط بهتر از بی­تحرکی است و منجر به تأثیرات سودمند سلامتی و کاهش مرگ و میر می­شود، اما فعالیت ورزشی شدید ممکن است در بعضی از مواقع تأثیرات زیان­باری بر دستگاه قلبی عروقی بر جای گذارد(3).

مطالعات نشان می­دهد که تمرینات شدید استقامتی منجر به افزایش نامتناسب توده بطن راست در­مقایسه با بطن چپ می شود. در ورزشکاران استقامتی، تغییرات حاد در ساختار و عملکرد بطن راست بلافاصله بعد از تمرین شدید طولانی­مدت شایع­تر و عمیق­تر از بطن چپ است. در ورزشکاران استقامتی نخبه، آریتمی­های بطنی پیچیده با اختلالات ساختاری و عملکردی بطن راست همراه است درحالی­که عملکرد و ساختار بطن چپ طبیعی به نظر می­رسد(4). این آریتمی­های بطنی عمدتا در افرادی که حجم­های بالایی از تمرینات شدید استقامتی را انجام می­دهند اتفاق می­افتد و دلایل رخداد آن ناشی از استعداد ژنتیکی نمی­باشد (5). بنابراین، ممکن است که فعالیت ورزشی استقامتی نقش مستقیمی در ایجاد تغییر بر بطن راست داشته باشد(4).

سازوکار  اصلی و دقیق ایجاد کننده آریتمی در ورزشکاران نامعلوم است، اما شواهدی وجود دارد که نشان می­دهد تمرین بیش از حد شدید و طولانی­مدت ممکن است هم از طریق اختلال در یکپارچگی دسموزوم­ها و هم از طریق افزایش جایگزینی ترشحات فیبروزی با میوسیت­های طبیعی در بطن راست زمینه را برای تولید آریتمی مهیا سازد. دسموزوم­ها اتصالات بین سلولی هستند که وجود آن ها برای پیوستگی بین سلولی قوی­تر میوسیت­های قلبی لازم است. دسموزوم­ها از سه خانواده پروتئینی  تشکیل شده­اند. پروتئین­های خارج سلولی که موجب چسبندگی و اتصال بین سلول­ها می­شوند که شامل پروتئین­های کادهرین^[i] ، دسموکولین^[ii] (DSCs) و دسموگلین^[iii] (DSGs)) است، پروتئین پلاکین شامل دسموپلاکین^[iv] (DSP) و پروتئین های آرمادیلویی^[v] شامل: پلاکوگلوبین^[vi](PG/JUP)  و پلاکوفیلین^[vii] (PKPs) است که به پلاک دسموزومی متصل می­شوند و فعالیت و چسبندگی پروتئین­های خارج سلولی  DSCs  و  DSGs را تنظیم می­کند (6). پلاکوفیلین (PKPs) شامل ده اسکلت تکراری آرامیدیلویی 42 اسید آمینه ای است که به پلاک دسموزوم­ها متصل است و کادهرین­های دسموزومی را به دسموپلاکین و دستگاه رشته­های بینابینی وصل می کند(6). PKP2 سازه اصلی و مهم میوسیت­های قلبی در مرحله جنینی می­باشد که فعالیت و چسبندگی پروتئین­های خارج سلولی DSCs و DSGs را تنظیم می­کند. کاهش بیان پروتئین PKP2 موجب کاهش چسبندگی پلاک دسموزومی با پروتئین دسموپلاکین، پلاکوگلوبین و پروتیئن­های کادهرین می­شود و منجر به کاهش ثبات اتصالات بین میوسیت­ها و ایجاد ARVC می­شود (10).

بر اساس منابع موجود، که در افراد حامل جهش­های ژنی انجام فعالیت­های ورزشی استقامتی بیان فنوتیپی بیماری را تسهیل می­بخشد اما این­گونه به نظر می­رسد افزایش بیش از حد تنش بطن راست ناشی از تمرین استقامتی با ایجاد فنوتیپ مشابه یکپارچگی پروتئین­های دسموزومی از جمله PKP2 را دچار اختلال کند. ساوانت^[viii] و همکاران (2014) در تحقیق خود به این نتیجه رسیدند که در بین ورزشکاران استقامتی، به ویژه ورزشکارانی که با شدت بالا تمرین می­کنند جهش­هایی در پروتئین­های دسموزومی آن­ها رخ داده است و این می­تواند به­دلیل ضعف ژنتیکی در این افراد باشد(11) .  بنابراین، به نظر می رسد که فعالیت­های ورزشی استقامتی می­تواند تظاهرات بالینی بیماری را در افرادی که حامل جهش­های ژنی هستند و ممکن است بدون علامت باقی بمانند را تسریع بخشد و همچنین ممکن است فعالیت­های ورزشی استقامتی باعث ایجاد تظاهرات بالینی شبه ARVC در ورزشکاران بدون حساسیت ژنی شود(12).

در مطالعات حیوانی(13,14) و انسانی(15)  مشخص شده است که انجام فعالیت­های ورزشی استقامتی شدید و طولانی­مدت می­تواند منجر به فیبروز قلب شود(16). که این رخداد احتمالا می­تواند دلیل پیدایش بسیاری از آریتمی­های قلبی و همچنین رخداد مرگ ناگهانی قلبی در ورزشکاران استقامتی باشد(17). فیبروز میوکارد با تجمع کلاژن در ماتریکس خارج سلولی قلب مشخص می­شود(7). برای ایجاد بافت فیبروزی بیان پروتئین و mRNA یک سری از نشانگرهای فیبروزی افزایش می­یابد. TGF-β1 محرک قوی میوفیبروبلاست­های قلبی برای تولید کلاژن است(18). TGF-β1 به دلیل فشار مکانیکی وارد شده بر قلب فعال می­شود و با بیان میوفیبروبلاست­های قلبی و درنتیجه افزایش بیان کلاژن منجر به ایجاد فیبروز می­شود(19). در مطالعات تجربی مشخص شده است که تخریب ژنی TGF-β1 و یا تزریق آنتی بادی ضد TGF-β باعث مهار رشد فیبروز در موش های صحرایی می­شود که این امر نشان دهنده نقش مهم TGF-β1 در تجزیه و سنتز کلاژن می­باشد (20). نشان داده شده است که افزایش بار­حجمی برای مدت­طولانی در یک مطالعه حیوانی منجر به بیان بیش از حد عوامل رشدی و افزایش رسوب کلاژن در بطن راست شد در­حالی­که این تغییرات در بطن چپ معنادار نبود(21). نقش تمرینات استقامتی مزمن در فیبروز قلبی در مطالعات مقطعی بر روی انسان نیز مورد بررسی قرار گرفته است. بریویکمن[ix] و همکاران (۲۰۰۹)  102 مرد بالای 50 سال را که طی سه سال گذشته حداقل پنج ماراتون کامل را به پایان رسانده بودند و هیچ سابقه بیماری قلبی یا دیابت را نداشتند از طریق تصویربرداری رزونانس مغناطیسی قلب و عروق مورد بررسی قرار دادند. به طور کلی، 1۲ درصد از دونده­های ماراتن کهنه­کار در میزان گادولینیم (LGE)  که شاخصی از فیبروز عضله قلبی است، افزایش داشتند در­حالی­که این افزایش در گروه کنترل که قبلا کم­تحرک بودند تنها حدود 4 درصد بود(22).

تا به امروز مطالعات محدودی در زمینه تغییرات پروتئین­های دسموزومی و عوامل فیبروزی بطن راست ایجاد­کننده آریتمی ناشی از فعالیت ورزشی استقامتی انجام شده است و دلایل و اهمیت بالینی این یافته­ها هنوز به طور کامل روشن نشده است. به نظر می­رسد بیشتر اختلالات قلبی ناشی از فعالیت ورزشی در افرادی رخ می­دهد که در فعالیت­های بدنی شدید شرکت می­کنند. با توجه به افزایش مشارکت حرفه ای و یا آماتور ورزشکاران در رشته های استقامتی مانند ماراتن. فوق ماراتن، سه گانه و دوچرخه سواری در مسافت­طولانی و احتمال رخداد آسیب ­های قلبی؛ از­این­رو، آگاهی و همچنین ارزیابی بیشتر در مورد امکان فیبروز و تغییرات ساختاری پاتولوژیک در­میان ورزشکارانی که در فعالیت­ورزشی شدید و طولانی­مدت شرکت می­کنند از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین، پژوهش حاضر با هدف پاسخ به این سوال انجام شد که آیا تمرینات استقامتی طولانی­مدت و شدید می­تواند از طریق تغییر در پروتئین­های دسموزومی و شاخص­های فیبروز قلبی منجر به تغییرات پاتولوژیک بطن راست شود؟

روش پژوهش

نمونه های پژوهش: پژوهش حاضر به لحاظ هدف جزء پژوهش­های کاربردی و به لحاظ روش اجرا از نوع تجربی است. آزمودنی­های پژوهش را ۱۶ موش صحرایی از نژاد ویستار تشکیل دادند که به صورت تصادفی در دو گروه کنترل و تمرین استقامتی شدید (همسان از نظر وزن) تقسیم شدند. در این پژوهش کلیه قوانین و نحوه رفتار با حیوانات (آشناسازی، تمرین، بی­هوشی و کشتن حیوان) بر­اساس انجمن ارزیابی و اعتباربخشی مراقبت از حیوانات آزمایشگاهی (AAALAC)^[x] موش صحرایی گرفت و مجوز انجام این تحقیق در کمیته اخلاق در پژوهش دانشکده تربیت­بدنی و علوم ورزشی دانشگاه تهران بررسی و با شناسه اخلاق IR.UT.SPORT.REC.1398.017 مصوب گردید.

حیوانات: تعداد ۱۶ سر موش صحرایی نر نژاد ویستار در سن 4 هفتگی با محدوده وزنی 100 تا 125 گرم از  بخش پرورش حیوانات مرکز تحقیقات شهید رجایی تهیه و در شرایط دمایی 22-24 درجه سانتی­گراد و در شرایط سیکل تاریکی- روشنایی 12 ساعته و بدون محدودیت در آب نگهداری شدند. غذای آزمودنی های این پژوهش، تولید شرکت خوراک دام به پرور کرج بود که بر اساس وزن کشی هفتگی با ترازوی استاندارد ویژه و با توجه به جیره ی طبیعی ۱۰ گرم به ازای هر ۱۰۰ گرم وزن بدن در روز، در هر قفس قرار داده می شد. موش ها پس از یک هفته آشنایی با فضای آزمایشگاه و دستکاری توسط یک فرد مشخص، به طور تصادفی به دو گروه کنترل و تمرین (همسان از نظر وزن) تقسیم شدند. موش های گروه کنترل در هیچ برنامه تمرینی شرکت نکردند. طول دوره تمرینی گروه تمرین استقامتی شدید ۱۶ هفته بود که در هر هفته ۵ روز به تمرین پرداختند.

آزمون جهت تعیین سرعت بیشینه با استفاده از اکسیژن مصرفی بیشینه: با استفاده از آزمون فزاینده استاندارد بیدفورد و همکاران (1979) (23) که توسط لاندرو و همکاران (2007)(24) جهت موش های صحرایی نژاد ویستار استاندارد سازی شده است اکسیژن مصرفی بیشینه موش های صحرایی محاسبه گردید. از هر موش صحرایی به صورت جداگانه آزمون گرفته شد. آزمون فزآینده به این­صورت بود که موش های صحرایی بر روی نوارگردان[xi] با سرعت ۵ متر بر دقیقه شروع به دویدن کردند هر سه دقیقه سرعت نوارگردان  ۵ متر بر دقیقه افزایش می­یافت آزمون تا لحظه رسیدن موش صحرایی به واماندگی ادامه می­یافت. سرعت نهایی موش صحرایی به عنوان سرعت بیشینه در زمان رسیدن به اکسیژن مصرفی بیشینه جهت محاسبه شدت­های تمرینی موش صحرایی استفاده گردید. از حیوانات هر دو هفته یک بار آزمون وامانده ساز گرفته و شدت تمرین با توجه به مقادیر جدید آزمون تعیین می­شد.

پروتکل پژوهش:کل دوره  تمرین به ۳ مرحله تقسیم شد:مرحله اول (مرحله آشناسازی): بعد از گذشت یک هفته آشنایی موش های صحرایی با محیط آزمایشگاه، ابتدا برنامه تمرینی یک هفته­ای دویدن روی نوارگردان با سرعتی معادل ۵ تا  ۱۵ متر در دقیقه و شیب صفر درصد و به مدت ۱۵ دقیقه در نظر گرفته شد.

مرحله دوم (مرحله اضافه بار): موش های صحرایی گروه تمرینی به­صورت هفتگی  5 تا ۱۰  دقیقه به مدت تمرین و 5 متر در دقیقه بر شدت آن­ها اضافه شد به­طوری­که در هفته چهارم مدت تمرینی آن­ها 5۰ دقیقه و سرعت دویدن آن­ها ۳۰ متر در دقیقه بود. سپس از هفته چهارم تا هفته نهم با همین سرعت و مدت تمرین کردند.

مرحله سوم (حفظ یا تثبیت بار): از هفته نهم تا هفته آخر به منظور افزایش شدت تمرین، سرعت نوارگردان به ۳۶ متر در دقیقه رسید. برنامه تمرینی 5 روز در هفته روی نوارگردان اجرا شد. شدت تمرین تقــریباً معادل ۷۵ تا ۹۰ درصد اکسیژن مصرفی بیشینه (۳۶ متر در دقیقه) و به مدت یک ساعت بود (25). با احتساب ۱۰ دقیقه گرم کردن و ۳ دقیقه سرد کردن، کل زمان تمرین از هفته نهم به بعد برای گروه تمرینی 6۳ دقیقه شد (جدول ۱).

باید به این نکته توجه داشت که نوارگردان دارای خطوط مختلفی بود که امکان دویدن برای هر یک از حیوانات را به طور مستقل فراهم می­کرد. به­منظور اطمینان از اینکه پروتکل تمرینی تعیین­شده به­طور مؤثری توسط حیوانات انجام شود میله­ای در انتهای نوارگردان ها تعبیه شد که در زمان برخورد موش صحرایی با آن یک شوک الکتریکی ضعیف اعمال می­کرد. شدت شوک الکتریکی اعمال شده از 3/0 تا 2 میلی­آمپر متغیر بود که برای تشویق حیوانات به دویدن بدون اینکه آن­ها را مجبور به دویدن کند کافی بود(25). همچنین به منظور اجتنـاب از بروز درد و نـاراحتی در حیوانـات تنها از موش های صحرایی که برنامه تمرین دویدن را با تسلط و به طور خود­به­خودی انجام دادند و در طول دوره تمرین نهایت 15 شوک دریافت کردند استفاده شد. موش های صحرایی که در حین انجام پروتکل تمرین تعداد شوک الکتریکی بیشتری دریافت کردند از مطالعه خارج شدند.

جدول ۱. برنامه 16 هفته­ای تمرینی استقامتی با شدت بالا برای موش­های صحرایی نر ویستار

روش های آزمایشگاهی: استخراج بافت: ۴۸ ساعت پس از اتمام آخرین جلسه تمرین و پس از ۱۲ ساعت ناشتایی، آزمودنی­ها با ترکیبی از داروی کتامین (۷۵ میلی گرم/ کیلوگرم) و زایلازین (۱۰ میلی گرم/ کیلوگرم) به­صورت تزریق داخل صفاقی بی­هوش شدند و در شرایط بی­هوشی عمیق، بطن راست آن­ها توسط آناتومیست جدا و بعد از شستشو در داخل فرمالین  ۱۰ درصد به عنوان ثبات­دهنده قرار داده شد. سپس،  24 ساعت بعد، بطن راست برش داده شد و در داخل پارافین مذاب غوطه­ور شدند. همچنین وزن قلب و بطن چپ با ترازوی دارای دقت نانوگرم (GR202 شرکت AND ژاپن) تعیین شد.

اندازگیری بیان ژن

برای بررسی بیان ژن­های PKP2 و TGF-β1  از تکنیکPCR   Real Time استفاده شد. ابتدا طراحی پرایمر انجام شد و سپس RNA کل از بافت­ها استخراج گردید و به cDNA تبدیل گردید. سپس cDNA به روش  PCR تکثیر شده و از نظر بیان ژن­های ذکر شده مورد بررسی قرار گرفت.

استخراج RNA کل: جهت بررسی های مولکولی در سطح بیان ژن، ابتدا استخراج RNA از بافت­ها در همه گروه­های مورد بررسی به­وسیله solution of TRIzol و به روش­دستی انجام گرفت. سپس RNA استخراج­شده تا زمان استفاده در دمای 80- قرار گرفت. به منظور اطمینان از خلوص نمونه های RNA استخراج شده از بافت از اسپکتروفوتومتر (NANODROP 2000, Thermo scientific)  جهت تعیین نسبت های جذبی A260/280 و A260/230، به ترتیب برای بررسی آلودگی پروتئین و آلودگی فنولی نمونه ها استفاده شد.

ساخت cDNA: پس از استخراج RNA با خلوص و غلظت بالا از تمامی نمونه­های مورد­مطالعه، مراحل سنتز cDNA  با استفاده از کیت  RevertAid First Strand cDNA Synthesis Kit  Thermo Scientific  و طبق پروتکل شرکت سازنده انجام گرفت و سپس cDNA سنتز شده جهت انجام واکنش رونویسی معکوس مورد استفاده قرار گرفت. ابتدا کلیه پرایمر های طراحی شده مربوط به تمامی ژن­ها، مورد بررسی قرار گرفت (پرایمرهای دو ژن هدف و ژن کنترل در جدول ۲ آورده شده است) و سپس بررسی بیان ژن­ها با استفاده از روش کمی q-RT PCR  انجام گرفت.

از تکنیک RT-qPCR جهت تایید بیان ژن های مورد مطالعه به صورت کمی استفاده شد. برای این منظور ابتدا با استفاده از محلول کیازول، RNA کل سلول ها طبق پروتکل سیناژن استخراج شد و جهت اطمینان از آلودگی با DNA ژنومیک، در معرض DNase I Fermentas قرار گرفت. سپس کیفیت RNA های استخراج شده با دستگاه اسپکترفتومتری (DPI-1, Kiagen) مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت تهیه cDNA تک رشته ای از پرایمر Oligo dt (MWG-Biotech, Germany) و آنزیم نسخه برداری معکوس (Fermentas) و بر اساس پروتکل مربوطه انجام شد. هر واکنش PCR با استفاده از PCR master mix (Applied Biosystems) و SYBER Green در دستگاه ABI Step One (Applied Biosystems, Sequences Detection Systems. Focter City, CA) طبق پروتکل شرکت سازنده انجام گرفت. 40 چرخه برای Real-Time PCR در نظر گرفته شد. مرحله واسرشتی[xii] در 94 درجه سانتی گراد برای 20 ثانیه ، مرحله اتصال[xiii] در 60-58 درجه سانتی گراد برای 30 ثانیه و مرحله گسترش[xiv] در 72 درجه سانتی گراد برای 30 ثانیه تنظیم شدند.

همچنین نسبت بیان ژن های مورد بررسی در این مطالعه، با روش مقایسه­ای چرخه آستانه (Thereshold Cycle: CT) مورد ارزیابی قرار گرفتند.

جدول ۲. توالی پرایمرهای استفاده شده   برای بیان ژن های پروتئین های دسموزومی

بیان پروتئین به روش وسترن بلات (Western blotting): برای انجام این روش آزمایشگاهی مقادیر مساوی از پروتئین به وسیله ژل پلی آکریل آمید SDS-PAGE، ۱۲ درصد جداسازی شد. بعد از مرحله الکتروفورز، پروتئین های ژل به کاغذ نیتروسلولز PVDF منتقل شد و کاغذ نیتروسلولز به مدت ۹۰ دقیقه در محلول بلاکینگ جهت پوشاندن جایگاه­های اتصال غیراختصاصی پروتئین قرار گرفت.

سپس کاغذ نیتروسلولز یک شب در آنتی بادی (PKP2) antibody-AB189323 و آنتی بادی  (TGF-β1) antibody-AB215715 شرکت abcam در دمای ۴ درجه سانتی­گراد قرار داده شد و در روز دوم سه بار با بافر TBS شستشو داده شد و سپس کاغذ نیتروسلولز یه مدت ۹۰ دقیقه با آنتی­بادی ثانویه انکوبه شد تا باند مورد نظر نمایان شود.

تحلیل آماری: پس از تأیید طبیعی بودن توزیع داده­ها با­استفاده­از آزمون شاپیرو ویلک، به­منظور بررسی تفاوت سطوح متغیرها در قبل و بعد در هر گروه از آزمون آماری t-test همبسته و بین دو گروه از آزمون آماری t-test مستقل استفاده شد سطح معناداری برای تمام مقایسه­های آماری در سطح (05/0≥ p) و دو­سویه در نظر گرفته شد. همچنین برای انجام محاسبات از نرم افزاز SPSS نسخه 16 استفاده شد.

نتایج

نتایج مربوط به وزن آزمودنی­ها در جدول ۳ قابل مشاهده است. اگرچه میانگین وزن بدن گروه کنترل از گروه تجربی بیشتر بود ولی این تفاوت معنادار نبود. در بررسی وزن کل قلب، این شاخص در گروه تمرینی به طور معناداری بیشتر از گروه کنترل بود (۰۲/۰ = P)  وزن بطن چپ در گروه تمرینی نسبت به گروه کنترل افزایش معناداری داشت (۰۱/۰ = P). همچنین نسبت وزن بطن چپ به وزن بدن در گروه تمرینی نسبت به گروه کنترل افزایش معناداری داشت (۰۲/۰ = P) 

جدول ۳. توصیف شاخص ارزیابی کننده هایپرتروفی بطن چپ موش­های صحرایی بعد از 16 هفته تمرین استقامتی شدید (میانگین ± انحراف معیار)

تغییرات ساختاری: جهت بررسی میزان فیبروز در نتیجه افزایش میزان رسوب کلاژن از رنگ آمیزی به روش ماسون تری کروم استفاده شد.

تغییرات بیان ژن و بیان پروتئبن: بیان نسبی mRNA عامل TGF-β1 و PKP2 در شکل ۴ نشان داده شده است. بررسی حاضر نشان می دهد که تفاوت معناداری در سطح بیان ژن TGF-β1 و PKP2 بین گروه تمرینی و گروه کنترل وجود دارد، به طوری که میزان بیان ژن TGF-β1 در گروه تمرینی بیشتر از گروه کنترل می باشد (۰۳/۰ = P) اما میزان بیان ژن PKP2 در گروه تمرینی کمتر از گروه کنترل است (0۴۳/۰ = P).

همچنین تغییرات بیان پروتئین TGF-β1 و PKP2 در پی تغییرات mRNA آن ها با استفاده از روش وسترن بلات^[xv] اندازه­گیری شد (شکل ۵). نتایج نشان داد که بیان پروتئین TGF-β1 در گروه تمرین استقامتی نسبت به گروه کنترل به صورت معناداری بیشتر بود  (۰۱/۰ = P) اما بیان پروتئین PKP2 در گروه تمرینی نسبت به گروه کنترل کم شده بود و این کاهش معنادار نبود (۵/۰ = P).

بحث و نتیجه­گیری

در بیشتر مطالعات تایید شده است که انجام تمرینات ورزشی منجر به تغییرات فیزیولوژیک ازجمله هایپرتروفی بطن چپ در افراد می شود (۳۲،۳۳). در تحقیق حاضر، پس از  ۱۶ هفته انجام برنامه تمرینی، شاهد هایپرتروفی بطن چپ در موش های صحرایی بودیم که اثر بخشی برنامه تمرینی استفاده شده را مورد تائید قرار می دهد.

در این پژوهش تغییرات بطن راست (تغییر در محتوای بافت فیبروزی، شاخص­های فیبروزی و پروتئین­های دسموزومی) متعاقب ۱۶ هفته تمرین استقامتی شدید مورد بررسی قرار گرفت. یافته­های تحقیق حاضر نشان می­دهد که قعالیت ورزشی استقامتی طولانی­مدت و شدید می تواند تغییرات به­ویژه در بطن راست ایجاد کند که این تغییرات می تواند بستری برای رخداد آریتمی شود.

اختلال در پروتئین های دسموزومی ناشی از انجام فعالیت شدید و طولانی­مدت: در تحقیق حاضر تأثیر ۱۶ هفته فعالیت استقامتی شدید بر بیان ژن و پروتئین دسموزومی PKP2 در موش های صحرایی بدون جهش ژن بررسی شد. نتایج  نشان داد بیان ژن PKP2 در گروه تمرین به صورت معنادار کمتر بود اما افت بیان پروتئین PKP2 در گروه تمرینی معنادار نبود. این میزان افت در بیان ژن PKP2  می­تواند با تغییر در آرایش  پروتئین­های دسموزومی زمینه ایجاد آریتمی را مهیا سازد. آکسفورد[xvi] و همکاران (۲۰۰۷) در مطالعه خود بر روی موش های صحرایی نوزاد به این نتیجه رسیدند که کاهش بیان پروتئین PKP2 با استفاده از فناوری از بین بردن RNA می تواند منجر به کم شدن بیان پروتین کانکسین ۴۳ ^[xvii](Cx43) شود از آن­جایی که وجود مقدار کافی Cx43 جهت تعدیل سرعت هدایت ایمپالس قلبی لازم است. بنابراین، کاهش در میزان بیان آن می­تواند به­طور­مستقیم باعث آریتمی شود(26). از طرفی ساتو[xviii] و همکاران (۲۰۰۹) نشان دادند که پروتئین PKP2 با کانال­های ولتاژی سدیم در ارتباط است و کاهش بیان پروتئین PKP2 باعث تغییر خواص جریان سدیم و سرعت انتشار پتانسیل عمل در سلول های قلبی می­شود که منجر به ایجاد آریتمی می­شود(27). بنابراین، کاهش بیان ژن PKP2 مستقل از جهش ژنتیکی می تواند منجر به آریتمی شود.

مطالعات قبلی نشان داده­اند که هرچند اجزای صفحات اینترکاله  (دسموزوم ها اتصالات شکافی  و اتصالات چسبان) در طی یک سال پس از تولد شکل می­گیرند، اما جایگزینی در مکان مناسب و بلوغ آنها تا نوجوانی ادامه می­یابد. بنابراین، عوامل محیطی مانند فعالیت ورزشی پس از تولد تا نوجوانی می­تواند بر بلوغ و جایگزینی صحیح این اجزاء صفحات اینترکاله تأثیر گذارد(28). همسو با تحقیق حاضر ساوانت[xix] و همکاران (۲۰۱۴) در تحقیق خود درمورد نقش فعالیت استقامتی در بیماران مبتلا به آریتمی بطن راست بدون جهش ژن دسموزومی به این نتیجه رسیدند که اگرچه بیماران مبتلا به آریتمی بطن راست بدون جهش ژن دسموزومی نسبت به بیماران دارای جهش ژن دسموزومی مدت فعالیت استقامتی سالانه برابری داشتند، اما شدت فعالیت آن ها بیشتر بوده است(11). همچنین آن ها مشاهده کردند که در بین ورزشکاران استقامتی، به ویژه ورزشکارانی که با شدت بالا تمرین می­کنند جهش­هایی در پروتئین­های دسموزومی آن ها رخ داده است که می­تواند به دلیل ضعف ژنتیکی در این افراد باشد(11). هیدباچل[xx] و همکاران (۲۰۰۳) در تحقیق خود بر روی 46 ورزشکار استقامتی که برای ارزیابی وضعیت آریتمی­های بطنی ارجاع داده شده بودند به این نتیجه رسیدند که ۸۶ درصد از آن ها همراه با اختلالاتی در بطن­ها به­ویژه بطن راست بودند که آن ها را مستعد ابتلا به آریتمی کرده بود. بنابراین براساس این گزارش فعالیت ورزشی استقامتی و شدید می­تواند مستقل از استعداد ژنتیکی منجر به ایجاد آریتمی بطن راست در ورزشکاران شود(29).

تمرین بیش از حد شدید و طولانی­مدت ممکن است هم از طریق اختلال در یکپارچگی دسموزوم ها و هم از طریق افزایش جایگزینی ترشحات فیبروزی با میوسیت­های طبیعی در بطن راست زمینه را برای تولید آریتمی مهیا سازد. اولین مطالعه که به بررسی نقش فعالیت ورزشی در ایجاد آریتمی بطن راست در بیماران مبتلا به جهش ژن دسموزومی پرداخت توسط جیمز[xxi] و همکاران (۲۰۱۳) صورت گرفت آن ها نشان دادند که انجام فعالیت ورزشی شدید و طولانی­مدت توسط افراد دارای جهش ژن­های دسموزومی خطر افزایش آریتمی بطن راست را افزایش می دهد(12). در مطالعه­ای دیگر ساوانت و همکاران (۲۰۱۴) درمورد تأثیر فعالیت ورزشی طولانی­مدت و شدید (بیش از ۷۰ درصد اکسیژن مصرفی بیشینه)  بر افراد دارای سن ۱۰ سال به بالا که دارای جهش در یکی از پروتئین­های دسموزومی بودند به سه یافته مهم پی بردند: اول اینکه افراد مبتلا به آریتمی بطن راست که ورزشکار استقامتی بودند نسبت به غیر­ورزشکاران در سن پایین­تری علائم بیماری آن­ها مشخص شده بود. دوم اینکه، ورزشکاران استقامتی و کسانی که برای مدت طولانی­تری در فعالیت استقامتی شرکت داشتند در هر دو گروه تظاهرات آریتمی بطن راست در آن­ها بیشتر بود و سوم اینکه فعالیت ورزشی استقامتی در بیماران مبتلا به آریتمی­زایی بطن راست منجر به وخیم­تر شدن وضعیت آریتمی در آن­ها و کاهش طول زندگی می­شود(11).

فیبروز بطن راست ناشی از انجام فعالیت شدید و طولانی­مدت: در رابطه با فیبروز بطن راست یافته­های تحقیق ما حاکی از بیشتر شدن معنادار در میزان بیان ژن و بیان پروتئین TGF-β1 متعاقب ۱۶ هفته تمرین استقامتی شدید و طولانی­مدت بود. TGF-β1 محرک قوی تولید کلاژن در میوکارد است که منجر به ایجاد بافت فیبروزی می­شود(18). تحقیقات آزمایشگاهی نشان می­دهد که هم تخریب ژنتیکی و هم استفاده از آنتی بادی­های ضد TGF-β1 منجر به جلوگیری از تکامل بافت فیبروز می­شود(20). بنابراین TGF-β1 نقش مهمی در نوسازی^[xxii] کلاژن دارد. نتایج نشان می­دهد که افزایش بیان TGF-β1 با ایجاد تغییر در عوامل رشد فیبروبلاست و برقراری عدم تعادل ماتریکس خارج سلولی می­تواند محیطی مناسبی جهت توسعه فیبروز بینابینی میوکارد ایجاد کندٍ(25). از­طرفی، در این تحقیق از رنگ­آمیزی به روش ماسون تری کروم^[xxiii] جهت مشاهده میزان رسوب کلاژن در بطن راست که منعکس­کننده مستقیم بافت فیبروز است استفاده شد. مطابق با تحقیقات قبلی، نتایج ما حاکی از رخداد فیبروز در بطن راست بود. این نشان می­دهد که بطن راست پس از تمرین شدید درازمدت مستعد ایجاد فیبروز است. همسو با تحقیق حاضر بنیتو[xxiv] و همکاران (۲۰۱۱) نشان دادند که انجام تمرین شدید و طولانی مدت در الگو حیوانی می تواند منجر به ایجاد هایپرتروفی اسنتریک^[xxv] بطن چپ، فیبروز بطن راست و افزایش شیوع آریتمی­های بطنی (۴۲ درصد در گروه تمرینی و تنها ۶ درصد در گروه کنترل) شود(25). در مطالعه ای دیگر رائو[xxvi] و همکاران (۲۰۱۸) نشان داده اند که پس از یک دوره تمرین استقامتی شدید تنها بطن راست دچار فیبروز می شود(14).

بیشتر مطالعات با استفاده از اکوکاردیوگرافی به بررسی تغییرات قلبی پرداخته­اند و مطالعات محدودی در زمینه تغییرات بافت قلبی ورزشکاران استقامتی موجود می­باشد(30,31). علارغم این­که چندین مطالعه انسانی (15) و حیوانی (14,25) گزارش کردند که انجام فعالیت ورزشی شدید می­تواند منجربه ایجاد بافت فیبروز در قلب شود اما تعدادی دیگر از مطالعات عدم ایجاد فیبروز قلبی درپی انجام تمرین شدید و طولانی­مدت را نشان دادند(16). بنابراین، رابطه بین تمرین استقامتی شدید و طولانی­مدت و رخداد فیبروز قلبی هم­چنان ناشناخته است. ون دشهور[xxvii] و همکاران (2016) سازوکارهای اصلی ایجاد فیبروز در ورزشکاران را مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که ترکیبی از استعداد ژنتیکی، التهاب میوکارد، افزایش فشار شریان ریوی، و آسیب­های ریز و تکراری ناشی از فعالیت ورزشی طولانی­مدت می­تواند منجر به ایجاد بافت فیبروز در ورزشکاران شود. بنابراین، هنگام بررسی رابطه بین فعالیت ورزشی شدید و طولانی­مدت و فیبروز میوکارد، عوامل کنترل­نشده زیادی در مطالعات انسانی وجود دارد(32).

در چند مطالعه­ای که از تصویربرداری رزونانس مغناطیسی قلب و عروق (MRI) برای ارزیابی قلب ورزشکاران استفاده شد مشخص شده است که میزان گادلینیوم^[xxviii] که نشان­دهنده فیبروز قلبی است در میان ورزشکاران استقامتی کهنه­کار افزایش یافته بود و میزان شیوع آن در بین این ورزشکاران 12 تا 50 درصد بود(33). در مطالعه­ای دیگر اشنل[xxix] و همکاران (۲۰۱۶) افزایش در میزان گادلینیوم را در ۵ نفر از ۳۹ ورزشکار استقامتی مشاهده کردند که فرضیه میزان فعالیت و ایجاد فیبروز میوکارد را مطرح کردند(15). با­این­حال، مطالعات دیگری نیز وجود دارند که با وجود استفاده از MRI نتوانستند وجود فیبروز را در ورزشکاران استقامتی مشاهده کنند(33,34). بوم[xxx] و همکاران (۲۰۱۶) در مطالعه خود بر روی ورزشکاران حرفه­ای (میانگین سن 47 سالگی) با استفاده از MRI به این نتیجه رسیدند که میزان گادولینیم تنها در یک مورد از 39 ورزشکار استقامتی افزایش یافته بود(35).

سازوکاری که به واسطه آن فعالیت ورزشی ممکن است اثرات نامطلوبی بر ساختار و عملکرد بطن راست ایجاد کند به طور مشخصی مورد بررسی قرار نگرفته است. اما ممکن است پاسخ این سوال را در تفاوت­های ساختاری بطن راست و چپ و همچنین تفاوت در پاسخ های همودینامیکی گردش خون عمومی و ریوی در زمان انجام فعالیت ورزشی جستجو نمود. بطن راست در مقایسه با بطن چپ  به دلیل دیواره نازک تر و آناتومی غیر­بیضوی آن به تغییرات حاد ایجاد­شده در پیش­بار و پس­بار بطنی در حین انجام فعالیت ورزشی حساس­تر است. اندازه­گیری­های مقاومت عروقی با استفاده از روش­های تهاجمی نشان می­دهد که در­حین انجام فعالیت­های ورزشی مقاومت عروق عمومی بیش از 75 درصد کاهش می­یابد و این در­حالی است که مقاومت عروق ریوی تنها به میزان 30 الی 50 درصد کاهش پیدا می­کند(36).  به­همین دلیل در حین انجام فعالیت­های ورزشی شدید، فشارخون گردش ریوی به طور نسبی بسیار بیشتر از فشار خون گردش عمومی افزایش می­یابد و علاوه بر آن افزایش همزمان در میزان برون ده قلبی منجر به افزایش بیشتر تنش دیواره بطن راست در مقایسه با بطن چپ می­شود. مطالعات انجام­شده نشان می­دهد که تنش دیواره بطن راست در حین فعالیت­های ورزشی شدید در مقایسه با زمان استراحت به میزان 170 درصد افزایش پیدا می کند این در­حالی است که تنش دیواره در بطن چپ تنها به میزان 23 درصد افزایش می­یابد(37). درنتیجه همه این عوامل منجر به افزایش پس­بار بطن راست و متعاقب آن افزایش بیشتر بار­کاری بطن راست در­مقایسه با بطن چپ می­شود. از طرفی این اضافه­بار قلبی وارد شده در ابتدا منجر به تغییرات  فیزیولوژیک و مفید می­شود اما در طولانی­مدت این اضافه­بار می­تواند باعث رخداد تغییرات پاتولوژیک در ورزشکاران شود. مطالعات زیادی نشان داده­اند که مسیر پیام­رسانی تغییرات فیزیولوژیک و پاتولوژیک متفاوت است. اما اطلاعات جدید نشان می­دهد که تحریک بیش از حد دستگاه­ها فیزیولوژیکی می­تواند منجر به پاسخ­های ناسازگار و پاتولوژیک شود(25).

محدودیت تحقیق: در زمان اجرای پروتکل تمرینی از شوک به­عنوان ابزاری جهت جلوگیری از استراحت موش های صحرایی استفاده شد. هرچند موش های صحرایی که بیشتر از ۱۵ شوک دریافت می­کردند از مطالعه خارج می­شدند ولی نمی­توان احتمال رخداد فشار عاطفی در موش های صحرایی که پروتکل تمرینی را انجام می­دادند نادیده گرفت. از طرفی تعمیم دقیق پروتکل تمرینی موش های صحرایی به انسان دشوار است. از آنجایی که تقریبا دوره حیات معمولی موش های صحرایی  2 تا 5/۲ سال است، پروتکل تمرین ۱۷ هفته ای (۱ هفته آشناسازی به همراه 16 هفته تمرین شدید) تقریبا معادل 10 سال فعالیت ورزشی روزانه در انسان برآورد شده است. همچنین در این مطالعه فقط موش های صحرایی نر مورد آزمایش قرار گرفتند. عوامل مرتبط با سن و جنس می­تواند به­طور قابل­توجهی بر ساختار و عملکرد قلب تأثیر بگذارد که در مطالعه ما مورد تجزیه و تحلیل قرار نگرفت(25).

فعالیت ورزشی با مزایایی سلامتی زیادی همراه است و موجب تغییرات ساختاری و عملکردی بسیاری بر قلب می شود که باعث افزایش عملکرد و جلوگیری از نارسایی قلبی می­شود. با­این­حال، نتایج مطالعات نشان می­دهد که در حین فعالیت ورزشی شدید و طولانی­مدت چالش همودینامیکی قابل­توجهی بر بطن راست به دلیل افزایش نامتناسب میزان پس­بار و تنش دیواره بطن راست ایجاد می­شود که اگر تمرین شدید برای دوره­های طولانی ادامه یابد می­تواند باعث خستگی قلبی، تغییرات ساختاری پاتولوژیک و آریتمی شود. همچنین مشخص شده است که فعالیت ورزشی استقامتی و شدید می­تواند مستقل از استعداد ژنتیکی منجر به ایجاد آریتمی در بطن راست ورزشکاران استقامتی شود با توجه به این نتایج، فعالیت ورزشی استقامتی شدید و طولانی­مدت از طریق بر هم زدن ساختار دسموزوم ها و تشکیل بافت فیبروزی می تواند باعث ایجاد تغییرات پاتولوژیک در بطن راست شود.