Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của bài tập aerobic cường độ cao và thấp đến xương ở chuột
Springer Science and Business Media LLC - Trang 1-11 - 2024
Tóm tắt
Cường độ bài tập ảnh hưởng đến lợi ích của việc tập aerobic. Các mục tiêu của chúng tôi là trong bài tập aerobic với các cường độ khác nhau, xác định (1) những thay đổi trong các gen liên quan đến chuyển hóa xương sau khi tập luyện cấp tính và (2) sự thay đổi về khối lượng xương, sức mạnh, quá trình tái cấu trúc và các protein liên quan đến hình thành xương sau khi tập luyện dài hạn. Tổng cộng có 36 con chuột đực C57BL/6J được chia thành một nhóm đối chứng và các nhóm tập luyện với 3 cường độ khác nhau: thấp, vừa phải hoặc cao. Mỗi nhóm tập luyện được phân thành nhóm tập luyện cấp tính hoặc dài hạn. Xương chày sau khi tập luyện cấp tính được đánh giá bằng phân tích PCR thời gian thực. Hơn nữa, chi sau của những con chuột được tập luyện dài hạn được đánh giá bằng phân tích micro-CT, sinh cơ học, mô học và miễn dịch hóa học. Tập luyện cấp tính với cường độ vừa phải làm giảm mức độ RANKL, một dấu hiệu của quá trình hấp thụ xương, trong khi tập luyện với cường độ thấp và cao không làm thay đổi nó. Ngoài ra, chỉ có việc tập luyện dài hạn với cường độ vừa phải làm tăng khối lượng và sức mạnh xương. Tập luyện với cường độ vừa phải thúc đẩy hoạt động của tế bào tạo xương và ức chế hoạt động của tế bào hủy xương. Sau khi tập luyện cường độ thấp và cao, hoạt động của tế bào tạo xương và tế bào hủy xương không thay đổi. Chúng tôi đã quan sát thấy sự gia tăng số lượng tế bào dương tính với β-catenin và sự giảm số tế bào dương tính với sclerostin chỉ trong nhóm cường độ vừa phải. Những kết quả này cho thấy rằng tập luyện cường độ vừa phải có thể ức chế quá trình hấp thụ xương sớm hơn, và việc tập luyện dài hạn có thể tăng khối lượng và sức mạnh xương thông qua việc thúc đẩy hình thành xương thông qua sự kích hoạt Wnt/β-catenin. Tập luyện cường độ cao, thường được coi là tốt hơn cho xương, có thể không kích thích quá trình tái cấu trúc xương, dẫn đến không có sự thay đổi về khối lượng và sức mạnh xương. Các phát hiện của chúng tôi gợi ý rằng tập luyện với cường độ vừa phải, không quá thấp cũng không quá cao, có thể duy trì sức khỏe xương.
Từ khóa
#bài tập aerobic #cường độ tập luyện #xương #chuột #hình thành xương #tế bào tạo xương #tế bào hủy xương #RANKL #β-catenin #sclerostinTài liệu tham khảo
Bolam KA, Van Uffelen JGZ, Taaffe DR (2013) The effect of physical exercise on bone density in middle-aged and older men: a systematic review. Osteoporos Int 24:2749–2762. https://doi.org/10.1007/s00198-013-2346-1
Ma D, Wu L, He Z (2013) Effects of walking on the preservation of bone mineral density in perimenopausal and postmenopausal women: a systematic review and meta-analysis. Menopause 20:1216–1226. https://doi.org/10.1097/gme.0000000000000100
Davidović Cvetko E, Nešić N, Matić A et al (2022) Effects of 8-week increment aerobic exercise program on bone metabolism and body composition in young non-athletes. Eur J Appl Physiol 122:1019–1034. https://doi.org/10.1007/s00421-022-04900-y
Burrows M (2007) Exercise and bone mineral accrual in children and adolescents. J Sport Sci Med 6:305–312
Khan K, McKay HA, Haapasalo H et al (2000) Does childhood and adolescence provide a unique opportunity for exercise to strengthen the skeleton? J Sci Med Sport 3:150–164. https://doi.org/10.1016/S1440-2440(00)80077-8
Benedetti MG, Furlini G, Zati A, Mauro GL (2018) The effectiveness of physical exercise on bone density in osteoporotic patients. Biomed Res Int. https://doi.org/10.1155/2018/4840531
Olmedillas H, González-Agüero A, Moreno LA et al (2013) Is bone tissue really affected by swimming? A systematic review. BMC Med 10:168. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070119
Kistler-Fischbacher M, Weeks BK, Beck BR (2021) The effect of exercise intensity on bone in postmenopausal women (part 2): a meta-analysis. Bone 143:115697. https://doi.org/10.1016/j.bone.2020.115697
Bennell KL, Malcolm SA, Thomas SA et al (1996) Risk factors for stress fractures in track and field athletes: a twelve- month prospective study. Am J Sports Med 24:810–818. https://doi.org/10.1177/036354659602400617
Herbert AJ, Williams AG, Hennis PJ et al (2019) The interactions of physical activity, exercise and genetics and their associations with bone mineral density: implications for injury risk in elite athletes. Eur J Appl Physiol 119:29–47. https://doi.org/10.1007/s00421-018-4007-8
Guillemant J, Accarie C, Peres G, Guillemant S (2004) Acute effects of an oral calcium load on markers of bone metabolism during endurance cycling exercise in male Athletes. Calcif Tissue Int 74:407–414. https://doi.org/10.1007/s00223-003-0070-0
Scott JPR, Sale C, Greeves JP et al (2010) The effect of training status on the metabolic response of bone to an acute bout of exhaustive treadmill running. J Clin Endocrinol Metab 95:3918–3925. https://doi.org/10.1210/jc.2009-2516
Dolan E, Varley I, Ackerman KE et al (2020) The bone metabolic response to exercise and nutrition. Exerc Sport Sci Rev 48:49–58. https://doi.org/10.1249/JES.0000000000000215
Gardinier JD, Al-Omaishi S, Morris MD, Kohn DH (2016) PTH signaling mediates perilacunar remodeling during exercise. Matrix Biol 52–54:162–175. https://doi.org/10.1016/j.matbio.2016.02.010
Liu Z, Gao J, Gong H (2019) Effects of treadmill with different intensities on bone quality and muscle properties in adult rats. Biomed Eng Online 18:1–18. https://doi.org/10.1186/s12938-019-0728-0
Latza J, Otte M, Lindner T et al (2020) Interval training is not superior to endurance training with respect to bone accrual of ovariectomized mice. Front Physiol. https://doi.org/10.3389/fphys.2020.01096
Scott JPR, Sale C, Greeves JP et al (2011) The role of exercise intensity in the bone metabolic response to an acute bout of weight-bearing exercise. J Appl Physiol 110:423–432. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00764.2010
Chen X, Li L, Guo J et al (2016) Treadmill running exercise prevents senile osteoporosis and upregulates the Wnt signaling pathway in SAMP6 mice. Oncotarget. https://doi.org/10.18632/oncotarget.12125
Zhang L, Chen X, Wu J et al (2017) The effects of different intensities of exercise and active vitamin D on mouse bone mass and bone strength. J Bone Miner Metab 35:265–277. https://doi.org/10.1007/s00774-016-0764-9
Troib A, Guterman M, Rabkin R et al (2016) Endurance exercise and growth hormone improve bone formation in young and growth-retarded chronic kidney disease rats. Nephrol Dial Transplant 31:1270–1279. https://doi.org/10.1093/ndt/gfv373
Friedman MA, Bailey AM, Rondon MJ et al (2016) Calcium- and phosphorus-supplemented diet increases bone mass after short-term exercise and increases bone mass and structural strength after long-term exercise in adult mice. PLoS One 11:1–21. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0151995
Chang X, Xu S, Zhang H (2022) Regulation of bone health through physical exercise: mechanisms and types. Front Endocrinol (Lausanne) 13:1–13. https://doi.org/10.3389/fendo.2022.1029475
Li J, Xue J, Jing Y et al (2019) SOST deficiency aggravates osteoarthritis in mice by promoting sclerosis of subchondral bone. Biomed Res Int. https://doi.org/10.1155/2019/7623562
Galea GL, Lanyon LE, Price JS (2017) Sclerostin’s role in bone’s adaptive response to mechanical loading. Bone 96:38–44. https://doi.org/10.1016/j.bone.2016.10.008
Lin C, Jiang X, Dai Z et al (2009) Sclerostin mediates bone response to mechanical unloading through antagonizing Wnt/β-catenin signaling. J Bone Miner Res 24:1651–1661. https://doi.org/10.1359/jbmr.090411
Schefer V, Talan MI (1996) Oxygen consumption in adult and aged C57BL/6J mice during acute treadmill exercise of different intensity. Exp Gerontol 31:387–392. https://doi.org/10.1016/0531-5565(95)02032-2
Fernando P, Bonen A, Hoffman-Goetz L (1993) Predicting submaximal oxygen consumption during treadmill running in mice. Can J Physiol Pharmacol 71:854–857. https://doi.org/10.1139/y93-128
Kawamoto T (2003) Use of a new adhesive film for the preparation of multi-purpose fresh-frozen sections from hard tissues, whole-animals, insects and plants. Arch Histol Cytol 66:123–143
Komori T (2019) Regulation of proliferation, differentiation and functions of osteoblasts by runx2. Int J Mol Sci. https://doi.org/10.3390/ijms20071694
Wada T, Nakashima T, Hiroshi N, Penninger JM (2006) RANKL-RANK signaling in osteoclastogenesis and bone disease. Trends Mol Med 12:17–25. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2005.11.007
Kaneguchi A, Ozawa J, Kawamata S, Yamaoka K (2017) Development of arthrogenic joint contracture as a result of pathological changes in remobilized rat knees. J Orthop Res 35:1414–1423. https://doi.org/10.1002/jor.23419
Inoue S, Hatakeyama J, Aoki H et al (2021) Utilization of mechanical stress to treat osteoporosis: the effects of electrical stimulation, radial extracorporeal shock wave, and ultrasound on experimental osteoporosis in ovariectomized rats. Calcif Tissue Int 109:215–229. https://doi.org/10.1007/s00223-021-00831-6
Herberg S, Kondrikova G, Hussein KA et al (2014) Total body irradiation is permissive for mesenchymal stem cell-mediated new bone formation following local transplantation. Tissue Eng Part A 20:3212–3227. https://doi.org/10.1089/ten.tea.2013.0663
Wallace IJ, Pagnotti GM, Rubin-Sigler J et al (2015) Focal enhancement of the skeleton to exercise correlates with responsivity of bone marrow mesenchymal stem cells rather than peak external forces. J Exp Biol 218:3002–3009. https://doi.org/10.1242/jeb.118729
Hammond MA, Laine TJ, Berman AG, Wallace JM (2016) Treadmill exercise improves fracture toughness and indentation modulus without altering the nanoscale morphology of collagen in mice. PLoS One. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0163273
Sehmisch S, Uffenorde J, Maehlmeyer S et al (2010) Evaluation of bone quality and quantity in osteoporotic mice - the effects of genistein and equol. Phytomedicine 17:424–430. https://doi.org/10.1016/j.phymed.2009.10.004
Stürmer EK, Seidlová-Wuttke D, Sehmisch S et al (2006) Standardized bending and breaking test for the normal and osteoporotic metaphyseal tibias of the rat: effect of estradiol, testosterone, and raloxifene. J Bone Miner Res 21:89–96. https://doi.org/10.1359/JBMR.050913
Moriyama H, Kanemura N, Brouns I et al (2012) Effects of aging and exercise training on the histological and mechanical properties of articular structures in knee joints of male rat. Biogerontology 13:369–381. https://doi.org/10.1007/s10522-012-9381-8
Gardinier JD, Rostami N, Juliano L, Zhang C (2018) Bone adaptation in response to treadmill exercise in young and adult mice. Bone Reports 8:29–37. https://doi.org/10.1016/j.bonr.2018.01.003
Farsani ZH, Banitalebi E, Faramarzi M, Bigham-Sadegh A (2019) Effects of different intensities of strength and endurance training on some osteometabolic miRNAs, Runx2 and PPARγ in bone marrow of old male wistar rats. Mol Biol Rep 46:2513–2521. https://doi.org/10.1007/s11033-019-04695-w
Chen Y, Wang S, Bu S (2011) Treadmill training prevents bone loss by inhibition of PPAR c expression but not promoting of Runx2 expression in ovariectomized rats. Eur J Appl Physiol. https://doi.org/10.1007/s00421-010-1820-0
Tobeiha M, Moghadasian MH, Amin N, Jafarnejad S (2020) RANKL/RANK/OPG pathway: a mechanism involved in exercise-induced bone remodeling. Biomed Res Int. https://doi.org/10.1155/2020/6910312
Marques EA, Wanderley F, Machado L et al (2011) Effects of resistance and aerobic exercise on physical function, bone mineral density, OPG and RANKL in older women. Exp Gerontol 46:524–532. https://doi.org/10.1016/j.exger.2011.02.005
Dekker J, Nelson K, Kurgan N, Falk B, Josse AKP (2017) The effects of a single bout of plyometric exercise on anabolic and catabolic osteokines in girls and adolescents. Pediatr Exerc Sci 29:504–512
Pichler K, Loreto C, Leonardi R et al (2013) RANKL is downregulated in bone cells by physical activity (treadmill and vibration stimulation training) in rat with glucocorticoid-induced osteoporosis. Histol Histopathol 28:1185–1196. https://doi.org/10.14670/HH-28.1185
Zhang L, Yuan Y, Wu W et al (2020) Medium-intensity treadmill exercise exerts beneficial effects on bone modeling through bone marrow mesenchymal stromal cells. Front Cell Dev Biol 8:1–13. https://doi.org/10.3389/fcell.2020.600639
Wallace JM, Rajachar RM, Allen MR et al (2007) Exercise-induced changes in the cortical bone of growing mice are bone- and gender-specific. Bone 40:1120–1127. https://doi.org/10.1016/j.bone.2006.12.002
Niehoff A, Kersting UG, Zaucke F et al (2004) Adaptation of mechanical, morphological, and biochemical properties of the rat growth plate to dose-dependent voluntary exercise. Bone 35:899–908. https://doi.org/10.1016/j.bone.2004.06.006
Lee S, Shin YA, Cho J et al (2022) Moderate-intensity exercise preserves bone mineral density and improves femoral trabecular bone microarchitecture in middle-aged mice. J Bone Metab 29:103–111. https://doi.org/10.11005/jbm.2022.29.2.103
Koenen K, Knepper I, Klodt M et al (2017) Sprint interval training induces a sexual dimorphism but does not improve peak bone mass in young and healthy mice. Sci Rep 7:1–10. https://doi.org/10.1038/srep44047
Lupsa BC (2015) Bone health and osteoporosis. Endocrinol metab Clin 44:208020
Cheung AM, Giangregorio L (2012) Mechanical stimuli and bone health: what is the evidence? Curr Opin Rheumatol 24:561–566. https://doi.org/10.1097/BOR.0b013e3283570238
Kistler-Fischbacher M, Weeks BK, Beck BR (2021) The effect of exercise intensity on bone in postmenopausal women (part 1): a systematic review. Bone 143:115697. https://doi.org/10.1016/j.bone.2020.115697
Robling AG, Niziolek PJ, Baldridge LA et al (2008) Mechanical stimulation of bone in vivo reduces osteocyte expression of Sost/sclerostin. J Biol Chem 283:5866–5875. https://doi.org/10.1074/jbc.M705092200
Morse A, McDonald MM, Kelly NH et al (2014) Mechanical load increases in bone formation via a sclerostin-independent pathway. J Bone Miner Res 29:2456–2467. https://doi.org/10.1002/jbmr.2278
Chen J, Long F (2013) Β-catenin promotes bone formation and suppresses bone resorption in postnatal growing mice. J Bone Miner Res 28:1160–1169. https://doi.org/10.1002/jbmr.1834
Chen X, Yang K, Sun P et al (2021) Exercise improves bone formation by upregulating the Wnt3a/β-catenin signalling pathway in type 2 diabetic mice. Diabetol Metab Syndr 13:1–13. https://doi.org/10.1186/s13098-021-00732-6
Pervaiz N, Hoffman-goetz L (2012) Immune cell inflammatory cytokine responses differ between central and systemic compartments in response to acute exercise in mice. Exerc Immunol Rev 18:142–157
Almeida M, Han L, Martin-Millan M et al (2007) Oxidative stress antagonizes Wnt signaling in osteoblast precursors by diverting β-catenin from T cell factor- to forkhead box O-mediated transcription. J Biol Chem 282:27298–27305. https://doi.org/10.1074/jbc.M702811200
Ruhee RT, Ma S, Suzuki K (2020) Protective effects of sulforaphane on exercise-induced organ damage via inducing antioxidant defense responses. Antioxidants 9:1–15. https://doi.org/10.3390/antiox9020136
Fresvig T, Ludvigsen P, Steen H, Reikerås O (2008) Fibre optic Bragg grating sensors: an alternative method to strain gauges for measuring deformation in bone. Med Eng Phys 30:104–108. https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2007.01.006