Synergistic Effect of Aerobic Exercise Intensity and Creatine Monohydrate Supplementation on Energy Metabolism Biomarkers in Mice Cardiac Ventricular Muscle Tissue

Abstract

Amaç: Kreatin monohidrat (CrM) takviyesinin ve farklı yoğunluktaki aerobik egzersizin farelerin kardiyak ventriküler kas dokusundaki enerji metabolizmasının temel biyobelirteçleri üzerindeki kombine etkile-rini araştırmaktır. Materyal ve Metod: Kırk iki erkek BALB/c faresi rastgele altı gruba ayrıldı (grup başına n=7): kontrol (C), CrM takviyesi (C+CrM), düşük yoğunluklu egzersiz (LIE), CrM takviyesiyle LIE (LIE+CrM), yüksek yoğunluklu egzersiz (HIE) ve CrM takviyesiyle HIE (HIE+CrM). Sekiz hafta boyunca, egzersiz grupları haftada beş gün koşu bandında egzersiz uygulanırken, CrM grupları %4 CrM ile zenginleştirilmiş bir diyet aldı. Anahtar biyobelirteçler; miyosit güçlendirici faktör 2A (MEF2A), monokarboksilat taşıyıcı 1 (MCT1), pirüvat dehi-drogenaz (PDH), peroksisom proliferatör aktive reseptör gama koaktivatör 1-alfa (PGC-1α) ve mitokondri-yal transkripsiyon faktörü A (TFAM) ELISA testleri kullanılarak kardiyak ventriküler kas dokusunda kantifize edildi. Bulgular: LIE+CrM grubu, C+CrM grubuna kıyasla MEF2A'da önemli bir artış gösterdi (p<0,05). PDH seviye-leri, hem LIE+CrM hem de HIE+CrM gruplarında, C ve C+CrM gruplarına kıyasla önemli ölçüde daha yüksekti (p<0,05). PGC-1α seviyeleri, LIE+CrM grubunda en yüksekti ve istatistiksel anlamlılığa yaklaşıyor-du (p=0,051). TFAM ekspresyonu, LIE+CrM grubunda, LIE, HIE ve C+CrM gruplarına kıyasla önemli ölçüde yüksekti (p<0,05). MCT1 seviyeleri, LIE+CrM grubunda anlamlı olmayan bir artış eğilimi gösterdi. Sonuç: Düşük yoğunluklu aerobik egzersizle birleştirilen CrM takviyesi, kardiyak ventriküler kas dokusun-da mitokondriyal biyogenez ve enerji metabolizmasıyla ilişkili temel biyobelirteçleri önemli ölçüde artırır. Bu bulgular, kardiyak enerji metabolizmasını optimize edebilecek ve kardiyovasküler sağlığı iyileş-tirebilecek sinerjik bir etkiye işaret ediyor.

Keywords

• Creatine monohydrate
• Aerobic exercise intensity
• Cardiac energy metabolism
• Mitochondrial biogenesis

Ethical Statement

The experimental protocol was reviewed and approved by the Harran University Animal Experiments Local Ethics Committee (Approval No.: 2024/005, Decision No.: 01-11).

Aerobik Egzersiz Yoğunluğunun ve Kreatin Monohidrat Takviyesinin Fare Kardiyak Ventrikül Kas Dokusunda Enerji Metabolizması Biyobelirteçleri Üzerindeki Sinerjitik Etkisi

Abstract

Amaç: Kreatin monohidrat (CrM) takviyesinin ve farklı yoğunluktaki aerobik egzersizin farelerin kardiyak ventriküler kas dokusundaki enerji metabolizmasının temel biyobelirteçleri üzerindeki kombine etkile-rini araştırmaktır. Materyal ve Metod: Kırk iki erkek BALB/c faresi rastgele altı gruba ayrıldı (grup başına n=7): kontrol (C), CrM takviyesi (C+CrM), düşük yoğunluklu egzersiz (LIE), CrM takviyesiyle LIE (LIE+CrM), yüksek yoğunluklu egzersiz (HIE) ve CrM takviyesiyle HIE (HIE+CrM). Sekiz hafta boyunca, egzersiz grupları haftada beş gün koşu bandında egzersiz uygulanırken, CrM grupları %4 CrM ile zenginleştirilmiş bir diyet aldı. Anahtar biyobelirteçler; miyosit güçlendirici faktör 2A (MEF2A), monokarboksilat taşıyıcı 1 (MCT1), pirüvat dehi-drogenaz (PDH), peroksisom proliferatör aktive reseptör gama koaktivatör 1-alfa (PGC-1α) ve mitokondri-yal transkripsiyon faktörü A (TFAM) ELISA testleri kullanılarak kardiyak ventriküler kas dokusunda kantifize edildi. Bulgular: LIE+CrM grubu, C+CrM grubuna kıyasla MEF2A'da önemli bir artış gösterdi (p<0,05). PDH seviye-leri, hem LIE+CrM hem de HIE+CrM gruplarında, C ve C+CrM gruplarına kıyasla önemli ölçüde daha yüksekti (p<0,05). PGC-1α seviyeleri, LIE+CrM grubunda en yüksekti ve istatistiksel anlamlılığa yaklaşıyor-du (p=0,051). TFAM ekspresyonu, LIE+CrM grubunda, LIE, HIE ve C+CrM gruplarına kıyasla önemli ölçüde yüksekti (p<0,05). MCT1 seviyeleri, LIE+CrM grubunda anlamlı olmayan bir artış eğilimi gösterdi. Sonuç: Düşük yoğunluklu aerobik egzersizle birleştirilen CrM takviyesi, kardiyak ventriküler kas dokusun-da mitokondriyal biyogenez ve enerji metabolizmasıyla ilişkili temel biyobelirteçleri önemli ölçüde artırır. Bu bulgular, kardiyak enerji metabolizmasını optimize edebilecek ve kardiyovasküler sağlığı iyileş-tirebilecek sinerjik bir etkiye işaret ediyor.

Keywords

• Kreatin monohidrat
• Aerobik egzersiz yoğunluğu
• Kardiyak enerji metabolizması
• Mitokondriyal biyogenez

References

1. 1. Tuomainen T, Tavi P. The role of cardiac energy metabo-lism in cardiac hypertrophy and failure. Experimental Cell Research. 2017;360(1):12-18.
2. 2. Siasos G, Tsigkou V, Kosmopoulos M, Theodosiadis D, Simantiris S, Tagkou NM, et al. Mitochondria and cardio-vascular diseases—from pathophysiology to treatment. Ann Transl Med. 2018;6(12):256.
3. 3. Kuznetsov A V., Javadov S, Margreiter R, Grimm M, Ha-genbuchner J, Ausserlechner MJ. The role of mitochondria in the mechanisms of cardiac ischemia-reperfusion injury. Antioxidants. 2019;8(10):454.
4. 4. Kunkel GH, Chaturvedi P, Tyagi SC. Mitochondrial pathways to cardiac recovery: TFAM. Heart Fail Rev. 2016;21(5):499-517.
5. 5. Lim AY, Chen YC, Hsu CC, Fu TC, Wang JS. The Effects of Exercise Training on Mitochondrial Function in Cardiovas-cular Diseases: A Systematic Review and Meta-Analysis. International Journal of Molecular Sciences. 2022;23:12559.
6. 6. Smiles WJ, Camera DM. More than mitochondrial bioge-nesis: Alternative roles of PGC-1α in exercise adaptation. Journal of Physiology. 2015;593(9):2115-2117.
7. 7. Li L, Mühlfeld C, Niemann B, Pan R, Li R, Hilfiker-Kleiner D, et al. Mitochondrial biogenesis and PGC-1α deacetyla-tion by chronic treadmill exercise: Differential response in cardiac and skeletal muscle. Basic Res Cardiol. 2011;106(6):1221-1234.
8. 8. Taskin S, Celik H, Demiryurek S, Turedi S, Taskin A. Effects of different-intensity exercise and creatine supplementa-tion on mitochondrial biogenesis and redox status in mice. Iran J Basic Med Sci. 2022;26(8):1009-1015.

9. 9. Gowayed M, Mahmoud S, El Sayed Y, Abu Samra N, Kamel M. Enhanced mitochondrial biogenesis is associa-ted with the ameliorative action of creatine supplementa-tion in rat soleus and cardiac muscles. Exp Ther Med. 2020;19(1):384-392.
10. 10. Casey A, Greenhaff PL. Does dietary creatine supplemen-tation play a role in skeletal muscle metabolism and per-formance? In: American Journal of Clinical Nutrition. 2000;72(2):607S-617S.
11. 11. Marshall RP, Droste JN, Giessing J, Kreider RB. Role of Creatine Supplementation in Conditions Involving Mitoc-hondrial Dysfunction: A Narrative Review. Nutrients. 2022;14(3):529.
12. 12. Boyadjiev N, Popov D, Delchev S. Exercise performance and muscle contractile properties after creatine monohyd-rate supplementation in aerobic-anaerobic training rats. J Sports Sci Med. 2007;6(4).
13. 13. Gu C, Yan J, Zhao L, Wu G, Wang YL. Regulation of Mitoc-hondrial Dynamics by Aerobic Exercise in Cardiovascular Diseases. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 2021; 13(8):788505.
14. 14. Benite-Ribeiro SA, Barbosa HC, Ramadan W, dos Santos JM. Exercise-mediated increase in PGC1α and MEF2 expression in type 2 diabetes mellitus. Gene Rep. 2023;31:101758.
15. 15. Bonen A. The expression of lactate transporters (MCT1 and MCT4) in heart and muscle. Eur J Appl Physiol. 2001;86(1):6-11.
16. 16. Kim Y, Phan D, Van Rooij E, Wang DZ, McAnally J, Qi X, et al. The MEF2D transcription factor mediates stress-dependent cardiac remodeling in mice. Journal of Clinical Investigation. 2008;118(1):124-132.
17. 17. Seo DY, Kwak HB, Kim AH, Park SH, Heo JW, Kim HK, et al. Cardiac adaptation to exercise training in health and disease. Pflugers Archiv European Journal of Physiology. 2020;472(2):155-168.
18. 18. Leem YH, Kato M, Chang H. Regular exercise and creatine supplementation prevent chronic mild stress-induced dec-rease in hippocampal neurogenesis via Wnt/GSK3β/β-catenin pathway. J Exerc Nutrition Biochem. 2018;22(2):1-6.
19. 19. Chen X, Li L, Guo J, Zhang L, Yuan Y, Chen B, et al. Tread-mill running exercise prevents senile osteoporosis and up-regulates the Wnt signaling pathway in SAMP6 mice. On-cotarget. 2016;7(44): 71072-71086.
20. 20. Kayacan Y, Çetinkaya A, Yazar H, Makaracı Y. Oxidative stress response to different exercise intensity with an au-tomated assay: thiol/disulphide homeostasis. Arch Physiol Biochem. 2021;127(6):504-508.
21. 21. Piantadosi CA, Suliman HB. Redox regulation of mitoc-hondrial biogenesis. Free Radical Biology and Medicine. 2012;53(11):2043-2053.
22. 22. Carrillo ED, Hernández DI, Clara MV, Lezama I, García MC, Sánchez JA. Exercise increases MEF2A abundance in rat cardiac muscle by downregulating microRNA-223-5p. Sci Rep. 2023;13(1): 14481.
23. 23. Halestrap AP. The monocarboxylate transporter family-Structure and functional characterization. IUBMB Life. 2012;64(1):1-9.
24. 24. Sun W, Liu Q, Leng J, Zheng Y, Li J. The role of Pyruvate Dehydrogenase Complex in cardiovascular diseases. Life Sciences. 2015;121:97-103.
25. 25. Park JM, Harrison CE, Ma J, Chen J, Ratnakar J, Zun Z, et al. Hyperpolarized 13c mr spectroscopy depicts in vivo ef-fect of exercise on pyruvate metabolism in human skele-tal muscle. Radiology. 2021;300(3):626-632.
26. 26. Jun L, Knight E, Broderick TL, Al-Nakkash L, Tobin B, Geet-ha T, et al. Moderate-Intensity Exercise Enhances Mitoc-hondrial Biogenesis Markers in the Skeletal Muscle of a Mouse Model Affected by Diet-Induced Obesity. Nutrients. 2024;16(12):1836.