Melatonin hat eine ergogene Wirkung, verhindert jedoch nicht Entzündungen und Schäden bei anstrengendem Training

Scientific Reports Band 5, Artikelnummer: 18065 (2015) Diesen Artikel zitieren

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Es ist gut dokumentiert, dass erschöpfende körperliche Betätigung zu Entzündungen und Schäden am Skelettmuskelgewebe führt. Vor diesem Hintergrund wurde Melatonin akut vor körperlicher Betätigung verabreicht; Dennoch bleibt die Verwendung von Melatonin als ergogenes Mittel zur Vorbeugung von Gewebeentzündungen und -schäden ungewiss. Wir untersuchten die Auswirkungen von Melatonin auf die Schwimmleistung, Muskelentzündungen und -schäden sowie verschiedene physiologische Parameter nach erschöpfendem Training mit anaerober Schwellenintensität (iLAn), das während heller oder dunkler zirkadianer Perioden durchgeführt wurde. Der iLAn wurde individuell bestimmt und zwei Tage später führten die Tiere 30 Minuten nach der Melatoninverabreichung eine ausgiebige Übungsrunde am iLAn durch. Die Übung förderte Muskelentzündungen und -schäden, vor allem während der Dunkelphase, und das exogene Melatonin förderte eine starke ergogene Wirkung. Die ausdrucksstarke ergogene Wirkung von Melatonin führt zu längeren Muskelkontraktionsperioden, was eine mögliche schützende Wirkung von Melatonin auf Gewebeschäden und Entzündungen überlagert.

Melatonin ist ein Hormon der Zirbeldrüse, das klassischerweise den biologischen Rhythmus von Säugetieren steuert. Seitdem Alberti1 dieses Hormon aus Rindern isolierte, hat sich das Funktionsspektrum von Melatonin erweitert. Die Behandlung von Gesundheits- und Krankheitsproblemen stellt einen entscheidenden Teil des wissenschaftlichen Interesses an Melatonin2,3,4,5 dar. Darüber hinaus hat eine beträchtliche Anzahl von Studien die Auswirkungen von Melatonin auf körperliche Betätigung untersucht4,6,7,8,9,10, 11,12. Laut Literatur beugt bereits eine einzige Dosis exogenes Melatonin, kurz vor dem Training verabreicht, Entzündungen, oxidativem Stress und Muskelschäden vor7,8,11.

Es ist gut dokumentiert, dass lokale und systemische Entzündungen, Muskelschäden und oxidativer Stress durch langes oder hochintensives Training induziert werden und die Funktion des Skelettmuskelparenchyms beeinträchtigen13. Einige Autoren haben diesen Effekt mit Defiziten bei der Trainingsleistung in Verbindung gebracht14,15,16 und empfehlen den Einsatz entzündungshemmender Verbindungen, um dies zu vermeiden. Melatonin hemmt Entzündungen durch eine Vielzahl von Reizen, wie i) die Beeinträchtigung der NK-κB-DNA-Bindung17, ii) die Hemmung der NF-κB-Aktivierung18 durch Blockierung der Phosphorylierung von IKK und JNK und aufeinanderfolgender Wege19, iii) die Reduzierung der Zytokinexpression20,21 und iv) die Wirkung als ein Antioxidans und verhindert somit Muskelschäden7, was auch eine wichtige entzündungsfördernde Rückmeldung darstellt.

Die Auswirkungen von Melatonin auf körperliche Betätigung wurden in verschiedenen Modellen gezeigt9,12,22,23; Dennoch gibt es keine Hinweise darauf, dass die schützende Wirkung von Melatonin nach längerer körperlicher Betätigung in beiden zirkadianen Perioden bestehen bleibt. Tiermodelle der Schwimmleistung ahmen physiologische Modulationen nach, die bei Sportwettkämpfen mit lang anhaltendem zyklischem Training zu finden sind. Allerdings sind die meisten Labortiere nachtaktiv. Ziel dieser Studie war es daher, die Auswirkungen von Melatonin auf die Leistung schwimmender Ratten, Parameter der Skelettmuskulatur und systemischer Entzündungen, Stoffwechselvariablen und Schäden am Skelettmuskelgewebe nach erschöpfendem Training bei einer Intensität zu untersuchen, die der anaeroben Schwelle (iLAn) entspricht helle und dunkle zirkadiane Perioden. Basierend auf der Literatur stellten wir die Hypothese auf, dass Melatonin als Ergogener wirkt, eine schützende Wirkung vor Entzündungen und Gewebeschäden ausübt und den physiologischen Status nach der vorgeschlagenen Übung während beider zirkadianer Perioden verbessert.

Die bei Tageslicht untersuchten Tiere zeigten eine Intensität und Laktatämie von iLAn entsprechend 4,8 ± 0,1 % der Körpermasse (% bm) bzw. 4,1 ± 0,2 mM, während nachts untersuchte Ratten 5,3 ± 0,1 % bm bzw. 4,1 ± 0,2 mM aufwiesen gleiche Parameter. Der iLAn war in N höher (P < 0,01) und die Laktatämie des iLAn war statistisch zwischen den Gruppen gleich (P = 0,86).

Abbildung 1 zeigt die Tageszeit und die Melatoninwirkung bei den Tieren, die keiner Bewegung ausgesetzt waren. Melatonin beeinflusste weder den pIKKβ (F = 0,01; P = 0,91; Abb. 1a) noch den IκBα (F = 0,24; P = 0,64; Abb. 1a) Skelettmuskelgehalt und der Tageszeiteffekt hatte auch keinen Einfluss darauf der pIKKβ (F = 4,71; P = 0,06; Abb. 1a) oder der IκBα (F = 2,25, P = 0,16; Abb. 1a). Das exogene Melatonin reduzierte die Skelettmuskel-Isoform der Kreatinkinase (CK-MM; F = 7,42; P = 0,01; Abb. 1b), erhöhte jedoch die Neutrophilenzahl (F = 5,27; P = 0,03; Abb. 1c). Es wurde festgestellt, dass die Anzahl der weißen Blutkörperchen (WBC; F = 9,29; P < 0,01; Abb. 1c) und der Lymphozyten (F = 10,79; P < 0,01; Abb. 1c) während der Dunkelheit niedriger war, während die Laktatdehydrogenase ( LDH) waren zu dieser Tageszeit höher (F = 5,37; P = 0,02; Abb. 1b).

Daten aus Experiment 1, ausgedrückt als Mittelwert ± SEM und signifikante Post-hoc-Ergebnisse für Tiere, die während des täglichen (DCt und DM) oder nächtlichen (NCt und NM) Zeitraums beurteilt wurden und denen (DM und NM) Melatonin verabreicht wurde oder nicht (DCt und NCt). .

Abbildung 1a zeigt den pIKKβ- und IκBα-Skelettmuskelinhalt. Die Daten der Skelettisoform (CK-MM, linke Y-Achse) von Kreatinkinase und Laktatdehydrogenase (LDH, rechte Y-Achse) sind in Abb. 1b dargestellt. Abbildung 1c zeigt die Ergebnisse von weißen Blutkörperchen (WBC, linke Y-Achse), Lymphozyten (LYMP, linke Y-Achse) und Neutrophilen (NEUTR, rechte Y-Achse) aufgrund von Melatonin und Tageszeiteffekten. (a) P < 0,05 in Bezug auf DCt für dieselbe Variable.

Der Einfluss von Melatonin und die Auswirkungen der Tageszeit auf oxidativen Stress, Stoffwechsel und physiologischen Status von Serummarkern sind in Tabelle 1 dargestellt. Es wurden Veränderungen bei bestimmten Parametern beobachtet, was hervorhebt, dass das exogene Melatonin Kreatinin (CREAT) und Harnstoff senkte, während Superoxiddismutase ( Es wurde festgestellt, dass SOD), Katalase (CAT), Albumin (ALB), Cholesterin (CHOL) und Harnstoff während der Wachphase (Dunkelheit) jeder Ratte höher waren.

Experiment 2 analysierte die Auswirkungen von Tageszeit und körperlicher Betätigung auf Tiere, die keinem exogenen Melatonin ausgesetzt waren. Durch körperliche Betätigung verringerte sich der pIKKβ-Muskelinhalt (F = 5,60, P = 0,04; Abb. 2a); Es wurden jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen festgestellt. Ein Einfluss der Tageszeit auf den pIKKβ-Muskelinhalt wurde nicht gefunden (F = 0,96, P = 0,35; Abb. 2a).

Mittelwert ± SEM und Post-Hoc-Ergebnisse für Tiere, die während des Tages- (DCt und DEx) oder Nachtzeitraums (NCt und NEx) beurteilt und einer erschöpfenden Belastung bei der Intensität der anaeroben Schwelle unterzogen wurden (DEx und NEx) oder nicht (DCt und NCt).

Die Abb. 2a zeigt den pIKKβ- und den IκBα-Skelettmuskelgehalt. Die Daten der Skelettisoform (CK-MM, linke Y-Achse) von Kreatinkinase und Laktatdehydrogenase (LDH, rechte Y-Achse) sind in Abb. 2b dargestellt. Die Abb. 2c zeigt die Zeit bis zur Erschöpfung bei der Intensität der anaeroben Schwelle, die tagsüber oder nachts erreicht wird. Die Abb. 2d zeigt die Ergebnisse der weißen Blutkörperchen (WBC, linke Y-Achse), der Lymphozyten (LYMP, linke Y-Achse) und der Neutrophilen (NEUTR, rechte Y-Achse) aus Belastung und Tageszeiteffekten. (a) P < 0,05 in Bezug auf die DCt-Gruppe für dieselbe Variable; (b) P < 0,05 in Bezug auf die DEx-Gruppe für dieselbe Variable; (c) P < 0,05 in Bezug auf die NCt-Gruppe für dieselbe Variable.

Der IκBα-Muskelgehalt war um tlim verringert (F = 8,47, p = 0,01; Abb. 2a) und war tagsüber höher im Vergleich zur Nachtperiode (F = 10,24, P <0,01; Abb. 2a), der NEx-Gruppe mit einem geringeren Gehalt als alle anderen Gruppen (P < 0,05).

Es wurde festgestellt, dass alle Gewebeschädigungsmarker nach der Übung im Vergleich zu den Kontrollratten (CK-MM: F = 4,77, P = 0,03 und LDH: F = 4,58, P = 0,04; Abb. 2b) und für signifikant erhöht waren Die während der Nachtperiode beurteilten Tiere (CK-MM: F = 4,47, P = 0,04 und LDH: F = 10,27, P <0,01; Abb. 2b). Die systemischen Entzündungsparameter (Abb. 2d) zeigten keine Auswirkungen der Tageszeit (F = 2,40; P = 0,12) oder körperlichen Betätigung (F = 0,02; P = 0,86) auf die Leukozytenzahl; Dennoch verringerte die körperliche Betätigung die Lymphozyten (F = 8,67; P < 0,01) und erhöhte die Neutrophilenzahl (F = 25,16; P < 0,01), wobei nur die Lymphozyten durch den Tageszeiteffekt beeinflusst wurden (F = 8,02; P < 0,01; D > N).

Daten zu den Auswirkungen von Bewegung oder Tageszeit auf die Tiere, die kein Melatonin erhielten, sind in Tabelle 2 aufgeführt. Im Allgemeinen wurden bei körperlicher Betätigung erhebliche und erwartete Veränderungen bei mehreren physiologischen Parametern festgestellt. Die körperliche Betätigung verringerte TP, GLOB, CHOL, GLUC und UA und erhöhte die Serumkonzentrationen von UREA und CREAT. Während der Nachtperiode wurden höhere Serumkonzentrationen von CHOL, UREA, AU und CAT gefunden; Es wurde jedoch festgestellt, dass die Konzentration von CREAT während der Nacht abnimmt.

Diese Analyse umfasste nur Tiere, die exogenem Melatonin ausgesetzt waren und während beider zirkadianer Perioden dem Schwimmtraining bis zur Erschöpfung bei der Intensität der anaeroben Schwelle ausgesetzt waren. Der pIKKβ-Gehalt wurde durch die Übung nicht beeinflusst (F = 1,14, P = 0,31; Abb. 3a); Dennoch wurden bei den täglichen Untersuchungen im Vergleich zur Nacht höhere pIKKβ-Werte im Skelettmuskel festgestellt (F = 5,18, p = 0,04; Abb. 3a). Es wurde festgestellt, dass der IκBα-Skelettmuskelgehalt während der täglichen Untersuchungen im Vergleich zur Nacht höher war (F = 37,06, P < 0,01; Abb. 3a) und die Übung verringerte die Konzentrationen solcher Entzündungsproteine ​​signifikant (F = 19,09, P < 0,01). ; Abb. 3a).

Mittelwert ± SEM und Post-Hoc-Ergebnisse der Tiere, die Melatonin ausgesetzt waren und während des täglichen (DM und DMEx) oder nächtlichen (NM und NMEx) Zeitraums beurteilt und einer erschöpfenden körperlichen Belastung (DMEx und NMEx) ausgesetzt wurden (DM und NM). anaerobe Schwellenintensität.

Die Abb. 3a zeigt den pIKKβ- und IκBα-Skelettmuskelinhalt. Die Daten der Skelett-Isoform (CK-MM, linke Y-Achse) der Kreatinkinase und der Laktatdehydrogenase (LDH, rechte Y-Achse) sind in Abb. 3b dargestellt. Die Abb. 3c zeigt die Zeit bis zur Erschöpfung bei der Intensität der anaeroben Schwelle. Die Abb. 3d zeigt die Ergebnisse der weißen Blutkörperchen (WBC, linke Y-Achse), der Lymphozyten (LYMP, linke Y-Achse) und der Neutrophilen (NEUTR, rechte Y-Achse) aus dem Training und den Auswirkungen auf die Tageszeit. (a) P < 0,05 in Bezug auf die DM-Gruppe für dieselbe Variable; (b) P < 0,05 in Bezug auf die DMEx-Gruppe für dieselbe Variable; (c) P < 0,05 in Bezug auf die NM-Gruppe für dieselbe Variable.

Die Übung führte zu einem signifikanten Anstieg der Gewebeschädigungsmarker im Vergleich zu den Kontrolltieren (CK-MM: F = 41,41, P < 0,01 und LDH: F = 24,41, P < 0,01; Abb. 3b), was zu höheren Ergebnissen dieser Parameter führte auch nachts im Verhältnis zur Tagesperiode gefunden (CK-MM: F = 24,48, P < 0,01 und LDH: F = 31,55, P < 0,01; Abb. 3b). Die Leukozytenzahl (Abb. 3d) wurde nicht durch die Tageszeit (F = 2,22; P = 0,14) oder die Belastungseffekte (F = 2,88; P = 0,09) beeinflusst, es wurde jedoch festgestellt, dass die Anzahl der Lymphozyten (Abb. 3d) höher war Die Tageslichtperiode (F = 9,44; P < 0,01) und die Neutrophilenzahl (Abb. 3d) wurden durch die Wirkung des Trainings signifikant erhöht (F = 40,87; P < 0,01).

Zusätzliche Daten zu den physiologischen und metabolischen Serumvariablen bei den Tieren, die dem exogenen Melatonin ausgesetzt waren, sowie zu Tageszeit und Belastungseffekten sind in Tabelle 3 aufgeführt. Melatonin führte zu einer deutlich höheren Leistung während der Nachtperiode (Abb. 3c), was zu Unterschieden bei führte die trainierte Gruppe, die während der Nacht Melatonin erhielt (NMEx), im Verhältnis zu den anderen Gruppen. Die körperliche Betätigung erhöhte die Serumkonzentrationen von ALB, UREA, CREAT und UA und verringerte TP, CHOL, GLUC und GSH. Höhere Serumkonzentrationen für ALB, CHOL, UREA, UA und CAT wurden während der Nachtperiode gefunden.

Darüber hinaus wurde bei der Analyse der vier trainierten Gruppen (DEx, DMEx, NEx und NMEx; Abb. 4a) festgestellt, dass die Verabreichung von Melatonin die Zeit bis zur Erschöpfung an der anaeroben Schwelle signifikant verlängerte (tlim; F = 9,25; P < 0,01). . Es wurde festgestellt, dass der Tlim während der Nachtperiode höher war (F = 14,07; P < 0,01). Die NMEx-Tiere zeigten den höchsten Tlim (P <0,01; Abb. 4a).

Mittelwert ± SEM und Post-Hoc-Ergebnisse der Zeit bis zur Erschöpfung bei anaerober Schwellenintensität (tlim; Abb. 4a), Serumkonzentration der Laktatdehydrogenase (LDH; Abb. 4b) und der Skelettmuskel-Kreatinkinase-Isoform (CK-MM; Abb. 4c) zu den trainierten Gruppen, die während der täglichen (DEx mit Placebo und DMEx unter Melatonin-Effekt) oder Nachtperiode (NEx mit Placebo und NMEx unter Melatonin-Effekt) bewertet wurden.

(a) P < 0,05 in Bezug auf die DMEx-Gruppe für dieselbe Variable; (b) P < 0,05 in Bezug auf die NEx-Gruppe für dieselbe Variable.

Das exogene Melatonin erhöhte CK-MM (F = 9,43; P < 0,01; Abb. 4c) und LDH (F = 5,26; P = 0,02; Abb. 4b). Während der Nacht untersuchte trainierte Tiere zeigten im Vergleich zu tagsüber untersuchten trainierten Tieren auch höhere CK-MM-Werte (F = 27,26; P < 0,01; Abb. 4c) und LDH (F = 42,23; P < 0,01; Abb. 4b). (DEx und DME).

Der Ruheblutlaktatspiegel ([lac]Rest) entsprach 0,93 ± 0,06, 1,29 ± 0,09, 1,47 ± 0,04 und 2,02 ± 0,18 mM in den Gruppen DEx, DMEx, NEx und NMEx. Die Blutlaktatkonzentration unmittelbar nach anstrengendem Training ([lac]post) entsprach 7,01 ± 0,50, 6,75 ± 0,34, 6,93 ± 0,47 und 6,28 ± 0,61 mM für die DEx-, DMEx-, NEx- und NMEx-Gruppen. Melatonin erhöhte die [lac]Ruhe (F = 17,32; P < 0,01) und es wurde festgestellt, dass diese Variable nachts im Vergleich zu den Bewertungen am Tag höher war (F = 33,28; P < 0,01). In Ruhe war die Blutlaktatkonzentration von DEx am niedrigsten (P < 0,05) und NMEx am höchsten (P < 0,05). Allerdings wurde die Laktatkonzentration im Blut nach dem Training ([lac]post) nicht durch Melatonin- (F = 0,80; P = 0,37) oder Tageszeiteffekte (F = 0,29; P = 0,59) beeinflusst, was zu keinen Unterschieden zwischen den Gruppen führte ( P > 0,05).

Die Hauptergebnisse dieser Studie waren, dass Melatonin einen signifikanten ergogenen Effekt auf die vorgeschlagene Übung hat; Es verhinderte jedoch weder Entzündungen noch Gewebeschäden, die durch intensives Training verursacht wurden. Daher wurde die ursprüngliche Hypothese nur teilweise akzeptiert, da eine präventive Wirkung von Melatonin bei trainierten Tieren nicht festgestellt wurde, was wahrscheinlich auf seine massive ergogene Wirkung und die Merkmale der vorgeschlagenen Übung zurückzuführen ist. Wie im Einführungsabschnitt erwähnt, ist gut dokumentiert, dass Intensität und Dauer des Trainings eine beträchtliche Anzahl physiologischer Variablen beeinflussen. Eine solche Aussage wurde in unserem Experiment bestätigt, da der Tlim zu Modulationen in fast allen untersuchten Parametern führt und sich mit längeren Zeiten bis zur Erschöpfung zu bestätigen scheint (Tabellen 2 und 3).

Um die Wirkung von körperlicher Betätigung auf lokale Entzündungen zu untersuchen, haben wir die Proteine ​​IKK und IκB quantifiziert, die als Hauptkontrollfaktoren der Entzündung identifiziert wurden24 und für die Aktivität des Transkriptionsfaktors κB (NFκB) verantwortlich sind. Das NF-κB ist ein Schlüsselregulator mehrerer biologischer Systeme und wird bei Überaktivierung mit der Verknüpfung von Physiologie und Pathologie in Verbindung gebracht, wobei sein molekularer Weg als der wichtigste entzündliche Rückkopplungsmechanismus im Körper angesehen wird25. Die Aktivierung von NF-κB hängt von seiner Translokation in den Zellkern ab, wo es pleiotrop wirkt und eine große Anzahl von Genen beeinflusst25. Während der Ruhephase wird NF-κB durch κB-Inhibitoren (IκB)26, dem wichtigsten Entzündungsprotein, das im Skelettmuskel erwachsener Ratten nachgewiesen wird, im Umgebungszytosol sequestriert27. Ein hoher IκB-Gehalt wird daher als entzündungshemmender Parameter interpretiert28. Reize wie eine hohe zytosolische Calciumkonzentration29 und Zytokine25,30 fördern die Phosphorylierung der IκB-Kinase (pIKK), die für die Trennung von IκBα von NF-κB verantwortlich ist, dessen nukleare Translokation auslöst und folglich die Entzündung verstärkt30. Auf diese Weise erleiden getrennte IκBα-Moleküle eine Ubiquitinierung und infolgedessen wird ein verringerter Spiegel dieses Proteins festgestellt. Die IKK- und IκB-Phosphorylierung wird durch körperliche Betätigung im Skelettmuskel erwachsener Ratten erhöht, was unweigerlich zu einer lokalen NF-κB-Aktivität27 und einer Entzündungsrückkopplungsaktivierung31 führt.

Bei Tieren, die keiner körperlichen Belastung ausgesetzt waren (Experiment 1), modulierte Melatonin nicht die lokalen oder systemischen Entzündungsparameter (pIKKβ, IκBα, WBC und Lymp), verringerte jedoch den Marker für die Schädigung des Skelettmuskelgewebes (CK-MM, Abb. 2b), Kreatinin und Harnstoff (Tabelle 1) und weist die in der Literatur beschriebenen Schutzfunktionen7,8,11 auf. Der Hauptbeitrag unserer Studie sind jedoch die interessanten Ergebnisse zu Entzündungs- und Gewebeschädigungsmarkern bei Tieren, die in den Hell- und Dunkelperioden nach der Melatonin-Exposition bis zur Erschöpfung trainiert wurden, im Vergleich zu den Kontrolltieren.

Obwohl die leistungsfördernde Wirkung einer einzelnen Melatonin-Dosis kurz vor akuter Belastung in der Literatur weiterhin umstritten ist8,32, konnte unsere Studie bei den Tieren, die dieses Hormon erhielten, eine deutlich verbesserte Leistung feststellen (Abb. 2). Wie beschrieben hat Melatonin eine entzündungshemmende Wirkung und eine schädigungshemmende Wirkung auf die Muskulatur7,8,11 und die Leistungsfähigkeit könnte durch Entzündungen und Gewebeschäden beeinträchtigt werden14,15,16. Allerdings widerlegen unsere Ergebnisse solche Aussagen im Zusammenhang mit erschöpfendem Aerobic-Training, da die systemischen Entzündungen und Gewebeschäden, die bei trainierten Tieren in Experiment 3 (alle erhielten Melatonin) hervorgerufen wurden, offensichtlich höher waren als bei Tieren aus Experiment 2 (kein Melatonin). Diese offensichtliche Diskrepanz im Entzündungsprofil bei mit Melatonin behandelten Tieren könnte mit den unterschiedlichen Trainingsprotokollen in Zusammenhang stehen, die in anderen Studien verwendet wurden. Darüber hinaus beobachteten wir, dass der CK-MM-Wert in der NEx-Gruppe im Vergleich zur NCt-Gruppe um 151,6 % zunahm, dieser Wert in der NMEx-Gruppe jedoch um 324,05 % höher war als in der NM-Gruppe. Die Neutrophilenzahl, ein akuter, durch körperliche Betätigung hervorgerufener Entzündungsmarker, stieg in der NEx-Gruppe im Vergleich zur NCt-Gruppe um 90,68 %, war jedoch in der NMEx-Gruppe im Vergleich zur NM-Gruppe um 180,29 % höher. Da die NMEx-Ratten aufgrund der massiven ergogenen Wirkung von Melatonin bei gleicher Intensität 126 Minuten (155,84 %) länger schwammen als die NEx-Gruppe, ist klar, warum bei Tieren, die länger schwammen, höhere Entzündungen und Gewebeschäden festgestellt wurden. Deshalb haben wir diesen paradoxen Melatonineffekt bei erwachsenen schwimmenden Ratten eingeführt, die bis zur Erschöpfung bei der Intensität der anaeroben Schwelle trainiert wurden. Melatonin steigerte die Leistung, beugte aber auch Entzündungen und Schäden im Skelettmuskelgewebe vor. Obwohl wir unsere ursprüngliche Hypothese teilweise widerlegen, werden auch bei Marathon- und Ultramarathon-Athleten starke Entzündungen und Gewebeschäden festgestellt, und der Zusammenhang zwischen Leistung und Gewebeschäden und Entzündungen wird weiterhin untersucht33,34.

Im Allgemeinen ergab die Interpretation aller in unserer Studie ermittelten physiologischen, metabolischen, oxidativen, entzündlichen und Gewebeschädigungsmarker, dass die Trainingsdauer durch die Wirkung von Melatonin verlängert wurde und zu weiteren Veränderungen führte. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die ergogene Wirkung von Melatonin deutlich stärker ist als seine schützende Wirkung in Bezug auf Training an der anaeroben Schwelle, das bis zur Erschöpfung durchgeführt wird, wobei die Trainingsdauer für die Maskierung der schützenden Wirkung von Melatonin verantwortlich gemacht wird. Zukünftige Studien sollten dieses Versuchsdesign reproduzieren, jedoch die Trainingsdauer begrenzen, um die schützende Wirkung von Melatonin zu untersuchen und den Mechanismus der ergogenen Wirkung von Melatonin und seine Rolle als entzündungshemmendes, antioxidatives und Gewebeschäden verhinderndes Mittel besser zu verstehen Mittel bei Langzeit-Aerobic-Übungen.

Männliche Wistar-Ratten wurden in Polyethylenkäfigen mit freiem Zugang zu Wasser und Nagetierfutter gehalten, bei einem 12-stündigen Hell-Dunkel-Zyklus (Licht an um 06:00 Uhr), einer Temperatur von 22 ± 2 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 45–55 %. und Lärm unter 85 Dezibel. Während der Lichtperiode wurde eine 100-W-Lampe verwendet (Phillips® weiches weißes Licht; 2700 K; 565–590 nm; 60 Lux). Wir haben das Experiment gemäß den aktuellen internationalen Gesetzen durchgeführt. Die Studie wurde vom Institutional Ethics Committee on the Use of Animals gemäß Prozess 2502-1 genehmigt.

Im Alter von 45 Tagen wurden die Ratten entweder zur täglichen (D) oder nächtlichen (N) Beurteilung in Gruppen gehalten. Die spezifischen Tageszeiten, zu denen mit den Verfahren begonnen wurde, waren 12:00 und 20:00 Uhr für D bzw. N, entsprechend den niedrigsten und höchsten Aktivitätsniveaus der nachtaktiven Ratten35,36. Die Beleuchtung der Umgebung wurde an anderer Stelle entsprechend eingestellt37, wobei das unten beschriebene weiße Licht während des gesamten Tageszeitraums und ein rotes Licht (15 Lux, >600 nm) nur während der Eingriffe in der Nachtperiode verwendet wurde, um Lichteinflüsse auf die Physiologie zu vermeiden Melatonin-Sekretion38.

Die Tiere wurden zwei Wochen lang einer Wasserumgebung und einer Schwimmanpassung ausgesetzt. Das Verfahren wurde in einem individuellen Schwimmergometer (zylindrischer PVC-Tank mit 30 cm Durchmesser und 100 cm Tiefe, der sauberes Wasser mit 31 ± 1 °C enthielt) durchgeführt. Anschließend wurden alle Tiere im Alter von 90 Tagen einem inkrementellen Schwimmübungstest (IT) unterzogen, um die Intensität zu bestimmen, die der anaeroben Schwelle (iLAn) entspricht. Die IT besteht aus der Durchführung proportionaler inkrementeller Belastungen im Laufe der Zeit, um unverhältnismäßige Anstiege des Blutlaktatspiegels zu einem bestimmten Zeitpunkt zu identifizieren39. Daher wurden die Tiere 5-Minuten-Stadien mit Überladungen von 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5, 6 und 6,5 % der Körpermasse (%bm) unterzogen, wie an anderer Stelle beschrieben40. Nach jedem Stadium wurden Blutproben aus dem distalen Teil des Schwanzes jeder Ratte entnommen, um die Laktatkonzentration zu bestimmen. Die Trainingsintensität im Verhältnis zur Blutlaktatkonzentration wurde grafisch dargestellt und eine Änderung der proportionalen Erhöhung der Blutlaktatkonzentration wurde durch visuelle Untersuchung festgestellt, wie an anderer Stelle beschrieben41. Anschließend wurden nach diesem Bruchpunkt zwei lineare Regressionen erstellt und der Schnittpunkt dieser linearen Regressionen, interpoliert auf die x-Achse, verwendet, um die Intensität zu definieren, die der anaeroben Schwelle entspricht39. Die Interpolation zur y-Linie entsprach der Blutlaktatkonzentration bei iLAn ([lac]iLAn).

Zwei Tage nach der IT erhielten die Ratten eine intraperitoneale Injektion von Melatonin und wurden nach 30 Minuten einer Schwimmübung im iLAn bis zur Erschöpfung (tlim) unterzogen. Das Melatonin (Sigma Aldrich ©, C13H16N2O2, >98 %) wurde in Ethanol (< 0,1 %) gelöst und in Kochsalzlösung (NaCl 0,9 %) verdünnt, um es in einer Menge von 10 mg/kg zu verabreichen 42. Die Kontrolltiere für Melatonin erhielten das Die gleiche Vehikelmenge (NaCl 0,9 %) wurde verabreicht und die Kontrolltiere blieben für die Bewegung in Ruhe. Die Kontrollratten wurden zur gleichen Tageszeit wie die Versuchstiere eingeschläfert. Vor und nach TLIM wurden Blutproben entnommen, um die Laktatkonzentration zu bestimmen. Als Trainingsleistungsparameter wurde tlim verwendet.

Zusammenfassend wurden die Tiere nach dem Zufallsprinzip in acht Gruppen mit 15 Tieren pro Gruppe eingeteilt: Die DCt-Gruppe (tägliche Handhabung und Beurteilungen, Vehikellösung, nicht trainiert); die DEx-Gruppe (Fahrzeuglösung, ausgeübt); die DM-Gruppe (Melatonin, nicht trainiert) und die DMEx-Gruppe (Melatonin, trainiert). Die während der Nachtperiode bewerteten Tiere folgten dem gleichen Design, wobei N anstelle von D für die anfänglichen Akronyme (NCt, NEx, NM und NMEx) verwendet wurde. Der Versuchsaufbau ist in Abb. 5 dargestellt.

Schematische Zusammenfassung des Studiendesigns.

Im Alter von 45 Tagen (45 Tage) wurden die Tiere nach dem Zufallsprinzip zur täglichen oder nächtlichen Beurteilung aufgeteilt. Im Alter von 76 Tagen (76 Tage) begann die Anpassung an die Wasserumgebung und die Schwimmübungen. Der inkrementelle Test wurde je nach Gruppe im Alter von 90 Tagen (90 Tage) tagsüber oder nachts durchgeführt. Im Alter von 92 Tagen (92 Tage) i) wurden die Tiere einer Vehikel- (Pl) oder Melatoninverabreichung (M) ausgesetzt und ii) wurden einer umfassenden Aerobic-Übung unterzogen (Exercised) oder blieben in Ruhe (Kontrolle). DCt: tägliche Handhabung und Beurteilungen, Fahrzeuglösung, nicht ausgeübt; DEx: Fahrzeuglösung, geübt; DM: Melatonin, nicht trainiert; und DMEx: Melatonin, trainiert. Die während der Nachtperiode bewerteten Tiere folgten dem gleichen Design, wobei N anstelle von D für die anfänglichen Akronyme verwendet wurde: NCt, NEx, NM und NMEx.

Etwa eine Stunde nach dem TLIM wurden die Tiere CO2 ausgesetzt, bevor sie durch Thorakotomie eingeschläfert wurden, und die Blutentnahme erfolgte sofort durch eine Herzpunktion. Die Blutproben wurden in zwei Aliquote aufgeteilt: i) sofort in Polyethylenröhrchen mit k3EDTA (FL Medical, Torreglia, PD, Italien) überführt und ii) in leere Glasröhrchen überführt, 15 Minuten ruhen gelassen und dann 20 Minuten bei 3000 zentrifugiert U/min, um Serum zu entnehmen, das zur weiteren Analyse bei –80 °C gelagert wurde. Die k3EDTA-Proben wurden durch Inversion vorsichtig gemischt, um Hämolyse und Koagulation zu vermeiden. Der oxidative Skelettmuskel Soleus wurde extrahiert und sofort zur anschließenden Western-Blot-Analyse in flüssigen Stickstoff überführt. Die Extraktion und Lagerung des gesamten biologischen Materials erfolgte für jedes Tier in weniger als 10 Minuten.

Die hämatologischen Parameter wurden durch hämochromozytometrische Tests analysiert, die mit dem XS-1000-System auf die Anzahl der weißen Blutkörperchen (Leukozyten; WBC), Lymphozyten (Lymp) und Neutrophilen (Neutr) durchgeführt wurden.

Um die Blutlaktatkonzentration während der IT vor und nach der TLIM zu bestimmen, wurden Blutproben (25 μl) mithilfe mikroheparinisierter Glaskapillaren aus dem distalen Schwanz jeder Ratte entnommen. Das Blut wurde sofort in 1,5-ml-Kunststoffröhrchen mit 400 μl Trichloressigsäure [4 %] überführt. Die verarbeiteten Plasmaproben wurden mit einer enzymatischen Methode analysiert und spektrophotometrisch bei 340 nm ausgelesen. Die Laktatkonzentration im Blut wurde durch Analyse der Proben anhand einer Kalibrierungskurve bestimmt, die unter Verwendung von fünf bekannten Laktatkonzentrationen von 1 bis 15 mM erstellt wurde.

Die Seren wurden in mehreren Aliquots gelagert, um unerwünschtes Auftauen zu vermeiden, und zur Bestimmung von Katalase (CAT), Superoxiddismutase (SOD) und Gesamtglutathion (GSH) mithilfe von Assays der Cayman Chemical Company-USA verwendet. Harnsäure (UA), Glukose (GLUC), Gesamtprotein (TP), Globulin (GLOB), Gesamtcholesterin (CHOL), Harnstoff, Kreatinin (CREAT), Albumin (ALB) und Laktatdehydrogenase (LDH) wurden mit InVitro Diagnóstica bewertet Ltda-Brasilien-Analysen. Die Skelettmuskel-Kreatinkinase (CK-MM)-Isoform wurde mithilfe von Larorclin Ltda-Brazil-Assays gemessen. Alle diese Verfahren wurden gemäß den Richtlinien des Herstellers durchgeführt.

Die Soleus-Proben wurden in eiskaltem RIPA-Puffer (AMRESCO, OH, USA) mit Proteininhibitoren (100 mmol/L Natriumfluorid, 10 mmol/L Natriumvanadat, 2 mmol/L Phenylmethylsulfonylfluorid und 0,01 mg Aprotinin) unter Verwendung von a homogenisiert Polytron PTA 20S-Generator 30 s lang mit Höchstgeschwindigkeit betrieben und durch Zentrifugation geklärt. Die Proteinkonzentrationen wurden mit dem BCA-Kit (Thermo, NY, USA) analysiert. Ein 100-μg-Aliquot wurde verwendet, um eine Western-Blot-Analyse durchzuführen, wie von Pauli, Ropelle43 beschrieben. Die Antikörper pIKK (Ser176; Kaninchen-Anti-pIKKβ; 1:1000) und IκBα (C-21; Kaninchen-Anti-IκBα; 1:1000) wurden von Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA, USA) und α-Tubulin ( Maus-Anti-α-Tubulin; 1:1000) von Novus Biological (NOVUS, CO, USA). Die quantitative Analyse der Blots wurde mit der Photoshop-Software (ADOBE, USA) durchgeführt.

Die Daten werden als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) beschrieben. Da bis zur iLAn-Beurteilung (D vs. N) keine Intervention außer der Tageszeit durchgeführt wurde, wurden iLAn und [lac]iLAn durch den t-Test für unabhängige Proben analysiert, wobei gepoolte Daten aller während des Tages beurteilten Tiere (DCt, DM, DEx) verwendet wurden und DMEx) im Vergleich zur Nachtperiode (NCt, NM, NEx und NMEx). Andere Daten wurden auf die Auswirkungen von Tageszeit [Tag (D) und Nacht (N)], körperlicher Betätigung [ausgeübt (Ex) und Kontrolle (C)] und/oder Melatonin [Melatonin (M) und Placebo (Pl)] analysiert. . In Experiment 1 wurden Daten aus dem Western Blot, Blut- und Serumparametern der DCt-, DM-, NCt- und NM-Gruppen durch eine Zwei-Wege-Varianzanalyse verarbeitet, um Melatonin- und Tageszeiteffekte zu testen. Die DCt-, DEx-, NCt- und NEx-Gruppen wurden verwendet, um die Auswirkungen von körperlicher Betätigung und Tageszeit in Experiment 2 durch eine bidirektionale Varianzanalyse zu testen, während in Experiment 3 die Gruppen DM, DMEx, NM und NMEx zum Testen von körperlicher Betätigung und Tageszeit verwendet wurden bei Tieren unter der Wirkung von Melatonin auch unter Verwendung einer Zwei-Wege-Varianzanalyse. Die tlim für die Experimente 2 und 3 wurden mithilfe des t-Tests für unabhängige Proben (DEx vs. NEx bzw. DMEx vs. NMEx) verglichen. Zusätzliche Analysen wurden für alle trainierten Gruppen (DEx, NEx, DMEx und NMEx) durchgeführt, um die Laktatkonzentration im Blut während des Tlim, im Ruhezustand ([lac]Ruhe) und unmittelbar nach dem Tlim durch Varianzanalyse der Haupteffekte für Melatonin und für die Zeit zu vergleichen vom Tag. Gegebenenfalls wurde der Newmann-Keuls-Post-Hoc-Test verwendet. Das Kriterium für die Signifikanz lag bei 5 %. Alle statistischen Verfahren wurden mit MatLab® 7.0 (MathWorks™) durchgeführt.

Zitierweise für diesen Artikel: Beck, WR et al. Melatonin hat eine ergogene Wirkung, verhindert jedoch nicht Entzündungen und Schäden bei anstrengendem Training. Wissenschaft. Rep. 5, 18065; doi: 10.1038/srep18065 (2015).

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Die Autoren danken FAPESP (Nr. 2009/08535-5; Nr. 2011/13226-1; Nr. 2012/20501-1) und CNPq (Nr. 305650/2009-2) für ihre finanzielle Unterstützung.

Labor für Angewandte Sportphysiologie, Fakultät für Angewandte Wissenschaften, Abteilung für Sportwissenschaften, Universität Campinas, Pedro Zaccaria Street, 1.300, Jardim Santa Luíza, Limeira–São Paulo, Postleitzahl 13484-350

Wladimir Rafael Beck & Claudio Alexandre Gobatto

Labor für Molekularbiologie der körperlichen Betätigung, Fachbereich für Angewandte Wissenschaften, Abteilung für Sportwissenschaften, Universität Campinas, Pedro Zaccaria Street, 1.300, Jardim Santa Luíza, Limeira–São Paulo, Postleitzahl 13484-350

Jose Diego Botezelli, Jose Rodrigo Pauli und Edward Rochete Ropelle

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WRB: Konzept/Design, Datenerfassung, Datenanalyse und -interpretation sowie Erstellung des Manuskripts; JDB: Datenanalyse und -interpretation sowie Verfassen des Manuskripts; JRP: Kritische Überarbeitung und Genehmigung des Artikels; Eduardo Rochete Ropelle: Kritische Überarbeitung und Genehmigung des Artikels; CAG: Konzept/Design, Datenanalyse und -interpretation, kritische Überarbeitung und Genehmigung des Artikels.

Die Autoren geben an, dass keine konkurrierenden finanziellen Interessen bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Beck, W., Botezelli, J., Pauli, J. et al. Melatonin hat eine ergogene Wirkung, verhindert jedoch nicht Entzündungen und Schäden bei anstrengendem Training. Sci Rep 5, 18065 (2015). https://doi.org/10.1038/srep18065

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Eingegangen: 30. Juni 2015

Angenommen: 4. November 2015

Veröffentlicht: 16. Dezember 2015

DOI: https://doi.org/10.1038/srep18065

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