تغییرات مورفولوژیک بافت ریه در پی دریافت نانوذره نقره تولید شده با روش سنتز زیستی در موش‏های صحرایی نر ویستار تمرین کرده

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیولوژی ورزشی، واحد شاهرود، دانشگاه آزاد اسلامی، شاهرود، ایران

2 گروه پزشکی، واحد شاهرود، دانشگاه آزاد اسلامی، شاهرود، ایران

چکیده

هدف: هدف از این پژوهش بررسی میزان آسیب بافت ریه موش‏های صحرایی تمرین کرده، ناشی از دریافت دوز بالای نانوذره بیولوژیک نقره است.
مواد و روش‏ها: 30 سر موش صحرایی نر در 6 گروه کنترل سالم، نانونقره، تمرین هوازی، تمرین بی‌هوازی، نانونقره + تمرین هوازی، نانونقره+ تمرین بی‌هوازی به‏صورت تصادفی ساده تقسیم شدند. ابتدا گروه‌های تمرین به‏مدت 10 هفته با پروتکل هوازی و بی‏هوازی به ‏تمرین پرداختند. سپس تزریق درون صفاقی نانوذرات نقره تولید شده توسط قارچ فوزاریوم، به‏ازای10 درصد وزن بدن هر رت در 5 نوبت انجام گرفت و پس از 48 ساعت از آخرین تزریق، رت‏ها بی‌هوش شده و نمونه‌گیری صورت پذیرفت. نمونه‌ها با رنگ‏آمیزی هماتوکسیلین- ائوزین و توسط میکروسکوپ نوری عکس‏برداری و مورد مطالعه قرار گرفتند.
نتایج: نتایج نشان داد تمرین بی­هوازی درکاهش وزن رت‏ها به‏صورت معنی‏داری موثر بود (045/0=p). هم‏چنین اکسیژن مصرفی در تمامی گروه‏ها به‏جز گروه دریافت کننده نانونقره، نسبت به گروه کنترل افزایش داشت (000/0=p).  هم‏چنین تزریق نانونقره بیولوژیک موجب التهاب و پرخونی در بافت ریه رت‏های بدون تمرین شد. اما در گروه تمرین بی‏هوازی التهاب و پرخونی نسبت به گروه ‌هوازی کمتر بود.
نتیجه‏گیری: به‏نظر می‏رسد تزریق نانوذره نقره تولید شده به‏روش زیستی موجب عارضه‏های ساختاری بافت ریه رت‏های نر ویستار شود. هم‏چنین نتایج پژوهش حاضر نشان داد پیش آمادگی بدنی بی‏هوازی نسبت به هوازی در کاهش این اثرات سودمندتر است.
 

تازه های تحقیق

-

کلیدواژه‌ها


مقدمه

اگر چه انسان‌ها در مراحل تکاملی خود همیشه در معرض مواجهه با نانوذرات موجود در هوا بوده‌اند اما در طی چند قرن اخیر این مواجهه به‌طرز چشم‏گیری به‏دلیل افزایش منابع انسان‌زاد، فزونی یافته است. سرعت بالای توسعه فناوری نانو سبب شده تا نانومواد مهندسی‌شده نیز به‏یکی دیگر از منابع مواجهه با نانومواد تبدیل شوند. پژوهش‌های انجام‌شده، ارتباط بین مواجهه با ذرات موجود در هوای محیط و عوارض سو بر سلامتی، افزایش ناتوانی‌‌ها و مرگ‌و‌میر را به‏اثبات رسانیده‌اند. اگرچه این ذرات بسیار در توسعه مصارف پزشکی و درمانی به‏کار گرفته می‏شوند اما سو مصرف ساختارهای نانو به‏احتمال زیاد سمی‌تر از مواد مشابه همان ماده در اندازه معمولی بوده و می‌توانند به‏بدن آسیب وارد کنند. بیان شده است اندازه بسیار کوچک نانوذرات و سطح دریافت آن احتمالا نقش مهمی در سمیت نانو‌ذرات ایفا می‌کند. بعضی گزارشات در زمینه‏های پزشکی و بیولوژیکی ثابت کرده‏اند که بسیاری از وسایل پزشکی نقره‏دار، یون‏های نقره آزاد می‌کنند که وارد خون و در کبد، کلیه، ریه و مغز انباشته شده و باعث سمی شدن آن‏ها و درنهایت منجر به مرگ می‌شود (1). بنابراین نانو ذرات نقره ممکن است اثرات سمی داشته باشند که مکانیسم سمیت آن‏ها روشن نیست (2) و نگرانی‏های زیادی را در ارتباط با استفاده در طبیعت برای سلامتی انسان‏ها به‏وجود آورده است (3). نتایج مختلفی نشان داد که نانوذرات دارای اثرات منفی برروی دستگاه تنفس، دستگاه تولید مثلی مردان و سیستم عصبی هستند (6-4).  رودا و همکاران (7) نشان دادند یکی از اثرپذیرترین بافت‏ها نسبت به نانوذرات نقره، پارانشیم ریوی است و حتی در دوزهای کم نیز آسیب‏های متعددی در پونوموسیت‏ها ایجاد می‌شود. هم‏چنین اندرسون و همکاران (8) بیان کردند نانوذرات نقره در غشا پایه ریه رت‏های نر رسوب می‌کند. ازطرف دیگر تولید نانوذرات فلزی به‏سه روش شیمیایی و فیزیکی و بیولوژیکی امکان‏پذیر است که روش بیولوژیکی به‏دلیل عدم تولید مواد سمی در محیط به‏عنوان روش سبز خوانده می­شود. بنابراین خصوصیات منحصر به‏فرد نانوذرات امکان استفاده بیولوژیکی آن‏ها را در تشخیص و درمان بیماری‏ها فراهم نموده است (9). اما نباید تولید زیستی نانوذرات موجب سومصرف این ذرات شود و نیاز به‏بررسی دوزهای ایمن این نانوذرات بیولوژیک بیش از پیش احساس می‏شود.

هم‏چنین امروزه مشخص شده است تمرینات ورزشی با شدت‏های مختلف تاثیرات متفاوتی را بر اندام‏ها و بافت‏های مختلف بدن می‌گذارد. اگر  فعالیت بدنی با شدت ملایم و طولانی مدت انجام شود، حالت پایدار بدن و شرایط فیزیولوژیک بدن کاملا ارتقا پیدا کرده و فرد شرایط جدیدی را تجربه می‌کند. این استرس مقطعی با تحریک و حتی تخریب اولیه موجب افزایش مقاومت محیطی و سازگاری‏های مختلف می‌شود که به‏صورت علمی به‏عنوان پیش آمادگی بدنی (Pre-conditioning) مطرح می‌شود (10).  به‏نظر می‏رسد تمرینات ورزشی می‌تواند به‏عنوان یک عامل ضدالتهابی در تعدیل عوامل التهابی ناشی از ریزذرات آلاینده‏های مختلف در سیستم تنفس نقش داشته باشد. برای مثال فعالیت‏های بدنی نه تنها باعث بهبود علایم ریوی بیماران مبتلا به آسم نظیر بهبود فعالیت ریه‏ها در وضعیت استراحت، بهبود نمرات تنگی نفس و کاهش برونکواسپاسم ناشی از ورزش می­شود، بلکه آمادگی فیزیکی آن‏ها را افز ایش می­دهد (11). حتی فعالیت بدنی مداوم پارامترهای استرس اکسیداتیو و بافتی را در موش‏های در معرض دود سیگار را نیز بهبود بخشید (12). هم‏چنین فعالیت بدنی فعالیت آنزیم‏های آنتی اکسیدانتی (13) را افزایش داده و بیان ژن‏های مربوط به مسیرهای انرژی و مسیرهای متابولیسم چربی را تنظیم می‌کند (14،15). علاوه‏براین، فعالیت‏های بدنی باعث کاهش تکثیر اپی‏تلیال و بیان موسین شده و مانع از اختلال عمل انقباض عروق وابسته به اندوتلیوم ناشی از آلاینده‏های مختلف هوا در ریه‏ها می‌شود (16،17). نکته بسیار مهم دراین زمینه تفاوت انواع پروتکل‏های تمرینی بر افزایش مقاومت سلولی و بافتی می‌باشد که می‌بایست در انتخاب نوع پروتکل تمرین دقت بسیار شود. در این راستا فیشر و همکاران (18) نشان دادند تمرین تناوبی شدید، تشدید استرس اکسیداتیو سلول را در پی دارد. رادیکال‏های آزاد اکسیژن ناشی از استرس اکسیداتیو می‏توانند به‏ساختار سلولی DNA آسیب بزنند. آسیب DNA در بسیاری از ارگان‏ها از جمله ریه منجر به بروز رخداد آپوپتوزیسمی‌شود. در مقابل وییرا و همکاران (19) نشان دادند تمرین هوازی با شدت کم، التهاب مجاری تنفسی و تغییر ساختار سلول‏های ریوی را کاهش می‌دهد. کالج پزشکی ورزشی آمریکا (The American College of Sports Medicine) فعالیت هوازی را به‏عنوان هر فعالیتی که از گروه‏های بزرگ عضلانی استفاده کرده و می‌تواند به‏طور مداوم حفظ شود و ماهیت آن ریتمیک باشد، تعریف می‌کند (20). گروه‏های عضلانی فعال شده توسط این نوع تمرینات متکی به متابولیسم هوازی هستند تا انرژی خود را به‏شکل آدنوزین تری‏فسفات (ATP) از اسیدهای آمینه، کربوهیدرات‏ها و اسیدهای چرب استخراج کنند. ازطرف دیگر فعالیت بی‏هوازی به‏عنوان فعالیت بدنی شدید با مدت زمان بسیار کوتاه تعریف شده است، که توسط منابع انرژی موجود در عضلات منقبض شده و مستقل از استفاده از اکسیژن استنشاق به‏عنوان منبع انرژی تامین می‌شود (21). مشابه ورزش هوازی، ورزش‏های بی‌هوازی ممکن است تاثیر بالقوه مفیدی بر روی سیستم تنفسی داشته باشند. تمرینات هوازی به‏مدت 5 هفته ممکن است با کاهش سیتوکین‏های التهابی و مارکرهای استرس اکسیداتیو از طریق تولید اینترلوکین 10، التهاب ریوی را مهار کند (22). هم‏چنین برخی محققان نشان دادند اثرات فعالیت‏های بی‏هوازی با عضوی از خانواده پپتیدهای ناتریورتیک، معروف به پپتید نوع C  منجر شود (23).

باتوجه به این‏که بسیاری از مطالعات بر تاثیر نانوذرات شیمیایی متمرکز شده اند و تحقیقات محدودی در مورد اثر بخشی نانوذرات بیولوژیک انجام گرفته است و این‏که ممکن است تولید زیستی این مواد، موجب بروز سواستفاده‏ها به‏دلیل توهم کم‏خطر بودن ایجاد کند، هم‏چنین وجود پروتکل‏های هوازی و بی‌هوازی و اثرگذاری متفاوت آن‏ها در افزایش مقاومت سلول‏های ریوی، مطالعه حاضر با هدف بررسی تاثیرات ناشی از تزریق درون صفاقی نانوذرات نقره بیولوژیک همراه با ده هفته پیش آماده‏سازی تمرین هوازی و بی‏هوازی بر بافت ریه موش‏های صحرایی نر نژاد ویستار می‌باشد.

 

مواد و روش‌ها

در این مطالعه تجربی 30 سر موش صحرایی نر نژاد ویستار با دامنه با سنی (12 هفته) و میانگین وزنی مشابه (180 تا220 گرم) از دانشگاه علوم پزشکی شاهرود خریداری و حیوانات به‏مدت یک هفته بدون انجام هیج‏گونه مداخله‏ای جهت سازگار شدن با محیط آزمایشگاه در شرایط استاندارد (سیکل روشنایی/تاریکی 12 ساعته، دسترسی آزاد به‏غذای حیوانات و آب شهری سالم و دمای 2±22 درجه سانتی گراد، رطوبت 40 تا60 درصد) در قفس‌های مخصوص حیوانات از جنس پلی‏اتیلن  که کف آن از خاک چوب نرم پوشیده شده بود نگه‏داری شدند. در طی آزمایش از خوراک مخصوص و فشرده جوندگان و آب سالم شهری برای تغذیه رت‏ها  طبق ضوابط قانون نگه‏داری از حیوانات آزمایشگاهی به‏طور یکسان استفاده شد. نمونه‏های آماری این تحقیق به‏روش نمونه‏گیری انتخابی هدف‏دار و با توجه به شرایط وزنی و سنی انجام شد پس از گذشت یک هفته حیوانات به‏طور تصادفی در 6 گروه مساوی با 5 سر موش در هر گروه شامل گروه‏های (کنترل سالم، نانوذرات بیولوژیک نقره، تمرین هوازی، تمرین بی‏هوازی، نانوذرات بیولوژیک نقره+تمرین هوازی، نانوذرات بیولوژیک نقره+ تمرین بی‏هوازی) تقسیم شدند. این رت‏ها پس از 10 هفته تمرین هوازی و بی‏هوازی (24) (جدول 1، 2)، به‏اندازه 10 درصد از وزن بدن هر رت، به‏صورت تزریق درون صفاقی در 5 نوبت، نانوذرات نقره دریافت کردند (25). نانوذرات نقره بیولوژیک توسط عصاره قارچ فوزاریوم اکسیسپوروم با استفاده از محلول نیترات نقره در مرکز تحقیقات نانوذرات بیولوژیک در پزشکی واحد شاهرود سنتز و توسط آزمون میکروسکوپ الکترونی عبوری، اسپکتوفوتومتری و روش پراش اشعه ایکس مورد تایید قرار گرفت (26). هم‏چنین برای نمونه‏گیری بافتی پس از طی 48 ساعت پس از آخرین تزریق، رت‏ها توسط تزریق درون صفاقی کتامین و زایلازین،  بی‏هوش  و کالبد شکافی صورت گرفت و بلافاصله بافت ریه خارج و در محلول فرمالین 10 درصد قرار داده شد و پس از آن برای بافت شناسی آماده شد. پس از 24 ساعت اندام مورد نظر در داخل فرمالین جدید ثابت و بعد از فیکساسیون، آب‏گیری و شفاف‏سازی به‏وسیله پارافین قالب‏گیری شد و سپس بعد از این مراحل، توسط دستگاه میکروتوم مقاطع با ضخامت 5 میکرون به‏صورت نمونه‏گیری تصادفی و با فواصل منظم و یکنواخت تهیه شدند. مقاطع میکروسکوپیک انتخاب شده، توسط رنگ‏آمیزی هماتوکسیلین و ائوزین رنگ و سپس توسط میکروسکوپ نوری با بزرگ‏نمایی100 و 400 برابر مطالعه و عکس‏های گرفته شده برای ارزیابی‏های هیستوپاتولوژیک بافت ریه به پاتولوژیست واگذار شد.

جهت اثبات داده‏های کمی در گروه‏ها بعد از تعیین نرمال بودن جامعه داده‏های جمع‏آوری شده با استفاده از نرم‏افزار spss و آزمون کلوموگروف-اسمیرنوف (K-S) و هم‏چنین آزمون برابری واریانس‏ها (لوین) از آزمون تحلیل واریانس یک‏طرفه (one-way ANOVA)، و آزمون تعقیبی بونفرونی جهت تعیین اختلاف بین گروه‏ها تجزیه و تحلیل شدند.

هم‏چنین سطح معنی‏داری در این پژوهش 5 درصد 05/0p< درنظر گرفته شد.

 

جدول 1: پروتکل هوازی

هفته

مدت تمرین (دقیقه)

سرعت تمرین (متر/دقیقه)

1

15

15

2

15

15

3

20

20

4

25

20

5

30

25

6

40

25

7

50

30

8

60

30

9

60

30

10

60

30

 

 

 

 

 

 

جدول 2: پروتکل بی هوازی

هفته

تعداد تکرارها (ثانیه)

تعداد ست ها

شیب تردمیل (درجه)

سرعت تمرین (متر/دقیقه)

1

40

3

5

35

2

40

4

5

40

3

40

5

5

45

4

40

6

5

50

5

40

6

5

55

6

40

6

10

55

7

40

7

10

55

8

40

8

10

60

9

40

8

15

60

10

40

8

15

60

 

 

جدول 3: تغییرات وزن و مسافت طی شده بعد از 10 تمرین هوازی و بی‏هوازی

 

گروه

وزن(گرم)

مسافت (متر)

کنترل

315.25

925

نانو ذرات نقره بیولوژیک

247.75

117

پروتکل تمرین هوازی

243

4539

پروتکل تمرین بی هوازی

233

4782

نانوذرات نقره+ پروتکل هوازی

252

2079

نانوذرات نقره+ پروتکل بی هوازی

236.25

3291

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نتایج

در این مطالعه با توجه به هدف اصلی این تحقیق مبنی بر مقایسه اثرگذاری نانوذرات نقره بر بافت ریه رت‏های تمرین کرده و بدون تمرین و هم‏چنین مطالعه سازگاری‏های ناشی از این تمرینات، براساس دو متغیر وزن رت‏ها و هم‏چنین میزان مسافت طی شده در آزمون دویدن برروی تردمیل جوندگان (استقامت پیش‏رونده) (جدول 3)، بعد از 10 هفته مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت. نتایج نشان می‏دهد که براساس آزمون ANOVA یک‏طرفه و آزمون تعقیبی بونفرونی، وزن رت‏ها در گروه‏های تمرین به‏صورت معنی‏داری نسبت به گروه کنترل کم‏تر بود (045/0=p) ( جدول 4) (شکل 1). به‏علاوه میزان مسافت طی شده در آزمون دویدن استقامتی پیش‏رونده برروی تردمیل جوندگان، در گروه‏های تمرین به‏صورت معنی‏داری بیش‏تر بود (000/0=p) (جدول 5) (شکل 2).

 

 

 

جدول 4: نتایج تحلیل واریانس یک‏طرفه در متغیر وزن رت‏ها

وزن

مجموع مربعات

درجات آزادیdf

میانگبن مربعات

ارزش f

sig

بین گروهی

20002.853

8

2500.357

2.338

045/.

درون گروهی

31014.200

29

1069.455

 

 

جمع کل

51017.053

37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 5: نتایج تحلیل واریانس یک‏طرفه در متغیر مسافت طی شده در آزمون پیش‏رونده استقامتی رت‏ها

 

مسافت

مجموع مربعات

درجات آزادیdf

میانگین مربعات

ارزش f

sig

بین گروهی

4558450.431

8

569806.304

26.766

000/.

درون گروهی

638648.800

30

21288.293

 

 

جمع کل

5197099.231

38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 1:  تغییرات وزن در گروه‏های مختلف ( p<0.05)

 

 

 

شکل2: اختلاف میان گروه‏ها در متغیر مسافت طی شده در آزمون پیش‏رونده استقامتی ( p<0.05)

نتایج هیستوپاتولوژیک:

در رابطه با نتایج هیستوپاتولوژیک، میزان آسیب های بافت ریه از قبیل پرخونی و التهاب در گروه دریافت کننده نانوذرات نقره بدون تمرین از همه گروه ها بیشتر بود. بعلاوه گروه های تمرینی آسیب به نسبت کمتری نسبت به گروههای دیگر تجربه کردند. تغییرات ساختاری گروه ها با بزرگ نمائی 001 و 004 برابر در شکل 3 نشان داده شده است.

در نمونههای گروه کنترل، شکل(A)، بافت ریه دارای ویژگیهای نرمال به لحاظ بافت شناسی بوده و نظم و انسجام در کل بافت قابل رویت است. برونشیولهای ریوی دارای دیواره مشخص با اپیتلیوم کاملا طبیعی و سالم بوده و تغییر خاصی در دیواره آنها پدیدار نیست. اندازه و تعداد آلوئولها و نیز دیواره بین آلوئولی (فلش سفید) بهلحاظ تعداد سلولی مناسب است. سلول پونوموسیت نوع 1 و 2 (فلش آبی) کاملا مشخص و به لحاظ ویژگیهای سلولی از قبیل شکل هسته و سیتوپلاسم و نیز تعداد سلول­ها نرمال گزارش می­شود.

در نمونههای گروه نانو ذرات بیولوژیک نقره،  شکل (B)، در نمونه های گروه بیولوژیک بافت ریه دارای فضای داخلی مشهود و منظم و قابل تفکیک می باشد. برونشیولهای ریوی مشخص و اندازه طبیعی همراه با بافت پوششی یکنواخت دارند. در دیواره آلوئولها اندک تجمع خون دیده شده (فلش قرمز) اما افزایش التهاب موجود نیست. سلولهای پونوموسیت شکل و ظاهر طبیعی دارند (فلش آبی) و تغییر خاصی در دیواره آلوئولی دیده نمیشود.

در نمونههای گروه هوازی شکل (C) بافت ریه در مقایسه با گروه کنترل تغییر خاصی را نشان نمی دهد. اندازه برونشیولها (فلش سبز) و نیز تعداد و اندازه آلوئولهای ریوی در مقاطع مختلف مناسب و طبیعی میباشد. سلولهای دیواره آلوئولی و انواع پونوموسیتها (فلش آبی) نیز ویژگی نرمال دارند.

در نمونههای گروه بی هوازی شکل (D) مشخصات بافتی همانند گروه کنترل دارای نظم و انسجام بوده و هیچگونه تغییر خاصی در بافت دیده نمیشود. سلولهای دیواره آلوئولی شکل منسجم و تعداد و اندازه نرمال دارند. تنها میزان اندکی پرخونی (فلش قرمز) در برخی وریدچه ها قابل رویت است که محسوس نمیباشد.

در نمونههای گروه نانو ذرات بیولوژیک نقره + تمرین هوازی شکل (E) در نمونههای گروه هوازی بیولوژیک نظم و انسجام در بافت دیده میشود. تعداد و اندازه راههای هوایی و آلوئولها طبیعی و مناسب بوده و تجمع خون یا سلولهای التهابی دیده بافت دیده نمی شود. اندازه و تعداد سلولهای نوموسیت (فلش آبی) طبیعی  میباشد.

در نمونههای گروه نانو ذرات بیولوژیک نقره + تمرین بیهوازی  شکل (F) در نمونههای گروه بیهوازی بیولوژیک هیچگونه تغییر خاصی در بافت ریه و دیواره ساختارها از قبیل آلوئولها و دیواره بین آلوئولی و برونشیولها وجود ندارد. تعداد اندکی سلول خونی در برخی نواحی رویت میشود که محسوس و غیر طبیعی نیست. بافت دارای فضای منظم و اندازه و انسجام طبیعی میباشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                 

شکل3: فتومیکروگراف ریه موشهای صحرائی در گروه های مختلف با بزرگ نمائی 001 (بالا) و 004 (پایین)

 

بحث

هدف از این پژوهش، بررسی میزان مقاومت سلولی ایجاد شده توسط دو نوع فعالیت بدنی هوازی و بی‏هوازی در سلول‏های ریوی در مواجهه با نانوذرات تولید شده با روش زیستی در رت‏های نر ویستار بود. نتایج اولیه این پژوهش ثابت کرد رت‏ها نر طی 10 هفته تمرین هوازی و بی‏هوازی نسبت به تمرینات سازگار شده‏اند. مقدار مسافت طی شده در آزمون استقامتی پیش‏رونده بر روی تردمیل جوندگان در گروه‏های تمرینی به‏طور معنی‏داری افزایش چشم‏گیری داشت که بیان‏گر افزایش سازگاری‏های مختلف فیزیولوژیک نظیر سازگاری‏های قلبی-تنفسی، هورمونی و عصبی- عضلانی است (شکل 1). به‏علاوه وزن این حیوانات در گروه‏های تمرینی به‏طور معنی‏داری نسبت به گروه کنترل کم‏تر بود که نشان‏دهنده تغییرات متابولیکی در موش‏های صحرایی است (شکل 2). هم‏چنین نتایج نشان داد تزریق درون صفاقی نانوذرات نقره موجب بروز نارسایی‏های ساختاری مثل پرخونی و التهاب در گروه نانوذرات نقره بیولوژیک شده است. در مقایسه دو نوع پروتکل تمرینی نتایج نشان داد در کاهش آسیب‏های پونوموسیت تمرینات بی‏هوازی در کاهش اثرات جانبی نانوذرات نقره در برونشیول‏ها و آلوئول‏ها اثر بخش‏تر بوده است و نسبت به تمرینات هوازی در کاهش التهاب بافت ریه تاثیرات بهتری اعمال کرده است (شکل 3).

در رابطه با اثر یک دوره نانونقره بر ساختار بافت ریه تحقیقات اندکی انجام شده است. بیان شده است تزریق درون صفاقی نانوذره نقره سبب نکروز شدن، دژنرانسیون و ارتشاح سلول‏های ریوی رت‏ها می­شود که با نتایج هیستوپاتالوژی ما مطابقت دارد (27). هم‏چنین گزارش شده است نانوذراتی مثل نقره، اکسید تیتانیوم، اکسید آلومینیوم و کربن سیاه، شاخص‌های التهابی تنفسی را افزایش می­دهند (28). لیمباج و همکاران (29)، نشان دادند فیبروبلاست‏ها می‏توانند نانوذرات را جذب کنند. این نتایج نشان می­دهد اگر ذرات در مقیاس نانو قرار گیرند از لحاظ بیولوژیکی فعال می­شوند. در توجیه این سازوکار می‏توان بیان کرد نانوذرات نقره بعد از چسبیدن به سطح غشا سلولی، سیستم تنفسی را به‏صورت برهم‏کنش آنزیم با زنجیره تنفسی باکتری با نقره تخریب می­کنند. هم‏چنین نقره با گروه‏های تیولی آنزیم­های حیاتی واکنش داده و آن‏ها را غیرفعال می‏کند. نانوذرات نقره با اندازه 11 نانومتر سمیت سلولی را در سلول‏های ریه ایجاد می‏کنند که به سطح پوشاننده آن‏ها بستگی ندارد (30). نانو ذرات نقره پتانسیل غشایی پلاسما را ناپایدار می‏کنند که نتیجه آن کاهش سطح ATP درون سلول می‏باشد این عمل با هدف قرار دادن غشا سلول باکتری انجام می‏شود و باعث مرگ باکتری می‏شد. هم‏چنین نانوذرات نقره موجب از هم گسستن اجزای ممانعت کننده (حفاظ) موجود در غشا خارجی باکتری می‏شود که باعث آزاد شدن تصاعدی مولکول‏هایی نظیر لیپوپلی‏ساکارید 1 و پورین‏ها از غشا سیتوپلاسمی می‏شود (31). اتصال نقره به گروه‏های عاملی پروتئین‏ها و ایجاد پیوند با آن‏ها، باعث از بین رفتن خواص اصلی پروتئین‏ها می‏شود. نانونقره فقط به سطح غشا سلولی نمی‏چسبد بلکه به درون سلول‏ها هم نفوذ می‏کند. نانونقره پس از نفوذ به‏داخل سلول باکتری آنزیم‏های آن را غیر فعال کرده و با تولید هیدروژن پراکسید باعث مرگ باکتری می‏شود (32).

مطالعات متعددی ارتباط بین سطح فعالیت بدنی و عمل‏کرد تنفسی را توصیف می‏کند (33). ظرفیت حیاتی اجباری (Forced vital capacity) و حجم بازدم مجبور در 1 ثانیه (Forced expiratory volume 1 second)، شاخص‏های قوی عمل‏کرد ریه هستند، که به‏دلیل سبک زندگی بی‏تحرک کاهش می‏یابند (34، 35). تحقیقات نشان می‏دهد مردانی که در طول پی‏گیری (19 ماه) در سبک زندگی فعال باقی مانده بودند ، 50 میلی‏لیتر در FEV1 و 70 میلی‏لیتر در FVC خود بهبود داشتند، در حالی که افرادی که در سبک زندگی کم‏تحرک بودند 30 و 20 میلی‏لیتر در کاهش به‏ترتیب FEV1 و FVC (36). مطالعات مقطعی گزارش کرده‏اند که فعالیت بدنی منظم و آمادگی جسمانی مناسب با عمل‏کرد بهتر ریوی مرتبط بوده است (37، 38). مشابه فعالیت‏های هوازی، فعالیت‏های بی‏هوازی نیز ممکن است تاثیر بالقوه مفیدی برروی سیستم تنفسی داشته باشند. برخی محققان نشان دادند اثرات فعالیت‏های بی‏هوازی با عضوی از خانواده پپتیدهای ناتریورتیک، معروف به پپتید نوع C (Natriuretic peptide precursor C) ارزیابی شد. CNP توسط اندوتلیوم سنتز می‏شود و از طریق تاثیرات آن بر انقباض عروق خونی و هم‏چنین اعمال خواص ضدفیبروتیک و ضدتکثیری، یک اثر محافظتی ایجاد می‏کند. این ماده باعث ایجاد تاثیر بیش از حد قطبی بر روی لایه عضلانی صاف رگ‏های خونی می‏شود که باعث اتساع عروق می‏شود (23، 39). هم‏چنین گزارش شده است که CNP برای جلوگیری از پیری قلب از طریق فیبروز دیواره بطن چپ از طریق مسیر حلقوی گوانوزین منوفسفات (cGMP)، اثرات غیرتکثیر خود را برروی فیبروبلاست‏های قلبی اعمال می‏کند (40). به‏نظر می‏رسد پیش آمادگی بدنی موجب افزایش مقاومت سلول‏های ریوی در مواجهه با سمیت نانوذرات نقره بیولوژیک می‏شود. در اثبات این مطلب وییراو همکاران (19) نشان دادند التهاب مجاری هوایی، تغییر شکل و بیان سایتوکاین‏های پیش التهابی در نتیجه تمرین هوازی با شدت کم و متوسط، کاهش می‏یابد. به‏نظر می‏رسد در تحقیق حاضر اثر بخشی پیش آمادگی بی‏هوازی به‏دلیل شدت تمرین رت‏ها در گروه‏های تمرین باشد و می‏توان بیان کرد تمرینات ورزشی می‏تواند به‏عنوان یک عامل ضدالتهابی در تعدیل عوامل التهابی ناشی از ریزذرات آلاینده‏های مختلف نقش داشته باشد. به‏نظر می‏رسد تمرینات ورزشی کم شدت تا متوسط از طریق کاهش کاتوکولامین‏ها، کورتیزول، رادیکال‏های آزاد و تنش اپی‏تلیالی، بیان فاکتورهای رونویسی هسته‏ای چون (Nuclear Factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells) را کاهش داده و این فاکتورها در ادامه، بیان اینترلوکین‏های پیش التهابی مختلفی هم‏چون اینترلوکین‏های (Interleukin) 1، 8 و 13 را تقلیل دهند که سلسله این رخدادها، فراخوانی سلول‏های ایمنی در منطقه را کاهش داده و از تغییر ساختار سلول‏های ریوی جلوگیری می‏کند مخصوصا زمانی که محرکی موجب افزایش این التهاب‏ها در منطقه شود (41). به‏نظر می‏رسد پیش آمادگی بدنی بتواند ازطریق سازکارهای فوق، مقاومت سلول‏های ریوی را نسبت به سمیت نانو افزایش دهد.

 

نتیجه‏گیری

تزریق درون صفاقی نانو‏ذرات نقره تولید شده به‏روش زیستی نیز موجب تخریب، پرخونی و التهاب بافت ریه می‏شود. هم‏چنین به‏نظر می‏رسد پیش آمادگی بدنی بی‏هوازی در کاهش این اثرات موثرتر باشد.

 

تشکر و قدردانی

ایــن تحقیــق مســتخرج از پایان‏نامه کارشناسی‏ارشد مــی‏باشــد کــه بــا هزینه شخصی نفر اول پژوهش انجــام شــده اســت. بدیــن وســیله از آزمایشگاه فیزیولوژی ورزشی حیوانات دانشگاه آزاد اسلامی واحد شاهرود نهایت تقدیر و تشکر را داریم.

 

تاییدیــه اخلاقی

این پژوهش زیر نظر کمیته اخلاق دانشگاه آزاد اسلامی واحد شاهرود به‏شماره IR.IAU.SHAHROOD.REC.1396.41  در مرکز تحقیقات نانوذرات بیولوژیک در پزشکی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شاهرود انجام شد.

 

1. Shahnaz Bakand, Amanda Hayes. “Nanoparticles: a review of particle toxicology following inhalation exposure”, Inhal Toxicol. 2012; 24(2): 125–135.
2. Tang J, Xi T. Status of biological evaluation on silver nanoparticles. Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi. 2008; 25(4): 958-61.
3. Martinez-Gutierrez F, Olive PL, Banuelos A, Orrantia E, et al. Synthesis, characterization, and evaluation of antimicrobial and cytotoxic effect of silver and titanium nanoparticles. Nanomedicine 2010; 6(8): 681-8.
4. MOTTAHEDI1, Afrooz; ZIAOLHAGH2, Sayyed-Javad. Silver nanoparticles and structural changes in brain tissue of male rats following aerobic and anaerobic preconditioning. Journal of Knowledge and Health in Basic Medical Sciences. 2019, 14(2), Page: 3-14.
5. Liao C, Li Y, Tjong SC. Bactericidal and cytotoxic properties of silver nanoparticles. Int J Mol Sci. 2019; 20(2):449.
6. Morimoto Y., Izumi H., Yoshiura Y., Fujishima K, et al. Usefulness of intratracheal instillation studies for estimating nanoparticle-induced pulmonary toxicity. Int J Mol Sci. 2016; 17(2):165.
7. Roda E, Bottone MG, Biggiogera M, Milanesi G, et al. T. Pulmonary and hepatic effects after low dose exposure to nanosilver: Early and long-lasting histological and ultrastructural alterations in rat. Toxicology reports. 2019; 6: 1047–1060.
8. Anderson DS, Silva RM, Lee D, Edwards PC, et al. Persistence of silver nanoparticles in the rat lung: influence of dose, size, and chemical composition. Nanotoxicology. 2015; 9:591–602.
9. Pourali, P., Yahyaei, B. & Afsharnezhad, S. Bio-Synthesis of Gold Nanoparticles by Fusarium oxysporum and Assessment of Their Conjugation Possibility with Two Types of β-Lactam Antibiotics without Any Additional Linkers. Microbiology. 2018; 87(2): 229–237.
10. Murry CE, Jennings RB, Reimer KA. Preconditioning with ischemia: a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation. 1986; 74(5): 1124-36.
11. Ram FSF, Robinson S, Black PN. Physical training for asthma. Cochrane Database of Systematic Reviews. 2000; Issue 1.
12. Menegali B, Nesi R, Souza P, Silva L, et al. The effects of physical exercise on the cigarette smoke-inducedpulmonary oxidative response. Pulm Pharmacol Ther. 2009; 22(6):567–73.
13. Nemmar A, Al-Salam S, Yuvaraju P, Beegam S. Exercise training mitigateswater pipe smoke exposure-induced pulmonary impairment via inhibitingNF-kappaB and activating Nrf2 signalling pathways.Oxid Med Cell Longev. 2018; 7459612.
14. Robinson M, Dasari S, Konopka A, Johnson M, et al. Enhanced protein translation underlies improved metabolicand physical adaptations to different exercise training modes in youngand old humans.Cell Metab. 2017; 25(3):581–92.
15. Dantas W, Murai I, Perandini L, Azevedo H, et al. Acute exercise elicits differential expression of insulin resistance genes in the skeletal muscle of patients with polycystic ovary syndrome. Clin Endocrinol. 2017; 86:688–97.
16. Yu Y-B, Liao Y-W, Su K-H, Chang T-M, et al. Prior exercise training alleviates the lung inflammation induced by subsequent exposure to environmental cigarette smoke. Acta Physiol. 2012; 2012:1−9.
17. Feng B, Qi R, Gao J, Wang T, et al. Exercise training prevented endothelium dysfunction from particulate matter instillation in Wistar rats. Sci Total Environ. 2019; 694:133674.
18. Fisher G, Schwartz DD, Quindry J, Barberio MD, et al. Lymphocyte enzymatic antioxidant responses to oxidative stress following high-intensity interval exercise. Journal of Applied Physiology. 2011; 110(3): 730-737.
19. Vieira RP, Claudino RC, Duarte ACS, Santos ÂB, et al. Aerobic exercise decreases chronic allergic lung inflammation and airway remodeling in mice. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2007; 176(9):871-7.
20. Wahid A, Manek N, Nichols M, Kelly P, et al. Quantifying the Association Between Physical Activity and Cardiovascular Disease and Diabetes: A Systematic Review and Meta-Analysis. J Am Heart Assoc. 2016; 5(9): e002495.
21. Patel H., Alkhawam H., Madanieh R., Shah N., et al. Aerobic vs anaerobic exercise training effects on the cardiovascular system. World journal of cardiology. 2017; 9(2), 134–138.
22. Rigonato-Oliveira NC, Mackenzie B, Lacerda Bachi AL, Oliveira-Junior MC, et al. Aerobic exercise inhibits acute lung injury: from mouse to human evidence exercise reduced lung injury markers in mouse and in cells. Exerc Immunol Rev. 2018; 24:36–44.
23. Akseki Temür H, Vardar SA, Demir M, et al. The alteration of NT pro CNP plasma levels following anaerobic exercise in physically active young men. Anatol J Cardiol. 2015; 15(2):97-102.
24. Mogharnasi M, Bayat J, Foaddini M, Salehinia A, et al. The effect of colostrum along with aerobic and anaerobic exercise on lipid peroxidation and total antioxidant capacity of male Wistar rats. Armaghan-e-Danesh. 2016; 21(3):265-277.
25. Del Bonis-O'Donnell JT, Chio L, Dorlhiac GF, McFarlane IR, et al. Advances in Nanomaterials for Brain Microscopy. Nano Res. 2018; 11(10):5144-5172.
26. Pourali P, Badiee SH, Manafi S, Noorani T, et al, Biosynthesis of gold nanoparticles by two bacterial and fungal strains, Bacillus cereus and Fusarium oxysporum, and assessment and comparison of their nanotoxicity in vitro by direct and indirect assays, Electronic Journal of Biotechnology. 2017; 29: 86-93.
27. Zamani N, Naghsh N, Fathpour H. Comparing poisonous effects of thioacetamide and silver nanoparticles on enzyme changes and liver tissue in mice. Zahedan J Res Med Sci(ZJRMS) 2014; 16(2): 54-57.
28. Zhang Z, Kleinstreuer C, Donohue JF, Kim CS. Comparison of micro- and nano-size particle depositions in a human upper airway model. J Aerosol Sci 2005; 36(2): 211-33.
29. Limbach LK, Wick P, Manser P, Grass RN, et al. Exposure of engineered nanoparticles to human lung epithelial cells: influence of chemical composition and catalytic activity on oxydative stress. Environ Sci Technol 2007; 41(11): 4158-63.
30. Pengyu Chen, Shane A. Seabrook, V. Chandana Epa, et al. Contrasting Effects of Nanoparticle Binding on Protein Denaturation. J Phys Chem. C 2014; 118(38): 22069–22078.
31. Sondhi P, Maruf M, Stine K.J. Nanomaterials for Bio sensing Lipopolysaccharide. Biosensors. 2019; 10(1):2.
32. Abdul Razack S, Duraiarasn S,  Mani V. Biosynthesis of silver nanoparticle and its application in cell wall disruption to release carbohydrate and lipid from C. vulgaris for biofuel production. Biotechnology Reports. 2016; 11: 70-76.
33. Pelkonen M, Notkola IL, Lakka T, Tukiainen HO, et al. Delaying decline in pulmonary function with physical activity: a 25-year follow-up. Am J Respir Crit Care Med 2003; 168 (4): 494- 9.
34. Inselma LS, Milanese A, Deurloo A. Effect of obesity on pulmonary function in children. Pediatr Pulmonol 1993; 16 (2): 130- 7.
35. Jakes RW, Day NE, Patel B, Khaw KT, et al. Physical inactivity is associated with lower forced expiratory volume in 1 second: European Prospective Investigation into Cancer-Norfolk Prospective Population Study. Am J Epidemiol 2002; 156 (2): 139- 47.
36. Bottai M, Pistelli F, Di Pede F, Carrozzi L, et al. Longitudinal changes of body mass index, spirometer and diffusion in a general population. Eur Respir J 2002; 20 (3): 665- 73.
37. Thomas PS, Cowen ER, Hulands G, Milledge JS. Respiratory function in the morbidly obese before and after weight loss. Thorax. 1989; 44 (5): 382- 6.
38. Rochester DF, Enson Y. Current concepts in the pathogenesis of the obesity-hypoventilation syndrome. Mechanical and circulatory factors. Am J Med 1974; 57 (3): 402- 20.
39. Chauhan SD, Nilsson H, Ahluwalia A, Hobbs AJ. Release of C-type natriuretic peptide accounts for the biological activity of endothelium-derived hyperpolarizing factor. Proc Natl Acad Sci USA. 2003; 100(3):1426–1431.
40. Sangaralingham SJ, Huntley BK, Martin FL, McKie PM, et al. The aging heart, myocardial fibrosis, and its relationship to circulating C-type natriuretic Peptide. Hypertension. 2011; 57(2):201–207.
41. Hashimoto S, Gon Y, Matsumoto K, Takeshita I, et al. Inhalant Corticosteroids inhibit hyper osmolality-induced, and cooling and rewarming–induced interleukin-8 and RANTES production by human bronchial epithelial cells. Am J Respir Crit Care Med. 2000; 162(3 Pt 1):1075-80.