Makale İçeriği
Oksijen canlıların yaşamlarını sürdürebilmeleri için mutlak gerekli bir elementtir. Metabolizmada hücre içinde dört elektron gerektiren bir dizi reaksiyon sonucunda oksijen indirgenir (H2O’ya dönüşür), bu sırada hücre kendisi için gerekli olan enerjiyi sağlar.
Bu süreçte oksijenin az bir kısmı (%1-3) tam olarak suya dönüşmez ve bu reaksiyonlarda ara ürün olarak bir veya daha fazla ortaklanmamış elektron ihtiva eden atom veya moleküller olan süperoksit anyonu (O2-), hidrojen peroksit (H2O2) ve hidroksil serbest radikalleri (OH-) oluşur (1,8,14).
Reaktif oksijen türevleri (ROT) kas kasılması gibi normal fiziksel aktivitelerin düzenlenmesinde önemli katkıları olmasına rağmen, bunların derişimindeki ciddi artışlar normal hücre fonksiyonu bozabilir, protein ve lipidler gibi çeşitli biyomoleküllerin ve hücresel DNA’nın oksidatif hasar görmelerine yol açabilir (2,19,22,28). ROT’ların vücutta meydana getirdiği bu hasarları önlemek üzere hücrelerin kendi geliştirdikleri serbest radikal zincir reaksiyonlarını baskılayan enzim kaynaklı süperoksit dismütaz (SOD), katalaz, glutatyon peroksidaz (GPX) ve enzim kaynaklı olmayan E vitamini, ß-karoten, C vitamini, melatonin gibi antioksidanlar görev alır (4,16,30). Bunlar antioksidan savunma mekanizmasını oluştururlar.
Serbest radikaller, hücrelerde endojen ve egzojen kaynaklı faktörlere bağlı olarak oluşurlar. Endojen etmenler organizmada normal olarak meydana gelen oksidasyon-redüksiyon reaksiyonları ve DNA’daki spontan değişimlerdir. Egzojen kaynaklı etmenler arasında stres, virüsler, enfeksiyon, hava kirliliği, hipoksi, ısı, egzersiz, iskemi, travma, çeşitli kimyasallara maruz kalma gibi durumlar sayılabilir (7,10,34). Vücutta ROT’ların aşırı üretilmesi sonucunda, oksidan-antioksidan dengesinin bozulmasına yol açan biyolojik durum oksidatif stres olarak adlandırılır (33).
Oksidatif stresin farklı mekanizmalar ile DNA’da baz ve şeker modifikasyonları, tek ve çift zincir kırıkları (kromozom kırıkları), DNA-protein çapraz bağlanması gibi bir takım lezyonlara neden olarak hasara yol açtığı bilinmektedir (5,8,19,34).
Genetik materyalin moleküler bütünlüğünde DNA replikasyonu ve DNA rekombinasyonu gibi hücresel olaylar sırasında veya çevresel faktörlerin etkisiyle meydana gelen tüm değişiklikler DNA hasarı olarak adlandırılır (9).
Egzersiz ve DNA hasarı
Oksidatif stresle oluşan DNA hasarı; yaşlanma, kanser, kardiyovasküler hastalıklar, immün sistem hastalıkları, diyabet, dejeneratif hastalıklar gibi doku fonksiyonlarının bozulması ile ortaya çıkan hastalıkların etiyolojisinde önemli rol oynamaktadır. Düzenli egzersizin kardiyovasküler fonksiyonları düzelttiği; diyabet, kanser gibi birçok patolojik hastalıkların oluşma riskini azalttığı; yaşam süresini uzattığı için sağlık açısından yararlı olduğu bilinmektedir (22,27,29). Bununla birlikte, akut ve yoğun egzersizin oksidatif hasarı tetiklediği ileri sürülmektedir (8,26,28). Çünkü, egzersiz sırasında enerjiye ihtiyaç duyulmakta ve oksijen tüketimi artmaktadır. Bu tüketimin dinlenik duruma göre 10-15 kat arttığı, hatta aktif kas hücrelerinde bu artışın 100 kat kadar olduğu tahmin edilmektedir (1). Egzersiz sırasında serbest radikal üretiminin temel kaynaklarından biri mitokondride gerçekleşen elektron taşıma zinciridir (19).
ROT’nin organ ve doku hasarı ile değişik hastalıkların etiyopatogenezindeki rolü, son yıllarda tıbbın giderek artan bir ilgi alanı olmuştur. Egzersiz sırasında yüksek oksijen tüketiminin oksidatif strese neden olup olmadığı, DNA ve lipid-protein metabolizması gibi biyolojik sistemler üzerinde risk oluşturup oluşturmadığına ilişkin soruların yanıtlanması için araştırmalar yapılmıştır. Birçok çalışmada egzersizin DNA üzerine etkilerini araştırmada yaygın olarak kullanılan oksidatif DNA ürünü olan 8-hidroksi-2’-deoksiguanozin düzeyi incelenmiştir.
8-hidroksideoksiguanozin (8-OHdG)
Reaktif oksijen türleri DNA’da 20’den fazla oksidatif baz hasar ürününün oluşmasına yol açar (6). Bu bazlar arasında 8-OHdG oldukça duyarlı ve en sık karşılaşılan oksidatif DNA hasarı göstergesidir (15,17,19). Guanin, DNA bileşenleri içerisinde en düşük iyonizasyon potansiyeline sahip olan ve oksidasyona en yatkın bazdır (18). Modifiye bir baz olan 8-OHdG, DNA’da guaninin 8. karbon atomuna hidroksil radikalinin bağlanması sonucu oluşur (Şekil 1).
Bu ürün, normal oksidatif metabolizma sırasında üretilen endojen veya egzojen kaynaklı ROT tarafından DNA’da oluşan bir mutajendir. DNA replikasyonu sırasında G-C’den A-T’ye dönüşüme neden olarak mutasyona eğilimi arttırır (17,18,19,20) ve bu bileşiğin DNA’yı tamir edici enzimler tarafından ortadan kaldırılması da yeni hatalara sebep olur (23). Bu nedenle 8-OHdG ölçümü, DNA’daki oksidatif hasarın doğrudan göstergesi olarak kabul edilmekte ve egzersiz çalışmalarında da oksidatif DNA hasarını belirlemek için kullanılan en yaygın yöntem olmaktadır (17,18,19).
Literatürün değerlendirilmesi
Poulsen ve ark. (24), yaş ortalaması 22 olan 20 sağlıklı erkeğe 30 gün boyunca haftada altı gün, günde 8-10 saat çeşitli egzersizler yaptırmışlar ve egzersiz öncesi ile bu süreç sonrasında idrar örneklerinde 8-OHdG düzeylerine bakmışlardır. Yoğun egzersiz sonrası örneklerde 8-OHdG düzeylerinin arttığını, DNA’daki bu modifikasyonu %33 oranında bulmuşlardır.
Tsai et al (31), 42 km’lik maraton yarışına katılan 14 erkek sporcunun idrar örneklerinde 8-OHdG düzeyinin yarıştan sonra anlamlı bir şekilde arttığını ve ancak 14 gün sonra bu madde içeriğinin egzersiz öncesi düzeye ulaştığını saptamışlardır.
Orhan ve ark. (22), orta düzeyde antrene sekiz bireye bisiklet ergonometresinde maksimal O2 tüketiminin %70’inde 60 dk egzersiz yaptırmışlardır. İdrar örneklerinde 8-OHdG düzeylerinin egzersiz yapıldıktan hemen sonra ve bir gün sonrasında egzersiz öncesine göre önemli ölçüde yükseldiğini bulmuşlardır.
Üç erkek ve üç kadına 1.5 km yüzme, 40 km bisiklet ve 10 km koşudan oluşan triatlon protokolü uygulanmış ve kişilerin dört gün boyunca 24 saatlik idrar örnekleri toplanmıştır. Dört gün boyunca alınan idrar örneklerindeki 8-OHdG içeriği ile egzersiz öncesi değerler arasında herhangi anlamlı bir fark belirlenmemiştir (11).
Bloomer ve ark. (3), benzer kas gruplarını kullanan 10 erkek gönüllüye aerobik ve anaerobik egzersizlerden oluşan 30 dk’lık çapraz antrenman programı uygulamışlar; egzersizden önce ve 24 saat sonrasında alınan kan örneklerinin serum 8-OHdG düzeylerinde herhangi anlamlı bir fark bulmamışlardır.
İyi antrene uzun mesafe koşucusu 10 atlet, tekrarlayan egzersizin DNA hasarı üzerinde etkisinin olup olmadığını araştırmak için sekiz günlük kampa tabi tutulmuşlardır. Kamp süresince her gün ortalama 30 km’lik uzun mesafe koşusu yapmışlardır. Kamp sonrasında atletlerin idrar örneklerinde 8-OHdG düzeyinin önemli ölçüde arttığı saptanmış; ancak kamp öncesi ve sonrası lenfosit DNA’sı 8-OHdG içeriklerinde fark olmadığı gözlenmiştir (21).
Günlük koşu mesafeleri 93 km, 120 km, 56 km ve 59 km olan dört günlük yarış boyunca beş ultramaraton koşucusunun idrar örneklerinde 8-OHdG içeriği Radak ve ark. (28) tarafından analiz edilmiştir. İdrar örnekleri her yarış öncesi ve sonrasında toplanmıştır. İlk gün 8-OHdG düzeyinin önemli ölçüde yükseldiği, sonraki günlerde ise düşmeye başladığı saptanmıştır. Son gün idrar 8-OHdG içeriğinin diğer üç güne oranla anlamlı ölçüde azaldığı belirlenmiştir.
Tsakiris ve ark. (32) 10 basketbol oyuncusunda maçın 8-OHdG içeriğine etkisini araştırmışlardır. Sporculardan maçtan önce ve sonra kan örneği almışlar; maç sonrası serum örneklerinde 8-OHdG’nin anlamlı ölçüde arttığını göstermişlerdir.
Inoue et al (12) antrene dokuz yüzücü ve atletin idrar örneklerinde ve lenfositlerinde 8-OHdG içeriğini ölçmüşlerdir. Sporcuların egzersiz öncesi 8-OHdG içeriklerine baktıklarında, yüzücülerin lenfosit DNA’sı 8-OHdG içeriğinin daha yüksek olduğunu rapor etmişlerdir. Yüzücülere 90 dk’lık yüzme (4.5 km), atletlere 70 dk’lık (15 km) koşu yaptırmışlar ve egzersizden hemen sonra da örneklerinin 8-OHdG içeriklerini analiz etmişlerdir. Yüzücülerin lenfosit DNA’larının 8-OHdG düzeylerinde artış belirlerlerken, atletlerde bir değişim saptamamışlardır. Ne atletlerin, ne de yüzücülerin idrar örneklerinde ise herhangi anlamlı bir değişiklik bulmamışlardır.
Itoh ve ark. (13) sedanterlere maksimum kalp atım sayısının %75’i düzeyinde olacak şekilde 1 saatlik (10 km) koşu yaptırmışlar ve plazma örneklerinde egzersizden hemen sonra 8-OHdG düzeyinin azaldığını, 24 saat sonra ise başlangıçtaki düzeye tekrar döndüğünü göstermişlerdir.
Sato et al (29) bisiklet ergonometresinde maksimal O2 tüketiminin %50’sinde olacak şekilde orta düzeyde 30 dk’lık egzersizin DNA üzerine etkilerini yedi antrene ve sekiz sedanter kişide araştırmışlardır. Egzersizden hemen sonra lökositlerde 8-OHdG içeriğini antrene kişilere oranla daha yüksek bulmuşlar, egzersizden 48 saat sonrasında ise sadece sedanterlerde 8-OHdG içeriğinin azaldığını göstermişlerdir.
Literatürün yorumlanması
Derlenen literatür sonuçlarına göre egzersizin oksidatif DNA hasarı üzerine etkileri konusunda çelişkili sonuçlar görülmektedir. Sonuçlardaki bu çelişki, egzersiz uygulanan kişilerin antrenman durumlarındaki farklılıktan, uygulanan egzersizin yoğunluğundan ve süresinden, egzersizin yapıldığı ortamdan (laboratuar şartları, doğal ortam koşulları), analiz edilen örneklerin farklı olmalarından (idrar, serum, plazma, lenfosit, lökosit), örneklerin alınma zamanındaki farklılıklardan, deneylerin tasarımındaki farklılıktan kaynaklanabilir.
Egzersiz sırasında oluşan serbest radikallerden dolayı, düzenli egzersiz oksidatif hasarı önlemek için bir adaptasyon süreci geliştirir. Bu adaptasyon fizyolojik fonksiyonların iyileşmesine ve oksidatif strese karşı direncin artmasına yol açmaktadır (25,27). Oksidatif adaptasyonların, özellikle oksidatif DNA tamir enzimlerinin aktivitelerinin artışında önemli bir etkiye sahip olduğu belirtilmektedir (25).
Literatürde sunulan çalışma sonuçlarına göre, akut ve yoğun olarak yapılan egzersiz oksidatif DNA hasarını arttırmakta ve bu hasar artışının egzersizden birkaç gün sonra tekrar eski haline döndüğü gözlenmektedir. Veriler; egzersizden hemen sonra DNA’da oksidatif hasarın arttığını, tekrarlanan düzenli egzersizden kaynaklanan adaptasyona bağlı olarak bu hasarların tamir edildiğini ve yeniden eski değerler ulaşıldığını düşündürmektedir. Bu nedenle egzersizi takiben 24 saatten daha az bir süre içerisinde DNA hasarını ölçmek, bir hasarın varlığını kanıtlamak için geçerli olmayabilir.
Ancak şu bir gerçektir ki; fiziksel egzersiz önerilse de, egzersiz sırasında oksijen tüketimindeki artış vücutta serbest radikal üretimini arttırmaktadır. Özellikle akut ve yoğun egzersiz vücutta oksidatif hasarı tetiklemektedir. Diğer taraftan, fiziksel inaktivite de fizyolojik işlevlerde bozulmalara ve oksidatif strese karşı vücut direncinde düşüşlere yol açmaktadır. Epidomiyolojik çalışmalar düzenli egzersizin kardiyovasküler hastalıklar, diyabet, Alzheimer, Parkinson ve bazı kanserler gibi oksidatif stresle ilişkili hastalıkların insidansını azalttığı göstermektedir. Egzersizin bu yararlı etkisi, düzenli egzersizle oluşan oksidatif strese karşı vücudun geliştirdiği adaptasyonla ilişkili olabilir. Gelecekte fiziksel egzersizin DNA üzerindeki etkilerinin tam mekanizmasını anlamak için daha kapsamlı çalışmalar gerekecektir.
