Intern ati o n a l   Jo urn a l  o f  P u b lic Hea l th Science (IJ P HS)  V o l.4 ,  No .3 , Sep t em b e r  20 15, pp . 201 ~204  I S SN : 225 2-8 8 0 6           2 01     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPHS  Vascular Endothelial Growth Fact or Concentrati o n in Brai n of  Rat Treated with Anaerobic Exercises       Ro stika  Fl o r a, Muha mmad  Z u lka r na in, Yulia na     F acul t y  of  M e di cine , Univ er sitas  Sriwija ya ,  Indo nesia           Article Info    A B STRAC Article histo r y:  Received  J u l 24, 2015  Rev i sed  Au 20 , 20 15  Accepted Aug 30, 2015      Anaerobic   ex e r cis e  is   a high- intens it exer cis e  tha t  ne eds  qu ick en erg y   supplies obta i ne d in a v e r y  shor t tim e.  However ,  this  exerc i se m a y result  in   tis s u e h y pox ia  which is  ch arac teri zed b y  the in cre a s e  of HIF - 1 α   concen trat ion.  T h e pres en ce of   HIF - 1 α  will ind u ce th e se cret io n of VEGF  and, even tua l l y trigger ang i ogen e sis. Neverth e les s , it is still uncl e ar whether   anaerob ic  exer c i se will  also  ca use h y pox ia  in  which th is co ndition wi ll  incre a se th e con centr ation  of V E GF in  brain  tis sues. The  aim  o f  this stu d y   was  to find ou t  the  effe ct of  a n aerobi c ex erc i s e  frequ enc y   towards  VEGF   concen trat ion of  W i s t ar ra t bra i n  tis s u es .  Br ain  tissues were taken from rats  trea ted with  ana e robic  exer cis e   us ing treadm i l l This  exer cis e  w a s  given i n   differen t  frequ e n cies ; on e t i m e ,  three  tim es an d s e ven tim es  a  week.   The   data  col l e c ted   were an al yz ed  us ing i ndep e ndent t-test. Th e results of this   s t ud y  s howed th at an aerobi c  ex ercis e  don e once  a week could s i gnific a n t l y   incre a s e  VEGF  concen trat ion (p  < 0.05)  if com p ared with  the on e in con t ro l   group (95.21 ±  31.99 v.s. 63 .36 ±  11.01 pg /mL). Meanwhile, VEGF  concen tration of treatmen t groups given exercis e  three times a week (47.97 ±  10.68 pg/mL) and seven times  a week  (40 . 56  ± 13.98 pg/mL) showed a  significant decr ease if compared  with  that of control group (63.36 ± 11.01   pg/m L ). Anaero b ic  exerc i s e  aff ect ed VEGF  concentr ation as  an indic a tor of   angiogen e sis in   brain  tissue of  wistar r a ts. Keyword:  Anae robic   An gio g e n esis   Brain tissue s   Ph ysical activ ities   Vascu l ar en dho th elial   Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Ro stik a Fl o r a,  Depa rt m e nt  of   B i om edi cal  Sci e nce, Fac u l t y   of  M e di ci ne,   Uni v ersitas Sri w ijaya,   Pal e m b ang ,  S o ut o f  S u m a t e r a , I n do nesi a.   Em a il: ro stik aflo ra@un s ri.ac.i d       1.   INTRODUCTION   Anae robic  physical exercise i s  a  h i gh -in t en sity activ ity acq u i ring  imm e d i ate en erg y  in a v e ry short  t i m e , but  i t  cannot  be d o n e co nt i n u o u sl y  [1] Anae robic environm ent will   tr igge r the accum u lation of HIF-1 α   i n  t i ssues.  Wh en hy po xi a oc curs , H I F - 1 α   will tran slo cat e to  cell n u c lei to  m a k e  d i m e risatio n   with  HIF-1 β  to   fo rm  HIF- [ 2 ] .   T h r o ug h a c t i v at i on  of  H I F- 1,  t h e e x pr essi on  a  num ber  o f   gene s,  i n cl u d i n Va scul ar   End o t h e lial Gro w t h  Factor (VEGF), will b e  in creased   in   o r d e r to  lessen cell d e p e n d e nce to  o x y g e n  an d  to  elevate oxyge n  supply t o  tissues as  well.    VEGF is an  essen tial regu lato r in  d e v e lop i ng  n e w b l oo d  cap p illaries (ang iog e n e sis) [3 ].   The  d e v e l o p m en t of th ese n e w  cap p illaries app e ars as  a respon se t o  m eet o x y g e n   d e m a n d s  in   h ypox ic  m u scle   t i ssues.  Ot he r  st udi es c o nd uct e b o t h   i n  vivo  and  i n  vitro  ha pr ov ed t h at   VE GF  was i n v o l v e d  i n  t h e   reg u l a t i o n  o f  a ngi oge nesi p r ocess  [ 4 ] .   A st udy   o f  Fl ora  et a l   indicated t h at the r was  an inc r ease  in  VEGF  co n c en tration   of ca rdiac m u scle tissues   of rats treated  with anaerobic phy sical exe r c i ses. The i n cre a se of  VEGF c o ncent r ation in a n ae robic  groups  wa s hi ghe r t h a n  t h at  o f  ae ro bi one s [ 5 ] .   B e si des car di a c   m u scl e s, b r a i n i s  o n of t h e vi t a l  or ga ns  whi c h al so  w o rks  ha rd t o  m a i n t a i n  b o d y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 252 -88 06  I J PH S Vo l. 4 ,  N o . 3 ,  Sep t emb e 201  2 01   20 20 2 bal a nce  w h en  phy si cal  exe r c i ses occ u r.  Ot her  p r evi ous  r e l a t e d st udy  st at ed t h at   an gi oge nesi s occ u r r ed  i n   brai n m o tor cortex tissue  of rats that  were  g i ven ae ro bi p h y s i cal  exerci s e  [6] .   As  pre v i ousl y  m e nt i o n e d, i t  i s   said  th at an aerob i c ph ysical ex ercise can  cau se an g i og en esis in brain tissu es,  bu t th is statem en is still   d e b a tab l e [7 ]. In  ad d ition ,  t h e n u m b e o f  st u d i es  reg a rd ing  th e effect of  an aerob ic ph ysical ex ercises to ward an g i o g e n e sis i s  still s m all. I n  no rm al b r ain tissu e, it  is sti ll u n e xp lain ed w h ether or not an aerob ic physica l   activ ities co u l d also  in crease t h e secreti o n   o f  VEGF co n s i d ering  th fact th at brain  is a  vital o r g a n  th at  relies  o n   o x y g e n su pp ly in   ord e r t o  m a in tain  its fu n c tion .    Th eref or e, it is n eed ed to do a  f u rth e r   stud y to f i n d   o u t   the effect of a n aerobic physical ex erci se t o war d VE GF  conce n t r at i o as an i n di cat o r  o f  a ngi oge ne si s i n   W i star  rat brai n tissue .       2.   R E SEARC H M ETHOD    Thi s  was e xpe r i m e nt al  st udy   usi n g p o st  t e st  onl y  co nt r o l  gr ou p de si g n . Th i s  st udy  was con d u ct ed i n     ani mal  ho use   of Fac u l t y  of  M e di ci ne, U n i v ersi t a s Pa dja j aran i n   Feb r ua ry  20 1 5 . T h e s a m p l e  of t h i s  s t udy  was   t w ent y  ei ght   W i st ar rat s  ag ed fr om  6-8  w eeks an d t a ke n  usi n g ra nd om  sam p l i ng. T h e sam p l e  was devi ded   in to   f o u r  gro ups n a m e ly P1 , P2 P3, an d P4 P1   w a s con t ro l gr oup  an d P2 , P3, an d P4   w e r e  tr eatm e n t  g r o u p s Th e treatm e n t   g r ou p s   were then  g i v e n  an aero b i c ph ysical activ ities o n  a t r ead m ill  wh ich was set fo r twen ty   m i nut es i n  spe e of  3 5  m / m i nut e.  T h e e x er ci se was  gi ven   i n  di ffe rent  f r e que nci e s;   1 t i m e  t r eatm e nt  ( P 2) 3   tim e s a week (P3), and  7 times a week  (P4).   Th e r e sear ch  pr ocedu r for  an aer o b i c physical ex er cises w a base d o n  a m e tho d   devel ope by  Fah r eni a  a n d Fl o r et al  [8], [ 5 ].   Before the treat m e n t s were im p l e m en ted ,  all  expe ri m e nt al  ani m al s were a c c l i m a ti zed fo one  wee k   by   p u t t i ng t h em  on  a l o w - s p eed  t r e a dm il l .       3.   R E SU LTS AN D ANA LY SIS    There  was a si gni fi cant  di f f er ence i n  VE GF  conce n t r at i o of  brai n t i ssue s  am ong g r ou ps  of o n e-t i m treatm e nt (p = 0.044), three- times a week (p  = 0.034), an d s e ven -  t i m e s a  week  (p =  0. 01 1) i f  c o m p ared  wi t h   th at of  co n t r o l  gr oup  (Tab le 1) . Th ese f i nd ing s  i n d i cate d  that  anae robic physical e x ercise wit h   differe n fre que nci e s ha a si g n i f i cant  effect   t o   V E G F   co nce n t r at i o n of  W i st ar   rat  brai t i ssues .       Table  1. T h e  E ffect  of Anaerobic Physical E x ercise  t o wards VEGF Con c en tration   o f   Wistar Rat Brain  Tissues   Groups   Mean  ±  SD   ( pg/m l )   Contr o l   63. 36 ± 11. 01     One-ti m e  tre a t m en t   95. 21 ± 31. 99   0. 044   Three ti m e a we e k   47. 97 ± 10. 68   0. 034   Seven day s  a  week   40. 56 ± 13. 98   0. 011       Table 1 shows that there is an increase d  VE GF conce n tration   o f    W i star rat b r ain  tissu es in  on e ti m e   t r eatm e nt  gr ou p i f    com p ared  wi t h  t h at  o f  c ont rol   gr o u p .   On  t h ot he h a nd , t h e  co nce n t r at i o of  VE GF  was   decrease d  in treatm e nt groups of th ree tim e s  and seve n times a week. Th e lowest concentration of   VEGF  w a f oun d in  a  g r ou p g i v e n sev e n – tim e tr eat men t  a w e ek         3. 1.   Discussion   Th e r e su lts of  th is stud y sh owed   that there  was an increa sed VEGF  conce n tration of  W i st ar rat brain  tissu es in  on e-ti m e  treat m e n t  g r oup  if co mp ared  with   t h a t  of co nt rol  g r ou p.  Ho we ver ,  t h e conce n t r at i on o f   VEG F   was  de creased  i n  t r ea tm ent  gr ou ps   of  t h ree  t i m es an d se ve n t i m es a wee k Thi s  c oul p o ssi bl y  be   explaine d t h at in one-tim e a n aerobic exe r c i se there  wa no  b ody  a d a p t a t i on res p on se  t o  p h y s i cal  exerci se   give n. T h body res p onds t h is physical exercise as  a st ressor.  The i n crease of e x ygen   dem a nds  during  p h y sical ex erci se w ill lead  t o  t i ssu h ypo x i a.  Tissu h ypox ia w ill in h i b it oxyg en  t r an sfer to   b r ai n .      B r ai n i s  very  v u l n e r abl e  t o  i n suf f i c i e nt  su pp l y  of oxy ge n and  gl uc ose. I n  rel a xat i o n, o u brai n need s   20 % o x y g e n   fr om  al l  oxy gen  dem a nds a n d   70 % gl uc ose.   The i n crease d   dem a nd of  oxygen is ac com p ani e b y  con tinu o u s   b r ai n  m e tab o lic activ ities. It  n eeds con s ta n t  b l ood  fl o w  to b r ai n  in ord e r to  su pp ly ad eq u a te  and  re gul a r  n u t r i e nt s.  In  o n m i nut e, b r ai need s 8 0 0  cc  o f  o x y g e n  a n d 1 0 0  m g  of  gl uc ose as e n e r gy  s o u r ce s   [9] .    Th p r esen ce  o f   h ypox ia dur ing  ph ysical ex er cises can  i n cr ease th e exp r essi on  of  VEG F  t h ro ugh  HIF - 1 α  re gul at i on.  Th e el evat i on  of  m R NA VEG F   has s o m e t h i ng t o  d o   wi t h  t h e  i n c r ea se o f  m R NA  HIF - 1 α   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PH S I S SN 225 2-8 8 0 6       Va scu l a r  Endoth e lia l G r o w th   Fa cto r  Con c entra tio n in  Bra i n   o f  Ra t Trea ted  with    .... (Ro s tika  Flo r a )   20 3 in d i cating  th at  HIF-1 α  affect s the expres sion of VEGF ge nes [10].   Sim i lar studies on e xpe rim e ntal anim als   sh owed  th at mRNA VEGF o f  rat m u scle s was in creased  four ti m e s a f ter  sing le b out trea d m ill run . T h e   co n c en tration   was i n creased   wh en   ph ysical activ ities were  co ndu cted  i n   hyp ox ic env i ronmen t [2 ].  Th e resu lts of th is stu d y   were in  lin with th o s o f   Flo r et al  in  wh ich   th ere was  an  in creased  V E GF con c en tratio n   o f  card i ac  m u scle tiss u es in  on e- time an aero b i c physical ex ercises [5 ]. In  add itio n, a  st udy   of M a r g ari t e scu o n   pat i ent s  ex peri e n c i ng  a c u t e ischemic cereb ra in fa rct   also a ppeale d  an i n c r eased  conce n t r at i o n of VE GF ( 8 . 2  x 10 ±   7 . 5 x 1 0 3 ) as  a  protective m echanism   towards  st r o ke hy poxi a   [11]. Th conce n tration of VE GF was   also  elevated on  motor c o rt ex  and   striatum  of rats  wh ich  were treated with  aerob ic  p h y sical activ ities [12 ] VEG F  i s  c o ns i d ere d  as  an  i m port a nt  an gi oge ni f actor  in that t h re gulation is i n c r eased afte p h y sical activ ities an d  electrical sti m u li ar e g i v e n. Th erefore, th e in crease o f  VEGF p r o v i d e s i m p o r tan t   sti m u li fo r angio g e n e sis, esp e cially in  in itial  p h a se of trai nin g   p r og ram .  Th VEGF con cen t r atio n   of  b r ai n   tissue wa s inc r eased i n  a treatment group of  one -tim e anaerobic  physical  exercise [12],[13].  VEG F  se rves   as an i m port a nt  re gul at o r  i n  an gi oge nesi s [1 4] .   A n gio g ene s is itself refe rs to t h d e v e l o p m en t o f  n e w b l o od cap p illaries in  resp ond ing  m u scle ad ap tatio n  to  lo wer lev e l o f  ox yg en A n g i og en esis  o ccurs  wh en th ere is an im b a lan ce b e t w een  tissu e m e tab o lic d e m a n d s  an d th e ab ility o f   b l ood  vessel  pe rf ussi on Th e regu latio n  of  VEGF  g e n e s seem s to  h a v e  so m e th in g  to   do  with  exercise in ten s ity, and  i t s  conce n t r at i o n i s  i n crease d  s i gni fi ca nt l y  i n   hy p oxi c c o ndi t i on  [ 2 ] .   In t r eat m e nt   gr o ups  o f  t h r ee t i m e s and  seve n t i m e s a wee k  t h e c o ncent r at i o n  o f  VE GF  was  decrease d  si gnificantly (p <  0.05)   if   co m p ared   with  co n t ro l group . Th resu lt of th is stu d y  was in  lin e wit h   Salceda  et al  t h at  i n  ac ut e hy po xi a t h e e x pr essi on  o f  m R NA H I F - 1 α   was  increase d but in re peated  hy poxia   t h e ex pressi on  of  whi c h was  d ecreased a g ai [1 5] . Thi s   resu l t  was al so su p p o r t e by  a st u d y  of  Hari et al . I n   their study, it was stated that  vasc u l arisation  o ccurred  45%  in  rat b r ain  tissues that e x perie n ced hy poxia  for  one   wee k .   H o weve r,   t h e vas c ul ari s at i o n wa n o t  occu red   i n  repeat e d  hy p oxi a [ 16] .    Th e resu lts of in d e p e nd en t -test showe d  tha t  there was a s i gnifi ca nt diffe r ence  (p <  0.05)  betwee VEGF concent r ation of brain tissu es in anaerobic treatm e nt groups   if co m p ared  with   th at o f  con t ro l o n e Anae robic tre a t m e nt with  different  fre quenci es affected t h VEGF c o ncent r atio n of  W i star rat  brain  tissues.      4.   CO NCL USI O N   The  res u lts showe d  t h at ana e robic  physica l exer ci ses  pe rf orm e d i n   di f f ere n t  f r eq ue n c i e s co ul d   i n fl ue nce VE G F   co nce n t r at i o n of  W i st ar   rat  brai t i ssue .       ACKNOWLE DGE M ENTS   Thi s  st u d y  was  fu nde by  a p o st g r ad uat e  g r ant  fr om  M i ni st ry  of Hi ghe Ed ucat i on  & R e search a n Technol ogy in fiscal year 2015. T h ere f o r e,  t h e resea r che r  wo ul be  ver y  gr ateful for t h e gra n t so that this  st udy  c o ul be  fi ni she d  i n  t i m e.       REFERE NC ES    [1]   Bompa, “Total  Train i ng For Sport, Plom etric fo r Maximum Po wer Development”,   Oak v ille, New York, Londo n,  Mosuic Press, 1 990.  [2]   Wang, G. L., Jiang, B. H., Se m e nza, G.  L. , “ E ffe ct Of P r otein Ki nas e  A nd Phosp a tase Inhib itors  On Expresion Of   Hipoxia-Inducib le Factor-1 ”,  Bio c hem Biophys  Res Commun,  vol. 216, pp. 669-75 , 1995 [3]   Zhang,  E. G . , S m ith, S .  K ., Baker,  P. N.,  Charnock-Jones, D. S., “T he Regulation And Localisation  Of   Angiopoietin-1 ,- 2 And Their Receptor T i e2 In Norm al And  Pathologic Hum a n” Plac entae Mol ecular  Medi cine vol. 7 ,  pp . 624–6 35, 2001 [4]   Ding, Y. H . , Li J.,  Zhou Y.,  Rafols J. A ., C l ark J.  C., Din g , Y., “Cerebr a l angiog enesis  and expr ession  of   angiogen i c f act ors  in aging  rats  aft e r ex er cis e ,   Curr. N e urovasc.  Res ., vol. 3 ,  pp.  15–2310, 2006.  2174/15672020677879291.  [5]   F l ora, Hans ,  J o a c him  F r eis l eb an,  F r ans  F e rdinal ,  S e ptel ia  I ,  Wan a di, Moh a mad Sadikin ,  “Correlation of h y pox ia  inducible f actor -1 α  and v a scular endothelium g r owth facto r  in  rat m y ocard i u m  during aerob ik and  anaerob ik  exercise”, Faculty   of medicine, U I , Jak a rta, 2012 [6]   Kl e i m,  J. A. , Coope r,  N .  R. , Va nde n Be rg, P.  M . Brain Res,  vo l/is sue: 934(1), pp 1-6, 2002 [7]   Makan y a, A.  N., Hlushchuk , R., Djonov,   V. G.,  “Intussusceptive angioge nesis and  its role in  vascular   morphogenesis,  patterning, and  r e modeling”,  Ang i ogenesis,  vol. 1 2 , pp . 113-123 2009.  [8]   Farenia, R., “M y g lobin Gene Exp r e ssion and Creatinephosphokinase Serum in  Anaerobic Ph y s ical Activity  As  An   Indicator of Tissue H y poxia and  Tissue  Damage in Wistar Rat Muscles”,  Te sis , B a ndung, Universitas Padjadjaran ,   2009.  [9]   Price, S. A., Wilson, L. M., “Pathoph y s io log y Concepts of Clinical Disease  Processes”, Vol 2 (6), Jakarta EG C,   2006.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 252 -88 06  I J PH S Vo l. 4 ,  N o . 3 ,  Sep t emb e 201  2 01   20 20 4 [10]   Forsy t he, J. A.,  B. H. Jiang,  N.  V. I y er et al., “Activ ati on of vascular endoth e lial  growth factr gen e  transcrip tion  b y   h y poxia-indu cib l e f acto r-1”,  Mol .  Ce ll . B i ol ., vol. 16, pp. 4604-13 , 1996 [11]   Otilia  M ă rg ă r i t e s c u, D . , P i r i ci , C .  L . ,  M ă rg ă r i tescu, “ Vegf  Expres sion In Human  Brain  Tissue”, 2 011.  [12]   Swain R., Harris, A., Wiener  E., Dutka M .,  Morris,  H., Theien, B., Konda, S.,  Engberg K., Lauterbur,  P.,  Greenough, W.,  “Prolonged exer cise indu ces ang i ogenesis and  in creases cere br al  blood volume in  primar y  motor  cortex  of  the  rat Neuroscience vol. 117 , pp . 103 7–1046, 2003 . 1 0 .1016/S0306-4522(02)00664-4.  [13]   Breen, E. C., Johnson, E. C . , Wagner,  H.,  Tseng ,  H. M., Sung,  L. A., Wagne r ,   P. D., “Angiogenic growth f acto r   mRNA response s  in muscle to  single bou t of  ex ercise”,  J  Appl  P h ysiol. , vo l. 81,  pp. 355–361 , 19 96. [PubMed] .   [14]   Otani, A., Tak a gi, H., Suzuma, K.,  Honda, Y., “Angiotensin II potentiates  vascular endothelial growth factor - induced   angiog enic activity  in   retina l microcapillar y  e ndoth e lial cells”,  Circ Res , v o l. 82 , pp . 619–6 28, 1998 [15]   Salced a, S., Caro, J., “H y poxia-Inducib le Factor 1a (Hif-1a)   Protein Is  Rapidly  D e graded  b y   The Ubiquitin- Proteasome S y s t em under  Normoxic Conditio n s. Its St ab ilization  b y  H y po xia Dep e nds o n  Redox-Induced   Changes”,  J .  Bio l Ch em .,   vol. 27 2, pp . 22642-22 647, 1997 [16]   H a rik, S .  I ., H r i t z , M .  A . , L a M a nna, J .  C ., “ H y p oxia-indu ced br ain ang i ogenesis  in the  adult r a t”,  The Journal o f   Physiolog y ,  vol.  485, pp . 525–53 0, 1995 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.