Nivelul adecvat de exercițiu atenuează disbioza intestinală și creșterea acidului valeric pentru a îmbunătăți neuroplasticitatea și funcția cognitivă după intervenția chirurgicală la șoareci Partea 1

Disfuncția cognitivă postoperatorie (POCD) afectează rezultatul a milioane de pacienți în fiecare an. Îmbătrânirea este un factor de risc pentru POCD. Aici, am arătat că învățarea indusă de intervenții chirurgicale și disfuncția memoriei la șoarecii adulți.

În medicina modernă, chirurgia este o metodă de tratament foarte comună și este necesară pentru multe boli. Cu toate acestea, unii pacienți vor experimenta disfuncție cognitivă postoperatorie după intervenția chirurgicală, care este o problemă supărătoare pentru unii pacienți.

Disfuncția cognitivă postoperatorie se referă la tulburări ale memoriei, atenției și capacității de gândire care apar după o intervenție chirurgicală. Această afecțiune este rară la persoanele mai tinere, dar mai frecventă la persoanele în vârstă. Disfuncția cognitivă postoperatorie provoacă unele inconveniente vieții, dar nu înseamnă că pacienții trebuie să se simtă frustrați sau dezamăgiți.

Deși disfuncția cognitivă postoperatorie va afecta într-o anumită măsură memoria pacientului, există multe modalități de a ajuta pacienții să atenueze această afecțiune. În primul rând, pacienții pot obține rezultate mai bune comunicând cu medicii lor și urmând recomandările lor pentru tratament. În al doilea rând, pacienții își pot îmbunătăți abilitățile cognitive prin exerciții adecvate, cum ar fi cititul, scrisul, ascultarea muzicii etc. În plus, obiceiurile normale de dormit și alimentație pot contribui, de asemenea, la restabilirea memoriei.

În cele din urmă, pacienții trebuie să mențină o atitudine pozitivă și o atitudine optimistă. Disfuncția cognitivă postoperatorie nu este punctul final. Atâta timp cât pacientul persistă în tratament și exerciții, memoria pacientului se va recupera treptat. Prin urmare, nu trebuie să ne îngrijorăm sau să ne plângem prea mult, ci ar trebui să ne întărim încrederea și să credem că putem depăși dificultățile și să înfruntăm viitorul cu încredere. Se poate observa că trebuie să îmbunătățim memoria, iar Cistanche deserticola poate îmbunătăți semnificativ memoria, deoarece Cistanche deserticola este un material medicinal tradițional chinezesc care are multe efecte unice, dintre care unul este îmbunătățirea memoriei. Eficacitatea Cistanche deserticola provine din multiplele ingrediente active pe care le conține, inclusiv acid tanic, polizaharide, glicozide flavonoide etc. Aceste ingrediente pot promova sănătatea creierului printr-o varietate de căi.

Faceți clic pe cunoaște îmbunătățiți memoria pe termen scurt

Transplantul de fecale de la șoarecii de operație, dar nu de la șoarecii de control, a condus la deficiențe de învățare și memorie la șoarecii neoperatori. Exercițiile de intensitate scăzută au îmbunătățit învățarea și memoria la șoarecii de operație. Exercițiul a atenuat neuroinflamația indusă de intervenții chirurgicale și a scăzut diversitatea microbiotei intestinale. Aceste efecte ale exercițiului au fost prezente la șoarecii fără exerciții care au primit fecale de la șoareci care au exercițiu.

Exercițiile fizice reduc acidul valeric, un produs al microbiotei intestinale, în sânge. Acidul valeric a agravat neuroinflamația, învățarea și memoria la șoarecii de exercițiu prin intervenție chirurgicală. Efectele în aval ale exercițiului au inclus scăderea atenuării factorului de creștere, menținerea astrocitelor în forma fenotipică A2, posibil prin scăderea semnalizării C3 și îmbunătățirea neuroplasticității.

Similar cu aceste rezultate de la șoarecii adulți, exercițiul atenuat învățarea și afectarea memoriei la șoarecii bătrâni cu intervenție chirurgicală. Șoarecii bătrâni care au primit fecale de la șoareci vechi de exercițiu au avut o învățare și o memorie mai bune decât cei care au primit fecale de șoarece vechi de control. Operația a crescut acidul valeric din sânge. Acidul valeric blocat efectele exercițiului asupra învățării și memoriei la șoarecii bătrâni de chirurgie.

Exercițiul a stabilizat microbiota intestinală, a redus neuroinflamația, a atenuat factorul de creștere și a păstrat neuroplasticitatea la șoarecii bătrâni cu intervenții chirurgicale. Aceste rezultate oferă dovezi directe că alterarea microbiotei intestinale contribuie la dezvoltarea POCD. Acidul valeric este un mediator pentru acest efect și o țintă potențială pentru sănătatea creierului. Exercițiile de intensitate scăzută stabilizează microbiota intestinală în prezența unor insulte, cum ar fi intervenția chirurgicală.

RELEVATE

Exercițiile fizice reduc neuroinflamația postoperatorie și afectarea cogniției și a neuroplasticității.

Exercițiile fizice scad modificările microbiotei intestinale, iar acidul valeric crește după operație.

Efectele exercițiului asupra modificărilor induse de intervenții chirurgicale sunt transferabile prin transplant fecal.

Acidul valeric blochează efectele benefice ale exercițiilor fizice.

INTRODUCERE

Disfuncția cognitivă postoperatorie (POCD) afectează milioane de pacienți în fiecare an în SUA și este asociată cu creșterea mortalității și costului spitalizării [1-4]. Vârsta înaintată este un factor de risc independent pentru POCD [1, 2, 5]. În prezent, mecanismele pentru POCD nu sunt pe deplin înțelese și nu au fost identificate intervenții eficiente pentru reducerea POCD. Neuroinflamația a fost implicată în dezvoltarea POCD [6, 7].

Chirurgia asupra țesuturilor sau organelor periferice poate induce inflamație sistemică, care apoi este transmisă în creier pentru a provoca neuroinflamația care induce POCD [8, 9]. Microbiota intestinală este implicată în reglarea inflamației [10]. În mod interesant, modificările diversității microbiotei intestinale și disbioza sunt asociate cu disfuncția de învățare și memorie după intervenția chirurgicală la animale [11, 12].

Animalele pretratate cu probiotice și-au îmbunătățit funcțiile cognitive [13]. Cu toate acestea, dovezi directe care sugerează implicarea microbiotei intestinale în POCD nu au fost raportate. Noi și alții am arătat că îmbogățirea mediului reduce deficiența de învățare și memorie după intervenție chirurgicală [14, 15]. Îmbogățirea mediului poate îmbunătăți activitatea fizică a animalelor. Un studiu recent a arătat că microbiota intestinală este importantă pentru a determina dacă subiecții umani răspund la exerciții fizice pentru a îmbunătăți homeostazia glucozei și sensibilitatea la insulină[16].

S-a demonstrat că exercițiile fizice îmbunătățesc memoria pe termen lung a oamenilor [17]. O mai bună capacitate de exercițiu înainte de operație este asociată cu o scădere a scorurilor la Mini-Mental State Examination după operația cardiacă la om [18]. Un studiu pe animale a arătat că exercițiul a atenuat neuroinflamația îmbunătățită și afectarea învățării și a memoriei după intervenția chirurgicală la șobolanii alergători cu capacitate redusă. Exercițiul a îmbunătățit, de asemenea, diversitatea microbiotei intestinale a acestor șobolani.

Deși exercițiul pare să reducă producția de citokine proinflamatorii în creierul șobolanilor de mare capacitate, nu atenuează învățarea indusă de intervenții chirurgicale și afectarea memoriei la acești șobolani [19]. Aceste rezultate sugerează că exercițiul sau capacitatea de exercițiu sunt asociate cu o mai bună învățare și memorie. Cu toate acestea, nu este clar dacă exercițiul atenuează POCD, în special la animalele vechi, și dacă microbiota intestinală joacă un rol în efectele exercițiului asupra POCD.

Pe baza informațiilor de mai sus, emitem ipoteza că un nivel adecvat de exercițiu atenuează neuroinflamația și afectarea învățării și a memoriei după intervenție chirurgicală și că aceste efecte sunt mediate de modificări ale microbiotei intestinale. Pentru a testa aceste ipoteze, am supus șoareci adulți și bătrâni la diferite niveluri de exerciții. Transplantul fecal a fost efectuat pentru a determina rolul microbiotei intestinale în efectele exercițiului asupra dezvoltării POCD.

Expunerea arterei carotide stângi a fost aleasă ca procedura chirurgicală, deoarece această procedură este o componentă a endarterectomiei carotide, care este efectuată în mod obișnuit la pacienții vârstnici.

În plus, această procedură nu va afecta funcțiile membrelor, care sunt necesare pentru testele de învățare și memorie, și funcțiile organelor pentru sănătatea generală. Rezultatele noastre oferă dovezi directe pentru implicarea microbiotei intestinale în POCD. Acidul valeric, un produs al microbiotei intestinale, joacă un rol esențial în mediarea efectelor microbiotei intestinale asupra învățării și a tulburărilor de memorie după intervenție chirurgicală.

REZULTATE

Exercițiile de intensitate scăzută au prevenit disfuncția cognitivă indusă de intervenții chirurgicale, neuroinflamația și afectarea generării celulelor creierului și a arborizării dendritice, posibil prin stabilizarea microbiotei intestinale la șoarecii adulți
Pentru a determina efectul activității fizice asupra funcției și structurii creierului, 9-șoarecii în vârstă de o săptămână au fost supuși unei benzi de alergare forțate pentru șoarece care rulează la 35–40% (intensitate scăzută), 55–60% (intensitate medie) sau 75-80% (intensitate mare) din capacitatea lor maximă de efort, respectiv, 5 zile pe săptămână timp de 4 săptămâni înainte de expunerea arterei carotide pentru 15 minute de anestezie subizofluran (chirurgie și anestezie).

Șoarecii au fost evaluați prin recunoașterea obiectelor noi și testele labirintului Barnes de la o săptămână după operație. Șoarecii din toate grupurile au avut mai puțin timp pentru a găsi cutia țintă cu mai multe sesiuni de antrenament în testul labirintului Barnes (Fig. 1A). Chirurgia a fost un factor semnificativ în afectarea animalelor pentru a găsi caseta țintă [F(1, 113)=7.360, P=0.008] și exercițiile de intensitate scăzută au inversat acest efect chirurgical în sesiunile de antrenament ale testul labirintului Barnes [F(1, 76)=5.278, P=0.024].

Șoarecii cu intervenție chirurgicală au durat mai mult decât șoarecii de control pentru a găsi cutia țintă la una sau opt zile după sesiunile de antrenament. Acest efect chirurgical a fost atenuat prin exerciții de intensitate scăzută, dar nu prin exerciții de intensitate medie sau mare (Fig. 1B). Șoarecii cu operație au petrecut mai puțin timp cu obiecte noi decât șoarecii de control în testul de recunoaștere a obiectelor noi și această scădere a timpului a fost inversată prin exerciții de intensitate scăzută, dar nu prin exerciții de intensitate medie sau mare, indiferent când testul a fost efectuat fie la 30 s, fie la 24 de ore după explorarea inițială cu două obiecte (faza de familiarizare) (Fig. 1C).

Au fost utilizate anterior diferite durate de întârziere între fazele de familiarizare și de testare (de la 10 s la 24 de ore). Memorarea după întârzieri scurte și lungi poate implica cortexul peririnal și respectiv hipocampul [20]. Rezultatele noastre sugerează că intervenția chirurgicală induce disfuncția învățării și a memoriei și că exercițiile de intensitate scăzută, dar nu exercițiile de intensitate medie și mare, previn aceste efecte chirurgicale.

Ca un pas inițial pentru a determina dacă microbiota intestinală a jucat un rol în efectele exercițiilor asupra învățării și memoriei, șoarecii transplantați cu fecale de la șoareci de control sau de la șoareci cu exerciții de intensitate scăzută au fost supuși unei intervenții chirurgicale. Transplantul cu fecale de la șoareci de exercițiu a redus timpul de identificare a casetei țintă în sesiunile de antrenament [F(1, 26)=13.071, P =0.001] și la una sau opt zile după sesiunile de antrenament (Fig. 1D, E). Șoarecii transplantați cu fecale de la șoarecii de exercițiu au petrecut mai mult timp cu obiecte noi decât șoarecii transplantați cu fecale de la șoarecii de control (Fig. 1F).

These results suggest that gut microbiota mediates the beneficial effects of low-intensity exercise. This level of exercise was used for mice receiving exercise conditioning in the following experiments and was referred to as exercise for simplicity. Exercise modified the diversity of gut microbiota within one sample (α diversity) and the difference in diversity among samples (β diversity) (Fig. 2A, B, and Supplementary Fig. 1a–c). Exercise increased the abundance of some bacteria, such as Bacteroidales and Alistipes. Control mice had abundant lactobacilliaceae and lactobacillus because the linear discriminant analysis (LDA) scores for the comparisons of these bacteria between control and exercise mice were all >3.5 (direcția poate fi negativă sau pozitivă) (Figura suplimentară S1d), un prag care indică o diferență în abundența bacteriilor în probe din diferite condiții experimentale [21].

LDA a fost efectuată după ce diferența dintre probele din diferite condiții experimentale a fost determinată ca fiind semnificativă prin testul Kruskal-Wallis în funcție de rang pe protocolul de analiză a mărimii efectului LDA. Șoarecii au avut o diversitate redusă a microbiotei intestinale și diferența de diversitate între probe la 7 zile după intervenție chirurgicală. Această reducere a fost atenuată la șoarecii de exercițiu (Fig. 2C-F și Fig. S2 suplimentară). Șoarecii care au primit transplant fecal au fost tratați cu un amestec de antibiotice pentru a-și elimina microbiota intestinală nativă înainte de transplant. Acest tratament aproape a abolit microbiota intestinală la acești șoareci, deoarece ADN-ul bacterian din fecale a fost abia detectabil (Fig. S3 suplimentară). Șoarecii transplantați cu fecale de la șoareci de exercițiu au avut, de asemenea, o diferență redusă în diversitate între probe (Fig. 2G, H și Fig. S4a–c). Microbiota intestinală a șoarecilor transplantați cu fecale de la șoareci de exercițiu conținea o cantitate abundentă de Alistipes. Șoarecii transplantați cu fecale de șoareci de control conțineau o cantitate mare de lactobacilliaceae și lactobacil (figura suplimentară S4d).

Aceste rezultate sugerează că exercițiul a schimbat microbiota intestinală cu o abundență crescută în filul Bacteroidetes, cum ar fi Bacteroidales și Alistipes, și o abundență scăzută în filul Firmicutes, cum ar fi lactobacilliaceae și lactobacillus. Exercițiul stabilizează, de asemenea, microbiota intestinală după intervenție chirurgicală. , șoarecii transplantați cu fecale de șoareci de intervenție chirurgicală au avut o diversitate redusă a microbiotei intestinale în comparație cu șoarecii transplantați cu fecale de șoareci martor. Șoarecii care au primit fecale de șoarece operate au avut o scădere a abundenței în Bacteroidales și Alistipes în comparație cu șoarecii care au primit fecale de control (Figura suplimentară S5). Aceste rezultate sugerează că microbiota modificată la șoarecii de intervenție chirurgicală a fost transferată cu succes la șoarecii neoperatori. Șoarecii care au primit fecale de șoarece chirurgicale au durat mai mult decât șoarecii care au primit fecale de control pentru a identifica cutia țintă din labirintul Barnes la o zi după sesiunile de antrenament. Șoarecii care au primit fecale de șoarece de operație au petrecut, de asemenea, mai puțin timp cu obiecte noi decât șoarecii care au primit fecale de șoarece de control în noul test de recunoaștere a obiectelor. Cu toate acestea, nu a existat nicio diferență între șoarecii de control (șoarecii naivi), șoarecii care au primit antibiotice și șoarecii care au primit fecale de șoarece de control în efectuarea testelor Barnesmaze și noi de recunoaștere a obiectelor (Fig. S6 suplimentară). Aceste rezultate indică un rol al modificării microbiotei în învățare și memorie. disfuncție după operație.

Ca pas inițial pentru a identifica posibilele molecule în aval de exerciții de intensitate scăzută și microbiota intestinală pentru reglarea învățării și memoriei, am efectuat analiza ARN-seq. Chirurgia și exercițiul au modificat profilurile expresiei ARNm în hipocamp (Fig. 3A, B), o regiune a creierului implicată în învățare și memorie [6, 22]. Genele cu cele mai multe modificări prin intervenție chirurgicală și exercițiu au fost afișate în Fig. 3C. Printre acestea, ARNm al receptorului 1 al complementului 3a (C3ar1) a fost crescut prin intervenție chirurgicală și această creștere a fost atenuată prin exercițiu pe baza unei analize bidirecționale a varianței cu intervenția chirurgicală și exercițiul ca doi factori independenți (Fig. 3C, D). Expresia ARNm a C3ar1 după intervenție chirurgicală a fost scăzută la șoarecii transplantați cu fecale de la șoareci de exercițiu (Fig. 3E).

În concordanță cu acest rezultat ARNm, intervenția chirurgicală a crescut C3arproteina (Fig. 4A, B). C3, un ligand pentru C3ar [23], a fost, de asemenea, crescut prin intervenție chirurgicală, iar această creștere a fost redusă prin exerciții fizice (Fig. 4C, D). În concordanță cu ideile că semnalizarea C3 este importantă inimunomodularea [24] și că intervenția chirurgicală poate induce neuroinflamație [2]. 8], intervenția chirurgicală a crescut expresia adaptorului ionizat de legare a calciului 1 (Iba-1) și interleukinei (IL)-6 în hipocamp, iar exercițiul a atenuat această creștere (Fig. 4A, B, F). Cu toate acestea, intervenția chirurgicală și exercițiile fizice nu au schimbat semnificativ expresia IL-1 (Fig. 4E). Aceste rezultate sugerează că intervenția chirurgicală induce răspunsuri imune și inflamatorii și că exercițiul blochează aceste răspunsuri. Învățarea și memoria necesită adesea modificări structurale ale creierului, cum ar fi geneza celulelor creierului și arborizarea dendritică [14, 22]. Chirurgia a redus geneza celulelor cerebrale evaluată prin 5′-bromo{ Încorporarea de {20}}′-deoxiuridină (BrdU).

Celulele scazute nou generate au inclus celule pozitive pentru proteina fibrilara acida gliala (GFAP). Exercițiul a atenuat acest efect chirurgical (Fig. 5A, B). Chirurgia a redus, de asemenea, intersecțiile dintre ramurile dendritice și densitățile coloanei vertebrale. Aceste efecte chirurgicale au fost atenuate de efort (Fig. 5C, D). Aceste rezultate sugerează că intervenția chirurgicală afectează dendricarborizarea și că exercițiile fizice blochează această afectare.

For more information:1950477648nn@gmail.com