Beneficiile neuroprotectoare ale exercițiului și ale MitoQ asupra funcției de memorie, dinamicii mitocondriale, stresului oxidativ și neuroinflamației la șobolanii îmbătrâniți induși de D-galactoză Partea 1

Abstract:

Exercițiile fizice și antioxidanții au beneficii pentru sănătate care îmbunătățesc tulburările cognitive și pot acționa sinergic. În acest studiu, am examinat efectele exercițiului pe banda de alergare (TE) și menachinona antioxidantă (MitoQ) vizată de mitocondrii, individual sau combinat, asupra învățării și memoriei, dinamicii mitocondriale, activității NADPH oxidazei și neuroinflamația și activitatea antioxidantă în hipocampul D- șobolani în vârstă indusă de galactoză.

Antioxidanții sunt substanțe care luptă împotriva radicalilor liberi. Ele ajută organismul să prevină oxidarea celulelor. Oxidarea celulelor poate duce la diferite boli, inclusiv boala Alzheimer.

Pe măsură ce tendința de îmbătrânire a populației se intensifică, tot mai mulți oameni au devenit interesați de modalități de combatere a bolii Alzheimer. Cercetările medicale moderne au descoperit că antioxidanții pot ajuta oamenii să mențină o memorie bună.

Studiile au arătat că consumul regulat de alimente care conțin antioxidanți, precum căpșunile, afinele, uleiul de măsline etc., poate reduce în mod eficient riscul apariției bolii Alzheimer. În același timp, sistemul antioxidant al organismului poate fi îmbunătățit prin exerciții fizice adecvate, viață regulată și o dietă echilibrată, care ne poate proteja eficient și creierul.

Pe lângă faptul că ajută la menținerea memoriei, antioxidanții au multe alte beneficii. De exemplu, pot îmbunătăți condițiile pielii, pot reduce riscul de boli cardiovasculare și așa mai departe. Prin urmare, aportul adecvat de alimente care conțin antioxidanți și menținerea unui stil de viață sănătos aduce beneficii corpului și creierului nostru.

Pe scurt, antioxidanții sunt inseparabili de memorie. Acordând atenție dietei și stilului nostru de viață, putem preveni eficient boala Alzheimer, menținând în același timp o bună sănătate fizică și mentală. Se poate observa că trebuie să îmbunătățim memoria, iar Cistanche poate îmbunătăți semnificativ memoria deoarece poate regla și echilibrul neurotransmițătorilor, cum ar fi creșterea nivelului de acetilcolină și a factorilor de creștere, care sunt foarte importanți pentru memorie și învățare. În plus, Cistanche poate, de asemenea, să îmbunătățească fluxul sanguin și să promoveze livrarea de oxigen, ceea ce poate asigura că creierul obține suficientă nutriție și energie, îmbunătățind astfel vitalitatea și rezistența creierului.

Faceți clic pe cunoașteți suplimentele pentru a crește memoria

TE singur și TE combinat cu șobolani în vârstă MitoQ au redus factorii de fisiune mitocondrială (Drp1, Fis1) și au crescut factorii de fuziune mitocondriali (Mfn1, Mfn2, Opa1).

Aceste grupuri au prezentat, de asemenea, activitate NADPH oxidază și activitate antioxidantă îmbunătățite (SOD-2, catalază). TE sau MitoQ singure au scăzut răspunsul neuroinflamator (COX-2, TNF-), dar suprimarea a fost mai mare cu combinația lor.

În plus, neuroinflamația crescută a îmbătrânirii în girusul dentat a fost scăzută în TE, dar nu și în tratamentul cu MitoQ.

Testele de învățare și memorie au arătat că, dimpotrivă, MitoQ singur a demonstrat unele efecte similare cu TE, dar nu o îmbunătățire definitivă.

În concluzie, acest studiu a demonstrat că MitoQ a exercitat unele efecte pozitive asupra îmbătrânirii atunci când este utilizat ca tratament izolat, dar TE a avut un rol mai eficient în tulburările cognitive, stresul oxidativ, inflamația și disfuncția mitocondriilor.

Descoperirile noastre sugerează că combinația de TE și MitoQ nu a exercitat efecte sinergice și a indicat că exercițiile regulate ar trebui să fie prioritatea în neuroprotecția declinului cognitiv legat de vârstă.

Cuvinte cheie: îmbătrânire; exerciții pe bandă de alergare; MitoQ; NADPH oxidază; dinamica mitocondrială; neuroinflamație.

1. Introducere

Îmbătrânirea este un proces inevitabil de declin fizic și funcțional, inclusiv o scădere treptată a capacității cognitive, cum ar fi reducerea memoriei și a capacității spațiale [1].

Schimbările creierului legate de vârstă cresc vulnerabilitatea la diferite boli și, în cele din urmă, au ca rezultat o calitate mai scăzută a vieții. Îmbătrânirea cu succes se referă, în general, la absența bolii sau la afectarea, păstrarea funcției fizice și cognitive și participarea continuă la activități sociale și productive [2]. Menținerea demnității și valorii cuiva ca ființă umană este crucială, chiar și în timpul procesului de îmbătrânire.

Printre câteva modificări identificate în stilul de viață pentru prevenirea declinului cognitiv odată cu îmbătrânirea, atenția recentă s-a îndreptat către tratamentul non-farmacologic, cum ar fi activitatea fizică și suplimentele alimentare, din cauza lipsei efectelor farmacologice și a costului în creștere al medicinei convenționale. Într-adevăr, s-a demonstrat că o combinație de exerciții fizice și dietă cu suplimente de antioxidanți, cum ar fi epicatechina și astaxantina, induce efecte sinergice asupra funcției dependente de hipocamp [3,4].

Dimpotrivă, mai multe studii au arătat că exercițiile fizice singure, dar nu în combinație cu schimbările dietetice, îmbunătățesc funcțiile de învățare și memorie [5,6], ridicând întrebarea dacă intervenția combinată ar putea avea efecte mai mari asupra funcției cognitive decât exercițiile fizice singure.

Deși posibilele mecanisme care stau la baza exercițiului și/sau a tratamentului cu antioxidanți ai funcției hipocampului implică plasticitatea neuronală și nivelurile moleculare asociate cu factori neurotropi [4,7], mecanismele, cum ar fi dinamica mitocondrială și sistemul neuro-imunitar, nu sunt pe deplin înțelese.

Mitocondriile sunt organite intracelulare dinamice responsabile de oxidarea biologică în majoritatea celulelor eucariote, a căror dinamică este reglată de procese repetate de fuziune (alungirea mitocondriilor) și fisiune (fragmentarea mitocondriilor) [8,9].

Mai multe proteine ​​legate de fuziune și fisiune sunt implicate în dinamica mitocondrială, care sunt esențiale pentru menținerea funcției normale a mitocondriilor [10,11].

Cu toate acestea, expresia neregulată a proteinelor poate duce la modificări anormale ale mitocondriilor. În special, disfuncția mitocondrială este o caracteristică a îmbătrânirii [12], iar inflamația persistentă, stresul oxidativ și disfuncția mitocondrială contribuie la reducerea funcției creierului prin accelerarea îmbătrânirii cerebrale [13,14].

În plus, îmbătrânirea este însoțită de un nivel scăzut de inflamație cronică în sistemul imunitar și sistemul nervos central (SNC), despre care se știe că contribuie la multe boli legate de vârstă [15,16].

Neuroinflamația din SNC progresează atunci când celulele gliale, cum ar fi microglia și astrocitele, devin activate persistent ca răspuns la stresul oxidativ [17].

Speciile reactive de oxigen (ROS) sunt generate de NADPH oxidaza (NOX), care este un complex enzimatic legat de membrană. Există mai multe subtipuri de NOX, printre care NOX2 este exprimat în diferite tipuri de celule, inclusiv neuroni și celule endoteliale, și este exprimat la niveluri ridicate în celulele microgliale implicate în răspunsul imun și inflamație [18-20].

NOX2 cuprinde atât subunități membranare (gp91phox, p22phox) cât și citosolice (p47phox, p67phox). Nivelurile crescute de ROS din cauza activității NOX promovează inflamația, activând celulele gliale, care, la rândul lor, îmbunătățesc și mai mult secreția de citokine proinflamatorii, stresul oxidativ și leziunea radicalilor liberi, ducând în cele din urmă moartea celulelor toneuronale [21-23].

Îmbătrânirea creierului joacă un rol important în tulburările cognitive și este strâns legată de tulburările neurodegenerative. Deși este imposibil de prevenit declinul general al funcției cerebrale care are loc în timpul îmbătrânirii naturale, activitatea fizică și consumul de antioxidanți sunt utile ca metode neinvazive de menținere a funcției creierului, în special a funcției cognitive.

În special, se pare că exercițiile fizice ameliorează disfuncția creierului prin promovarea neuroplasticității, îmbunătățirea eficienței metabolice și creșterea toleranței la stresul oxidativ [24,25].

Cu toate acestea, mecanismele moleculare responsabile pentru îmbunătățirea funcției cognitive sau prevenirea declinului acesteia rămân necunoscute. În ceea ce privește antioxidanții, mitochinona antioxidantă vizată mitocondrial (MitoQ) este cunoscută că traversează membrana interna mitocondrială și se acumulează în mitocondrii, spre deosebire de alți antioxidanți, pentru a reduce nivelurile de ROS generate în mitocondrii în mod direct [26].

Deși au fost efectuate puține studii asupra MitoQ, diferite rapoarte descriu efectele sale antioxidante. Studiile lui Gioscia-Ryan et al. [27] și Rossman și colab. [28] a demonstrat că MitoQ a redus nivelurile ROS și a crescut producția de NO în mitocondriile vaselor de sânge îmbătrânite.

Vergeadeet al. [29] și Braakhuis și colab. [30] au raportat că MitoQ a menținut activitățile enzimelor antioxidante, cum ar fi SOD-2, catalaza și GPx, în timpul procesului de îmbătrânire.

În ceea ce privește creierul, sunt necesare cercetări suplimentare pentru a elucida mecanismele moleculare responsabile pentru efectele pozitive ale exercițiilor fizice și ale MitoQ asupra declinului funcției creierului.

Până acum, cercetările privind îmbătrânirea folosind mai multe modele animale au investigat mecanismele de bază ale îmbătrânirii creierului. În special, administrarea de D-galactoză (D-gal) cauzează îmbătrânirea animalelor care seamănă cu îmbătrânirea umană, inclusiv pierderea memoriei, neurodegenerarea, modificări ale markerilor biochimici ai stresului oxidativ, scăderea imunității și reglarea anormală a expresiei genelor [31].

Rozătoarele cărora li s-a administrat D-gal arată o scădere treptată a învățării și memoriei, creșterea producției de radicali liberi în creier, homeostazie de calciu afectată și disfuncție mitocondrială [32,33], oferind astfel un model animal de îmbătrânire a creierului [34].

Prin urmare, folosind modelul de șobolan de îmbătrânire indusă de D-galactoză, am investigat efectele exercițiului pe banda de alergare (TE) și MitoQ, ca tratamente independente sau combinate, asupra fisiunii și fuziunii mitocondriale, inflamației și activității antioxidante, precum și asupra cogniției dependente de hipocamp.

Am emis ipoteza că un exercițiu 8-săptămânal combinat pe banda de alergare și MitoQ la șobolani tratați cu D-galactoză ar îmbunătăți fie aditiv, fie sinergic declinul funcției de învățare și memorie și ar induce modificări benefice ale nivelurilor de proteine ​​implicate în neuroprotecția hipocampului.

2. Materiale și Metode

2.1. Animale experimentale

Șobolani masculi Sprague-Dawley (SD) în vârstă de șase săptămâni au fost obținuți de la JA Bio (Gyeonggi-do, Coreea). Șobolanii au fost crescuți în Laboratorul de Animale al Universității Naționale de Sport din Coreea (22 ± 2◦C, 50% ± 5% umiditate și ciclu lumină/întuneric de 12/12 ore).

Mâncarea și apa potabilă au fost furnizate ad libitum. Șobolanii au fost împărțiți în 5 grupuri: grupul martor tânăr (Y-CON, n=12), grupul D-galactoză (D-CON, n=12), grupul D-galactoză plus TE (D- TE,n=12), D-galactoză plus grupul MitoQ (D-MI, n=12) și D-galactoză plus TE și grupul MitoQ (D-COMBI, n=12). Șobolanii au fost eutanasiați după finalizarea a 8 săptămâni de teste de comportament TE și memorie prin inhalare de CO2 folosind o cameră de eutanasie.

Protocolul de studiu a primit aprobarea de la Comitetul instituțional pentru îngrijirea și utilizarea animalelor de la Universitatea Națională de Sport din Coreea (KNSU-IACUC-2018-05).

2.2. Administrarea medicamentelor

Metoda descrisă de Lei și colab. [31] a fost folosit pentru a induce îmbătrânirea animalelor de experiment. În mod specific, D-gal (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, SUA) a fost dizolvat în soluție salină normală și a fost administrată o doză de 100 mg/kg prin injecție intraperitoneală (IP) o dată pe săptămână timp de 10 săptămâni.

Metoda de hrănire sugerată de Smith și Murphy [26] a fost adaptată pentru administrarea MitoQ în acest experiment.

MitoQ a fost amestecat cu soluție salină sterilă pentru o diluție finală de 0,1 mM/mL. Șobolanii îmbătrâniți induși de D-galactoză au fost apoi injectați intraperitoneal cu 100 pM/kg MitoQ (de două ori pe săptămână) timp de 8 săptămâni.

2.3. Exercițiu pe bandă de alergare (TE)

Grupurile D-TE și D-COMBI au fost supuse unui program de exerciții de încărcare progresivă folosind o bandă de alergare pentru rozătoare (8 Lanes, Daemyung Scientific Co, Ltd., Seul, Coreea).

Animalele au efectuat mai întâi antrenamentul de aclimatizare timp de 1 săptămână (2 m/min pentru primele 5 minute, 5 m/min pentru următoarele 5 minute și 8 m/min pentru ultimele 20 de minute).

Programul principal de exerciții a fost efectuat 5 zile pe săptămână în următoarele 8 săptămâni. Acest program a fost conceput după cum urmează, în ceea ce privește programul de exerciții progresive sugerat de Hong și colab. [35]:10–12 m/min timp de 10 minute în săptămâna 1; 10–12 m/min timp de 20 min în săptămâna 2; 18–20 m/min timp de 20 min în săptămâna 3; 18–20 m/min timp de 30 min în săptămâna 4; și 18–20 m/min timp de 50 de minute în săptămânile 5–8. Înclinarea benzii de alergare a fost fixată la 0%.

2.4. Sarcina de evitare pasivă

Sarcina de evitare pasivă este un test motivat de frică utilizat pentru a măsura capacitatea de memorie de lucru a animalelor mici de laborator. În studiul de față, sarcina de evitare pasivă a fost efectuată cu 3 zile înainte de încheierea programului TE.

Aparatul pentru sarcina de evitare pasivă a constat din două camere: camera frontală era o cutie albă bine luminată, luminoasă (18 × 18 × 25 cm3), conectată la camera din spate, care era o cutie neagră închisă (18 × 18 × 25 cm3). cm3).

Camera din spate avea o podea din oțel inoxidabil capabilă să producă șocuri electrice. Peretele dintre cele două camere avea o ușă în stil ghilotină care putea fi deschisă și închisă.

Timpul necesar pentru ca animalul să intre în camera din spate prin camera frontală a fost măsurat (timpul inițial de latență), apoi a fost furnizat un șoc electric (0.5 mA) timp de 2 s.

Animalul a fost îndepărtat după 5 secunde și a fost înapoiat în cușca de creștere. Sarcina a fost repetată 72 de ore mai târziu folosind o metodă identică, iar timpul de intrare a animalului în camera din spate prin camera frontală a fost înregistrat (timp de latență de retenție) până la maximum 300 s.

2.5. Testul labirintului cu apă Morris

Testul labirintului de apă Morris este utilizat pentru a evalua învățarea și memoria spațială a rozătoarelor. Testul a fost efectuat într-o încăpere cu temperatură controlată (21–23 °C), umiditate (50–60%) și iluminare folosind un rezervor circular de apă (diametru 120 cm × înălțime 15 cm) umplut cu apă (20–24 °C). ).

Lapte praf degresat a fost adăugat în apă pentru a ascundea platforma de evacuare (10 cm diametru), care a fost plasată pe podeaua rezervorului la aproximativ 1 cm sub suprafața apei.

Distanța parcursă de animal înainte de a ajunge la platformă (distanța de evacuare) și timpul necesar pentru a ajunge la platformă (timpul de latență de evacuare) au fost măsurate înainte și după programul TE folosind software-ul de urmărire video EthoVision XT8 (Noldus, Wageningen, Olanda) și o cameră. instalat pe tavan deasupra centrului rezervorului. Rezervorul de apă a fost împărțit în sferturi etichetate Zone 1-4, iar platforma a fost plasată în Zona 1.

Pentru fiecare grup de tratament, testul labirintului de apă a fost efectuat 5 zile pe săptămână. Șobolanul începea întotdeauna în aceeași poziție și i s-au permis două 60- încercări de antrenament pentru a încerca să ajungă la platformă, care era întotdeauna în aceeași locație.

După 48 de ore de odihnă, platforma a fost îndepărtată în a șaptea zi; Distanța de evacuare și timpul de latență de evacuare au fost măsurate timp de 60 de secunde cu șobolanul începând din aceeași poziție.

For more information:1950477648nn@gmail.com