Neuroprotektivní výhody cvičení a mitoQ na funkci paměti, mitochondriální dynamiku, oxidační stres a neurozánět u stárnoucích potkanů vyvolaných D-galaktózou, část 1
Aug 30, 2024
Abstraktní:
Cvičení a antioxidanty mají zdravotní přínosy, které zlepšují kognitivní poruchy a mohou působit synergicky. V této studii jsme zkoumali účinky cvičení na běžeckém pásu (TE) a antioxidačního menachinonu cíleného na mitochondrie (MitoQ), jednotlivě nebo v kombinaci, na učení a paměť, mitochondriální dynamiku, aktivitu NADPH oxidázy a neurozánět a antioxidační aktivitu v hipokampu D- galaktózou indukované stárnoucí krysy.
Antioxidanty jsou látky, které bojují s volnými radikály. Pomáhají tělu předcházet oxidaci buněk. Oxidace buněk může vést k různým onemocněním, včetně Alzheimerovy choroby.
Jak trend stárnutí populace zesiluje, stále více lidí se začíná zajímat o způsoby, jak bojovat proti Alzheimerově chorobě. Moderní lékařský výzkum zjistil, že antioxidanty mohou lidem pomoci udržet si dobrou paměť.
Studie prokázaly, že pravidelná konzumace potravin obsahujících antioxidanty, jako jsou jahody, borůvky, olivový olej atd., může účinně snížit riziko Alzheimerovy choroby. Správným cvičením, pravidelným životem a vyváženou stravou lze zároveň posílit antioxidační systém těla, který může účinně chránit i náš mozek.
Kromě toho, že pomáhají udržovat paměť, mají antioxidanty mnoho dalších výhod. Mohou například zlepšit stav kůže, snížit riziko kardiovaskulárních onemocnění a tak dále. Správný příjem potravin obsahujících antioxidanty a dodržování zdravého životního stylu tedy prospívá našemu tělu i mozku.
Antioxidanty zkrátka k paměti neodmyslitelně patří. Věnováním pozornosti své stravě a životnímu stylu můžeme účinně předcházet Alzheimerově chorobě při zachování dobrého fyzického i duševního zdraví. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť a Cistanche dokáže výrazně zlepšit paměť, protože dokáže regulovat i rovnováhu neurotransmiterů, jako je zvýšení hladiny acetylcholinu a růstových faktorů, které jsou velmi důležité pro paměť a učení. Kromě toho může Cistanche také zlepšit průtok krve a podpořit dodávku kyslíku, což může zajistit, že mozek získá dostatečnou výživu a energii, a tím zlepší mozkovou vitalitu a vytrvalost.
Klikněte na vědět doplňky pro posílení paměti
Samotná TE a TE v kombinaci s krysami stárnoucími MitoQ snížily mitochondriální štěpné faktory (Drp1, Fis1) a zvýšily mitochondriální fúzní faktory (Mfn1, Mfn2, Opa1).
Tyto skupiny také vykazovaly zlepšenou aktivitu NADPH oxidázy a antioxidační aktivitu (SOD-2, kataláza). Samotné TE nebo MitoQ snížily neurozánětlivou odpověď (COX-2, TNF-), ale suprese byla větší při jejich kombinaci.
Kromě toho se stárnutím zvýšený zánět v gyrus dentatus snížil u TE, ale ne u léčby MitoQ.
Testy učení a paměti naopak ukázaly, že MitoQ samotný vykazoval některé podobné účinky jako TE, ale ne definitivní zlepšení.
Závěrem lze říci, že tato studie prokázala, že MitoQ má určité pozitivní účinky na stárnutí, když se používá jako izolovaná léčba, ale TE měl účinnější roli při kognitivním poškození, oxidativním stresu, zánětu a dysfunkci mitochondrií.
Naše zjištění naznačují, že kombinace TE a MitoQ nevykazuje žádné synergické účinky a ukazuje, že pravidelné cvičení by mělo být prioritou v neuroprotekci kognitivního poklesu souvisejícího s věkem.
Klíčová slova: stárnutí; cvičení na běžícím pásu; MitoQ; NADPH oxidáza; mitochondriální dynamika; neurozánět.
1. Úvod
Stárnutí je nevyhnutelný proces fyzického a funkčního úpadku, včetně postupného snižování kognitivních schopností, jako je snížená paměť a prostorové schopnosti [1].
Změny v mozku související s věkem zvyšují zranitelnost vůči různým nemocem a v konečném důsledku mají za následek nižší kvalitu života. Úspěšné stárnutí obecně znamená nepřítomnost onemocnění nebo poškození, zachování fyzických a kognitivních funkcí a pokračující účast na sociálních a produktivních aktivitách [2]. Zachování lidské důstojnosti a hodnoty je zásadní i během procesu stárnutí.
Mezi několika identifikovanými změnami životního stylu pro prevenci kognitivního poklesu se stárnutím se nedávná pozornost obrátila k nefarmakologické léčbě, jako je fyzická aktivita a doplňky stravy, kvůli nedostatku farmakologických účinků a rostoucím nákladům na konvenční medicínu. Bylo prokázáno, že kombinace cvičení a diety se suplementací antioxidantů, jako je epikatechin a astaxanthin, vyvolává synergické účinky na funkci závislou na hippocampu [3,4].
Naproti tomu několik studií odhalilo, že samotné cvičení, ale ne v kombinaci se změnami stravy, zlepšuje funkce učení a paměti [5,6], což vyvolává otázku, zda by kombinovaná intervence mohla mít větší účinky na kognitivní funkce než samotné cvičení.
Ačkoli možné mechanismy, které jsou základem cvičení a/nebo antioxidační léčby hipokampální funkce zahrnují neuronální plasticitu a její související molekulární hladiny s neurotropními faktory [4,7], mechanismy, jako je mitochondriální dynamika a neuroimunitní systém, nejsou plně pochopeny.
Mitochondrie jsou dynamické intracelulární organely odpovědné za biologickou oxidaci ve většině eukaryotických buněk, jejichž dynamika je regulována opakovanými procesy fúze (prodlužování mitochondrií) a štěpení (fragmentace mitochondrií) [8,9].
Na mitochondriální dynamice se podílí několik proteinů souvisejících s fúzí a štěpením, které jsou nezbytné pro udržení normální funkce mitochondrií [10,11].
Nepravidelná exprese proteinů však může vést k abnormálním změnám v mitochondriích. Zejména mitochondriální dysfunkce je rysem stárnutí [12] a přetrvávající zánět, oxidační stres a mitochondriální dysfunkce přispívají ke snížené funkci mozku urychlováním stárnutí mozku [13,14].
Stárnutí je navíc doprovázeno nízkou úrovní chronického zánětu v imunitním systému a centrálním nervovém systému (CNS), o kterém je známo, že přispívá k mnoha onemocněním souvisejícím s věkem [15,16].
Neurozánět v CNS progreduje, když se gliové buňky, jako jsou mikroglie a astrocyty, trvale aktivují v reakci na oxidační stres [17].
Reaktivní formy kyslíku (ROS) jsou generovány NADPH oxidázou (NOX), což je membránově vázaný enzymový komplex. Existuje několik podtypů NOX, mezi nimiž je NOX2 exprimován v různých typech buněk, včetně neuronů a endoteliálních buněk, a je exprimován ve vysokých hladinách v mikrogliálních buňkách zapojených do imunitní odpovědi a zánětu [18–20].
NOX2 obsahuje jak membránové (gp91phox, p22phox), tak cytosolické (p47phox, p67phox) podjednotky. Zvýšené hladiny ROS v důsledku aktivity NOX podporují zánět, aktivují gliové buňky, které následně dále zvyšují sekreci prozánětlivých cytokinů, oxidativní stres a poškození volnými radikály, což nakonec vede k smrti neuronových buněk [21–23].
Stárnutí mozku hraje důležitou roli v kognitivních poruchách a úzce souvisí s neurodegenerativními poruchami. Ačkoli je nemožné zabránit všeobecnému poklesu mozkových funkcí, ke kterému dochází během přirozeného stárnutí, fyzická aktivita a konzumace antioxidantů jsou užitečné jako neinvazivní metody k udržení mozkových funkcí, zejména kognitivních funkcí.
Zejména cvičení údajně zlepšuje mozkovou dysfunkci tím, že podporuje neuroplasticitu, zlepšuje metabolickou účinnost a zvyšuje toleranci vůči oxidativnímu stresu [24,25].
Molekulární mechanismy odpovědné za posílení kognitivní funkce nebo zabránění jejímu poklesu však zůstávají neznámé. Pokud jde o antioxidanty, je známo, že mitochondriálně cílený antioxidant mitochinon (MitoQ) prochází vnitřnímitochondriální membránou a akumuluje se v mitochondriích, na rozdíl od jiných antioxidantů, čímž přímo snižuje hladiny ROS generované v mitochondriích [26].
Ačkoli bylo o MitoQ provedeno jen málo studií, různé zprávy popisují jeho antioxidační účinky. Studie Gioscia-Ryan et al. [27] a Rossman a kol. [28] prokázali, že MitoQ snižuje hladiny ROS a zvyšuje produkci NO v mitochondriích starých krevních cév.
Vergeadeet al. [29] a Braakhuis et al. [30] uvedli, že MitoQ si během procesu stárnutí zachoval aktivity antioxidačních enzymů, jako je SOD-2, kataláza a GPx.
Co se týče brainagingu, je zapotřebí další výzkum k objasnění molekulárních mechanismů odpovědných za pozitivní účinky cvičení a MitoQ na klesající mozkové funkce.
Až dosud výzkum stárnutí pomocí několika zvířecích modelů zkoumal základní mechanismy stárnutí mozku. Zejména podávání D-galaktózy (D-gal) údajně způsobuje stárnutí u zvířat, které se podobá lidskému stárnutí, včetně ztráty paměti, neurodegenerace, změn biochemických markerů oxidačního stresu, snížené imunitní aktivity a abnormální regulace genové exprese [31].
Hlodavci, kterým byl podáván D-gal, vykazují postupný pokles učení a paměti, zvýšenou produkci volných radikálů v mozku, zhoršenou kalciovou homeostázu a mitochondriální dysfunkci [32,33], což představuje zvířecí model stárnutí mozku [34].
Proto jsme pomocí D-galaktózou indukovaného modelu stárnutí potkana zkoumali účinky cvičení na běžícím pásu (TE) a MitoQ jako nezávislé nebo kombinované léčby na mitochondriální štěpení a fúzi, zánět a antioxidační aktivitu, stejně jako kognici závislou na hippocampu.
Předpokládali jsme, že 8-týdenní kombinované cvičení na běžícím pásu a MitoQ u potkanů léčených D-galaktózou by aditivně nebo synergicky zlepšilo pokles funkce učení a paměti a vyvolalo příznivé změny v hladinách proteinů zapojených do hipokampální neuroprotekce.
2. Materiály a metody
2.1. Pokusná zvířata
Šesttýdenní samci krys Sprague-Dawley (SD) byli získáni od JA Bio (Gyeonggi-do, Korea). Krysy byly chovány v Korea National Sports University Animal Laboratory (22 ± 2 °C, 50 % ± 5 % vlhkost a cyklus světlo/tma 12/12 h).
Jídlo a pitná voda byly poskytovány ad libitum. Potkani byli rozděleni do 5 skupin: mladá kontrolní skupina (Y-CON, n=12), skupina s D-galaktózou (D-CON, n=12), skupina s D-galaktózou plus TE (D- TE,n=12), D-galaktóza plus MitoQ skupina (D-MI, n=12) a D-galaktóza plus TE a MitoQ skupina (D-COMBI, n=12). Krysy byly usmrceny po dokončení 8 týdnů TE a testů paměťového chování inhalací CO2 pomocí eutanázní komory.
Protokol studie byl schválen Výborem pro ústavní péči a používání zvířat Korea National Sports University (KNSU-IACUC-2018-05).
2.2. Správa léčiv
Způsob popsaný Lei et al. [31] byl použit k vyvolání stárnutí pokusných zvířat. Konkrétně byl D-gal (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) rozpuštěn v normálním fyziologickém roztoku a dávka 100 mg/kg byla podávána intraperitoneální (IP) injekcí jednou týdně po dobu 10 týdnů.
Způsob krmení navržený Smithem a Murphym [26] byl v tomto experimentu upraven pro podávání MitoQ.
MitoQ byl smíchán se sterilním fyziologickým roztokem pro konečné zředění 0,1 mM/ml. Stárnoucím krysám indukovaným D-galaktózou bylo potom intraperitoneálně injikováno 100 uM/kg MitoQ (dvakrát týdně) po dobu 8 týdnů.
2.3. Cvičení na běžeckém pásu (TE)
Skupiny D-TE a D-COMBI byly podrobeny cvičebnímu programu progresivního zatěžování pomocí běžeckého pásu pro hlodavce (8 Lanes, Daemyung Scientific Co, Ltd., Soul, Korea).
Zvířata nejprve prováděla aklimatizační trénink po dobu 1 týdne (2 m/min na prvních 5 minut, 5 m/min na dalších 5 minut a 8 m/min na posledních 20 minut).
Hlavní cvičební program byl prováděn 5 dní v týdnu během následujících 8 týdnů. Tento program byl navržen následovně, týkající se progresivního cvičebního programu navrženého Hongem et al. [35]:10–12 m/min po dobu 10 minut v týdnu 1; 10–12 m/min po dobu 20 minut v týdnu 2; 18–20 m/min po dobu 20 minut v týdnu 3; 18–20 m/min po dobu 30 minut v týdnu 4; a 18–20 m/min po dobu 50 minut v týdnech 5–8. Sklon běžeckého pásu byl pevně nastaven na 0 %.
2.4. Úkol pasivního vyhýbání
Úloha pasivního vyhýbání se je strachem motivovaný test používaný k měření schopnosti pracovní paměti malých laboratorních zvířat. V této studii byla úloha pasivního vyhýbání provedena 3 dny před koncem programu TE.
Zařízení pro úlohu pasivního vyhýbání se sestávalo ze dvou komor: Přední komora byla dobře osvětlená, světlá, bílá skříňka (18 × 18 × 25 cm3), propojená se zadní komorou, což byla tmavě černá skříňka (18 × 18 × 25 cm3).
Zadní komora měla podlahu z nerezové oceli schopnou uvolňovat elektrické šoky. Stěna mezi dvěma komorami měla dveře ve stylu gilotiny, které se daly otevřít a zavřít.
Byla měřena doba, za kterou zvíře vstoupilo do zadní komory přední komorou (počáteční doba latence), a poté byl po dobu 2 sekund aplikován elektrický šok (0,5 mA).
Zvíře bylo odstraněno po 5 sekundách a vráceno do své chovné klece. Úkol byl opakován 72 hodin později za použití identické metody a byla zaznamenávána doba, po kterou zvíře vstoupilo do zadní komory přes přední komoru (doba retenční latence) až do maxima 300 s.
2.5. Morrisův test vodního bludiště
Morrisův test vodního bludiště se používá k posouzení prostorového učení a paměti hlodavců. Test byl proveden v místnosti s řízenou teplotou (21–23 ◦C), vlhkostí (50–60 %) a osvětlením pomocí kruhové vodní nádrže (průměr 120 cm × výška 15 cm) naplněné vodou (20–24 ◦C ).
Do vody bylo přidáno sušené odstředěné mléko, aby se zakryla úniková plošina (průměr 10 cm), která byla umístěna na dně nádrže přibližně 1 cm pod hladinou vody.
Vzdálenost, kterou zvíře urazilo před dosažením plošiny (úniková vzdálenost) a čas potřebný k dosažení plošiny (doba únikové latence) byly měřeny před a po programu TE pomocí softwaru pro sledování videa EthoVision XT8 (Noldus, Wageningen, Nizozemsko) a kamery. instalované na stropě nad středem nádrže. Vodní nádrž byla rozdělena do čtvrtí označených jako zóny 1–4 a plošina byla umístěna do zóny 1.
Pro každou léčebnou skupinu byl test ve vodním bludišti prováděn 5 dní v týdnu. Krysa vždy začínala ve stejné pozici a měla povoleny dva cvičné pokusy, aby se pokusila dosáhnout plošiny, která byla vždy na stejném místě.
Po 48 hodinách odpočinku byla plošina sedmého dne odstraněna; úniková vzdálenost a úniková latence byly měřeny po dobu 60 sekund s krysou začínající ve stejné poloze.
For more information:1950477648nn@gmail.com
