Subiecte

Abstract

Introducere

Disfuncția cognitivă are costuri economice și sociale uriașe nu numai pentru cei afectați, ci și pentru îngrijitorii lor 1,2. Odată început, disfuncția cognitivă avansează odată cu vârsta și de cele mai multe ori când s-a identificat acest lucru, schimbările ar fi ajuns la o stare ireversibilă. Diabetul și tulburările sale asociate au fost puternic legate de declinul cognitiv al populației în vârstă 3. Atât diabetul, cât și declinul cognitiv au crescut alarmant, ca urmare a creșterii tiparelor de hrănire nesănătoase și a sedentarismului 4.5. Prin urmare, este din ce în ce mai importantă nevoia de a înțelege profund relația dintre diabet și declinul cognitiv, identificarea timpurie a problemelor cognitive și implementarea eficientă a metodelor terapeutice 6 .

Dislipidemia, hipertensiunea, hiperglicemia, hipoglicemia și inflamațiile comune diabetului au o asociere excelentă cu deficiențele cognitive 7. Cu toate acestea, majoritatea cazurilor de afectare cognitivă a populației îmbătrânite au fost asociate cu o glicemie constantă ridicată și o toleranță redusă la glucoză 8.9. S-a dovedit că o concentrație crescută de citokine proinflamatorii în circulație duce la dereglarea barierei hematoencefalice 10. Disfuncția barieră crește permeabilitatea celulelor endoteliale microvasculare ale creierului și expune creierul la o concentrație crescută de glucoză din sânge 11. O concentrație mai mare de glucoză din sânge în creier provoacă efecte adverse, cum ar fi inflamația și stresul oxidativ, care compromite funcția cognitivă 12. Acest lucru se manifestă printr-o performanță cognitivă slabă și interferează cu multe sarcini cognitive din viața de zi cu zi 13 .

Dieta bogată în grăsimi sau cu conținut ridicat de carbohidrați a fost implicată în modificarea regiunilor creierului esențiale pentru învățare, memorie și funcția cognitivă 14. În laboratorul nostru, ingestia prelungită a unei diete bogate în grăsimi cu conținut ridicat de carbohidrați (HFHC) a dus la dezvoltarea prediabetului și a tulburărilor sale asociate la animale relativ sedentare 15. Aceste tulburări includ hiperglicemie, dislipidemie, rezistență la insulină, stres oxidativ, inflamație și hipertensiune. Toate acestea au fost legate mecanic de deficiențele cognitive 7. Totuși, dacă aceste tulburări metabolice în prediabetul indus de HFHC sunt însoțite de modificări ale activității de învățare și de memorie și a funcției cognitive generale din creier, este încă de clarificat. Identificarea dacă problemele cognitive încep să se întâmple cât mai devreme în starea de prediabet după ingerarea unei diete HFHC poate deschide căi pentru a reduce eficient problemele cognitive cât mai curând posibil.

Sa demonstrat că exercițiile fizice ameliorează tulburările legate de diabet și transmit efecte protectoare împotriva bolilor neurodegenerative 16,17,18,19,20. Cu toate acestea, rămâne necunoscut dacă exercițiul fizic poate ameliora deficitele cognitive care ar fi putut să apară după ingestia prelungită a unei diete HFHC la animalele prediabetice. Prin urmare, prezentul studiu analizează modificările metabolice, comportamentale și neurotransmițătoare selectate legate de funcția cognitivă în prediabetele induse de dietă HFHC la animalele sedentare și efectele ameliorative ale exercițiului fizic. Unul dintre principalele avantaje ale exercițiului este că poate fi personalizat în funcție de nevoile pacientului. Întrucât un astfel de pacient poate permite antrenamentele intermitente numai în timp ce este necesar să facă un antrenament regulat, în timp ce celălalt poate permite antrenamentele regulate. Acest lucru depinde de programul zilnic al pacientului și de gravitatea afecțiunii. Prin urmare, exercițiul intermitent și regulat va fi utilizat ca formă de tratament în prezentul studiu.

Rezultate

Răspunsul OGT

Răspunsul OGT al grupurilor de animale ND, PD, PD + IE și PD + RE (n = 6, pe grup) a fost evaluat la două săptămâni după încetarea exercițiului. A existat un efect PD asupra concentrației de glucoză din sânge începând de la 15 minute după injectarea bolusului până la sfârșitul testului * (ND vs. PD, p # (PD vs. PD + IE, p # (PD vs. PD + RE, p # (PD vs. PD + RE, p # (PD vs. PD + IE, p # (PD vs. PD + IE, PD vs. PD + RE, p α (PD + IE vs. PD + RE, p figura 1

exercițiu

Sarcină NORT

Indicele discriminării (a) și indicele de recunoaștere (b) al sarcinii NORT din grupurile ND, PD, PD + IE și PD + RE (n = 6, pe grup) a fost calculată o săptămână după încetarea exercițiului. Analiza de corelație a AUCglucozei cu indicele de discriminare (c.) Și a indicelui de recunoaștere (d.) A fost efectuată, de asemenea, cu date individuale din grupuri (grupuri = 4 × numărul de animale (6, pe grup) = 24). A existat un efect PD asupra valorii indicelui de discriminare * (ND vs. PD, ND vs. PD + IE, p # (PD vs. PD + IE, PD vs. PD + RE, p # (PD vs. PD + IE, PD vs. PD + RE, p Figura 2

Sarcina MWM

Graficele de mai jos indică măsurarea latenței (a. Și b.) Test MWM și timpul petrecut în cadranul obiectivului (c.) În timpul testului sondei MWM în grupurile ND, PD, PD + IE și PD + RE (n = 6, pe grup) la o săptămână după încetarea exercițiului. Analiza de corelație a glucozei AUCglucozei cu latența AUCMWM (d.) Și timpul petrecut în cadranul obiectivului (e.) În timpul sarcinii MWM a fost efectuată, de asemenea, cu date individuale între grupuri (grupuri = 4 × numărul de animale (6, per grup) = 24). Un efect PD a fost prezent în zilele 1 și 2 cu latența * (ND vs. PD, p # (PD vs. PD + IE, p # (PD vs. PD + RE, p # (PD vs. PD + IE, PD vs. PD + RE, p Figura 3

Markeri de stres oxidativ

Concentrația MDA în PFC (a.) Și hipocamp (b.) Țesuturi cerebrale, precum și concentrația GPx1 în PFC (c.) Și hipocamp (d.) Țesuturi cerebrale ale ND, PD, PD + IE și PD + Au fost măsurate grupurile RE (n = 6, pe grup) la două săptămâni după încetarea exercițiului. Nu a existat niciun efect PD asupra concentrației MDA în țesutul PFC (ND vs. PD, Fig. 4a). De asemenea, nu a existat niciun exercițiu în prezent în grupurile PD (PD vs. PD + IE, PD vs. PD + RE, Fig. 4b). A existat un efect PD asupra concentrației MDA în țesutul hipocampic * (ND vs. PD, p # (PD vs. PD + IE, PD vs. PD + RE, p # (PD vs. PD + RE, p Figura 4

Concentrația de IL-1β

Concentrația de IL-1β în PFC (a.) Și hipocamp (b.) Din grupurile ND, PD, PD + IE și PD + RE (n = 6, pe grup) a fost măsurată la două săptămâni după încetarea exercițiului. A existat un efect PD asupra concentrației PFC IL-1β * (ND vs. PD, ND vs. PD + IE și ND vs. PD + RE, p # (PD vs. PD + IE ȘI PD vs. PD + RE, p # (PD vs. PD + IE, PD vs. PD + RE, p Figura 5

Concentrația de dopamină (DA)

Concentrația DA în țesutul cerebral PFC (a) și hipocampal (b) din grupurile ND, PD, PD + IE și PD + RE (n = 6, pe grup) a fost măsurată la două săptămâni după încetarea exercițiului. Grupurile PD și PD + IE au avut o concentrație crescută de DA în PFC în comparație cu grupul ND * (ND vs. PD, ND vs. PD + IE, p α (PD + IE vs. PD + RE, p α (PD + IE vs. PD + RE, p Figura 6

Discuţie

Rezultatele prezentului studiu demonstrează că tulburările metabolice în urma ingestiei prelungite a unei diete HFHC la animalele prediabetice și sedentare au fost însoțite de modificări metabolice, comportamentale și cerebrale asociate cu funcția cognitivă afectată. Atât exercițiul intermitent, cât și cel regulat au ameliorat modificările asociate cu afectarea cognitivă a acestor animale. Acest lucru relevă faptul că tulburările care stau la baza afectării cognitive a populației îmbătrânite încep să apară încă din stadiul prediabetului. Studiul arată că intervenția în timp util înainte ca afectarea cognitivă să fie ireversibilă poate reduce creșterea tot mai mare a problemelor cognitive în rândul populației îmbătrânite.

La o săptămână după încetarea exercițiului, a existat o toleranță îmbunătățită la glucoză atât în ​​grupurile PD + IE, cât și PD + RE, în ciuda expunerii continue la o dietă HFHC, sugerând un efect de durată al exercițiului asupra toleranței la glucoză. Acest lucru poate fi atribuit îmbunătățirii sensibilității la insulină prin exercițiul 17.45. Acest lucru a fost însoțit de performanțe îmbunătățite în sarcinile NORT și MWM în grupurile exercitate. Acest lucru sugerează că expunerea la exerciții fizice a avut efecte de durată asupra funcției cognitive. Acest lucru este susținut de studiile care arată că exercițiile fizice îmbunătățesc memoria de recunoaștere a obiectelor și sporesc discriminarea fină 46,47,48. Performanțe mai bune la sarcinile cognitive de către grupurile exercitate au coexistat cu o tendință de îmbunătățire a markerilor de stres oxidativ. Pe lângă ameliorarea tulburărilor metabolice asociate cu afectarea cognitivă, exercițiul ar fi putut obține, de asemenea, performanțe cognitive mai bune prin creșterea complexității dendritice, perfuzie în stare de repaus și angiogeneză 18,49,50 .

Concluzie

Ingerarea prelungită a dietei HFHC și a stilului de viață sedentar a dus la OGT afectată, performanță slabă în sarcinile NORT și MWM, care a fost însoțită de o tendință de creștere a markerilor de stres oxidativ și de neurotransmisie DA afectată în PFC și țesutul hipocampic. Expunerea la exerciții fizice, indiferent dacă este intermitentă sau regulată, a îmbunătățit învățarea indusă de prediabet, memoria și afectarea cognitivă generală. Aceasta a fost mediată parțial de markeri de stres oxidativ și OGT îmbunătățiți, precum și de o creștere subclinică a concentrației de IL-1β din PFC și hipocampus la animalele exercitate. În exercițiile fizice regulate, aceasta a fost mediată în continuare de neurotransmisia DA îmbunătățită. Prin urmare, efectele induse de prediabet asupra exercițiului ameliorat asupra funcției creierului și efectele de exercițiu de durată nu se disipează imediat după încetarea exercițiului.

Materiale și metode

Produse chimice

Toate substanțele chimice și reactivii au fost de calitate analitică și au fost achiziționați de la furnizori comerciali standard.

Animale

Exercitarea protocolului de rulare a benzii de rulare

Răspunsul OGT

Pentru a determina răspunsul la toleranța la glucoză a animalelor după exerciții fizice în timpul ingestiei prelungite a unei diete bogate în grăsimi cu conținut ridicat de carbohidrați, a fost efectuat un test oral de toleranță la glucoză după încărcarea cu carbohidrați. Răspunsul OGT al tuturor grupurilor de animale a fost monitorizat la animale folosind un protocol de laborator stabilit 59. Pe scurt, după o perioadă de 18 ore de post, glucoza a fost măsurată (timp 0) urmată de încărcarea cu un sirop de monozaharidă (glucoză; 0,86 g/kg, po) prin gavaj oral folosind un ac curbat cu gavaj de 38 mm lungime, 18 Capăt cu bile de 21/4 mm (Able Scientific, Canning Vale, Australia). Pentru a măsura concentrația de glucoză, sângele a fost recoltat folosind metoda de înțepare a cozii 60. Concentrația de glucoză a fost măsurată utilizând un glucometru selectat OneTouch (LifeScan, Mosta, Malta, Regatul Unit). Concentrația de glucoză a fost măsurată la 15, 30, 60 și 120 min după încărcarea cu carbohidrați.

Noul test de recunoaștere a obiectelor

Pentru a determina recunoașterea obiectelor noi, Indicele de recunoaștere (RI) a fost calculat în felul următor 61:

Protocolul labirintului Morris-Water

Recoltarea țesuturilor

La sfârșitul perioadei experimentale, toate animalele au fost decapitate folosind o ghilotină ascuțită. Ulterior, creierul a fost îndepărtat imediat și plasat într-o nămol salină înghețată de 0,9% pentru a suprima degradarea structurilor creierului în timpul disecției. PFC și hipocampus au fost îndepărtate și colectate în tuburi Eppendorf cântărite și pre-răcite. Țesuturile din tuburi au fost cântărite și congelate imediat în azot lichid înainte de depozitare la - 80 ° C într-un congelator Bio Ultra (Snijders Scientific, Olanda) până în ziua analizei biochimice.

Analiza biochimică

Analiza datelor

Toate datele au fost exprimate ca mijloace ± S.E.M. Comparații statistice au fost efectuate cu software-ul GraphPad InStat (versiunea 5.00, GraphPad Software, Inc., San Diego, California, SUA) utilizând analiza unică a varianței (ANOVA) urmată de testul de comparații multiple Tukey - Kramer post hoc sau cu două căi ANOVA urmat de testul de comparație Bonferroni. Analiza corelației dintre ASCglucoză și performanța cognitivă a fost efectuată utilizând un test Pearson cu date individuale între grupuri (grupuri = 4 × numărul de animale (6, pe grup) = 24). O valoare de p

Disponibilitatea datelor

Seturile de date utilizate și/sau analizate în timpul studiului actual sunt disponibile de la autorul corespunzător, la o cerere rezonabilă.