Vježbe na traci za trčanje sprječavaju opadanje prostornog učenja i pamćenja kod 3×Tg-AD miševa kroz poboljšanje strukturne sinaptičke plastičnosti hipokampusa i prefrontalnog korteksa 1. dio

Sažetak:

Alzheimerovu bolest (AD) karakteriziraju nedostaci u učenju i pamćenju. Patološka značajka AD su promjene u broju i veličini sinapsi, duljini aksona, dendritičkoj kompleksnosti i broju dendritičnih spina u hipokampusu i prefrontalnom korteksu.

Alzheimerova bolest je neurodegenerativna bolest koja uglavnom utječe na pamćenje, sposobnost razmišljanja i sposobnost svakodnevnog života pacijenata. Međutim, iako je pamćenje pacijenata s Alzheimerovom bolešću pogođeno, ipak ih možemo razumjeti i pomoći im iz više perspektiva.

Prvo, iako će pamćenje pacijenata s Alzheimerovom bolešću postupno opadati, njihove senzorne sposobnosti i sposobnost emocionalnog izražavanja nisu pogođene. Stoga im možemo pomoći brigom o njihovim fizičkim potrebama i obraćanjem pozornosti na njihove emocionalne potrebe.

Drugo, gubitak pamćenja pacijenata s Alzheimerovom bolešću može se ublažiti vježbanjem i poboljšanjem pažnje. Na primjer, pacijenti mogu vježbati svoj mozak i poboljšati svoje pamćenje čitanjem knjiga i sudjelovanjem u glazbenim aktivnostima ili igrama. Štoviše, ako članovi obitelji i zajednice mogu pružiti podršku i pomoć pacijentima, učinak ovih aktivnosti može biti značajniji.

Na kraju, trebamo potaknuti društvo na više pažnje i razumijevanja za oboljele od Alzheimerove bolesti. Pacijenti trebaju naše društvo i podršku, a ne samo oslanjanje na pamćenje. Samo kada je društveno okruženje puno ljubavi i brige, stanje bolesnika može se bolje liječiti i upravljati njime.

Ukratko, odnos između Alzheimerove bolesti i pamćenja vrlo je kompliciran, ali treba aktivno pomagati oboljelima, poboljšati kvalitetu njihova života i potaknuti društvo da obrati pažnju i razumije njihovu situaciju. Nadam se da svatko od nas može stvoriti bolje i skladnije društvo u budućnosti. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche može značajno poboljšati pamćenje jer može regulirati i ravnotežu neurotransmitera, poput povećanja razine acetilkolina i faktora rasta koji su vrlo važni za pamćenje i učenje. Osim toga, Cistanche također može poboljšati protok krvi i pospješiti opskrbu kisikom, što može osigurati da mozak dobije dovoljno hranjivih tvari i energije, čime se poboljšava vitalnost i izdržljivost mozga.

Pritisnite Know za poboljšanje kognitivnih funkcija

Vježbe na traci za trčanje mogu poboljšati sinaptičku plastičnost kod mišjih ili štakorskih modela moždanog udara, ishemije i demencije. Ovo je istraživanje imalo za cilj ispitati učinke vježbanja na traci za trčanje na učenje i pamćenje, te strukturalnu sinaptičku plastičnost kod 3×Tg-AD miševa, mišjeg modela AD.

Ovdje pokazujemo da 12 tjedana vježbanja na traci za trčanje koje je počelo kod tromjesečnih miševa poboljšava prostornu radnu memoriju kod šestomjesečnih 3×Tg-AD miševa, dok su šestomjesečni 3×Tg-AD miševi koji nisu vježbali pokazali oštećenje prostorna radna memorija.

Kako bismo istražili potencijalne mehanizme za poboljšanje prostornog učenja i pamćenja izazvano vježbom na traci za trčanje, ispitali smo strukturnu sinaptičku plastičnost u hipokampusu i prefrontalnom korteksu šestomjesečnih 3×Tg-AD miševa koji su 12 tjedana bili podvrgnuti vježbanju na traci za trčanje.

Otkrili smo da vježbanje na traci za trčanje dovodi do povećanja broja sinapsi, sinaptičkih strukturnih parametara, ekspresije sinaptofizina (Syn, presinaptički marker), duljine aksona, kompleksnosti dendrita i broja dendritičnih bodlji u 3×Tg-AD miševa i obnovljenih ovi parametri na slične razine kontrolnih miševa bez Tg bez vježbe na traci za trčanje. Osim toga, vježbanje na traci za trčanje također je poboljšalo ove parametre kod kontrolnih miševa bez Tg.

Jačanje strukturne sinaptičke plastičnosti može predstavljati potencijalni mehanizam kojim vježbanje na traci za trčanje sprječava pad u prostornom učenju i pamćenju te gubitak sinapse u 3×Tg-AD miševa.

Ključne riječi: vježba; memorija; sinaptički; dendritične bodlje; strukturna sinaptička plastičnost; 3xTg-AD miševi.

1. Uvod

Alzheimerova bolest (AD) je progresivna neurodegenerativna bolest koju najčešće karakterizira oštećenje pamćenja i kognitivni pad [1]. Poteškoće u pamćenju novonaučenih informacija ili gubitak kratkotrajnog pamćenja rani su simptomi AD [2].

Kako bolest napreduje, pacijenti s AD-om postupno doživljavaju dugotrajni gubitak pamćenja, što ozbiljno utječe na kvalitetu života. Patologiju AD karakterizira nakupljanje amiloidnih (A) plakova i tau neurofibrilarnih čvorova u hipokampusu i prefrontalnom korteksu (PFC), a oba su ključne strukture u učenju i pamćenju [3-6].

Prethodne studije pokazuju da A i tau mogu oslabiti pamćenje ometanjem sinaptičke plastičnosti u hipokampusu i prefrontalnom korteksu [7,8].

Ova sinaptička plastičnost uključuje promjene ovisne o aktivnosti u sinaptičkoj učinkovitosti i preoblikovanju, klijanju aksona i modeliranju dendritika i dinamici dendritične kralježnice.

U studijama na životinjama, topljivi A-oligomeri u nanomolarnim koncentracijama, ekstrahirani izravno iz cerebralnog korteksa tipičnih bolesnika s AD-om ili generirani iz sintetskog peptida, poremetili su pamćenje naučenog ponašanja snažnim inhibiranjem dugotrajne potenciranosti (LTP), pojačavajući dugotrajnu depresiju (LTD), smanjujući gustoću dendritičke kralježnice hipokampusa [9-11].

U međuvremenu, pokazano je da su prostorno učenje i oštećenje pamćenja uzrokovani sinaptičkom disfunkcijom i neljudskih pacijenata i različitih transgenih mišjih modela AD, npr. AppNL-GF [12,13], Tg2576 [14], APP/PS1 [15], 5×FAD [16] i 3×Tg-AD [17].

Smanjena sinaptička funkcija često je uočena u mladih miševa prije razvoja plaka, što ukazuje da A oligomeri pokreću sinaptičke deficite prije stvaranja plaka [18]. U međuvremenu, studije koje su koristile kompjutoriziranu tomografiju (CT) i magnetsku rezonanciju (MRI) pokazuju da se hipokampalni i prefrontalni korteks osoba s Alzheimerovom bolešću dramatično smanjuje kako bolest napreduje [19,20].

AD je sve rašireniji diljem svijeta, a još nema dostupnih tretmana koji mogu izliječiti ili usporiti napredovanje ove bolesti. Nagomilani dokazi sugeriraju da tjelesna vježba smanjuje opterećenje amiloida, poboljšava sinaptičku plastičnost i nedostatke u učenju i pamćenju u modelima AD-a kod glodavaca i odgađa napredovanje patoloških promjena u mozgu [21-28].

Tjelesno vježbanje može djelovati kroz različite mehanizme u različitim eksperimentalnim modelima. Aerobne vježbe mogu povećati cerebralni protok krvi, poboljšati korištenje kisika i poboljšati ekspresiju čimbenika rasta koji promiču sinaptičku plastičnost i neurogenezu te mogu imati izravan blagotvoran učinak na funkciju mozga [29-31].

Uključeni mehanizmi uključuju pojačanu regulaciju ekspresije gena molekularnih ciljeva povezanih s učenjem i pamćenjem, sinaptičkom plastičnošću i preživljavanjem neurona [30].

Nadalje, aerobna vježba mogla bi poboljšati nedostatke učenja i pamćenja poništavanjem gubitka sinapsi u hipokampusu i korteksu kod štakora koji stare, modelu vaskularne demencije kod štakora i modelu okluzije/reperfuzije srednje cerebralne arterije (MCAO/R) [31-33].

Ova studija ispitat će učinke 12 tjedana vježbanja na traci za trčanje na prostorno učenje i pamćenje pomoću radijalnog labirinta s osam krakova u šestomjesečnih 3×Tg-AD miševa.

Zatim se istražuju potencijalni uključeni mehanizmi. Poznato je da su hipokampus i prefrontalni korteks kritična područja mozga za prostorno učenje i pamćenje [34].

Vjeruje se da je sinaptička plastičnost unutar hipokampusa i prefrontalnog korteksa stanična osnova učenja i pamćenja, što ovisi o jačanju sinaptičkih veza [35].

Prethodne studije su otkrile da je veća sinaptička aktivna zona učinkovitija u pobuđivanju postsinaptičkih neurona i da skraćivanje aktivne zone može odražavati stanje smanjene učinkovitosti sinaptičkog prijenosa [36].

Neurotransmiter difundira kroz sinaptičku pukotinu i veže se na receptorske proteine ​​na membrani postsinaptičkog neurona, uzrokujući otvaranje ili zatvaranje ionskih kanala u postsinaptičkoj membrani.

Optimalno skraćivanje opsega sinaptičke pukotine i zadebljanje postsinaptičke gustoće (PSD) može povećati učinkovitost sinaptičkog prijenosa [37-39]. Osim toga, akson, dendritički i dendritički trnovi čine strukturnu osnovu strukturne sinaptičke plastičnosti.

U ovoj smo studiji odredili je li 12 tjedana prethodnog tretmana vježbanja na traci za trčanje promijenilo A-inducirano oštećenje strukturne sinaptičke plastičnosti unutar hipokampusa i prefrontalnog korteksa u šestomjesečnih 3×Tg-AD miševa.

Otkrili smo da je 12 tjedana vježbanja na traci za trčanje spriječilo slabljenje prostornog učenja i pamćenja kod šestomjesečnih 3×Tg-AD miševa i da je vježbanje na traci za trčanje dovelo do poboljšane strukturne sinaptičke plastičnosti povećanjem broja sinapsi i sinaptičkih strukturnih parametara, ekspresije sinaptofizina (Syn ), duljina aksona, složenost dendrita i broj dendritičnih spina. Ovi mehanizmi mogu biti u osnovi poboljšanja učenja i pamćenja uzrokovanog vježbom na traci za trčanje.

2. Materijali i metode

2.1. Životinje

Trostruko transgenični Alzheimerova bolest (3×Tg-AD) muški miševi (sa transgenima PS1M146Vknockin, APPswe i TauP301L) nabavljeni su iz The Jackson Laboratory. C57BL/6J muški miševi iste dobi korišteni su kao ne-transgeni (ne-Tg) kontrole.

Studija je provedena na 3-mjesečnim 3×Tg-AD (n=20) i ne-Tg miševima (n=20). Sve su životinje dobile ad libitum pristup hrani i vodi u prostoriji u kojoj se održavala kontrolirana temperatura (23 ± 1 °C) i vlažnost (40–60%), s ciklusom svjetlo-tama od 12 sati.

Miševi su tretirani svakodnevno 3-6 dana prije pokusa ponašanja. Svo održavanje i uporaba životinja bili su prema protokolima koje je odobrilo etičko povjerenstvo Pekinškog sportskog sveučilišta (2015015).

2.2. Protokol vježbi na traci za trčanje

U dobi od 3 mjeseca miševi su nasumično raspoređeni u četiri skupine (svaka n=10): kontrolna skupina bez Tg, skupina za vježbanje bez Tg, kontrolna skupina 3 × Tg-AD i skupina za vježbanje 3 × Tg-AD .

Svim vježbanim miševima dopušteno je da se prilagode na trčanje na traci za trčanje 30 minuta 3 uzastopna dana (prvi dan pri 5 m/min; drugi i treći dan pri 10 m/min).

Zatim su ti miševi podvrgnuti protokolu vježbanja na traci za trčanje brzinom od 12 m/min na 0◦nagibu 10 minuta, zatim 15 m/min 50 minuta. Ukupno, miševi su trenirani 1 sat dnevno, 5 dana u tjednu, ukupno 12 tjedana.

Prema našem testu zatvorene trake za trčanje s jednom trakom spojene na Oxymax/Comprehensive Laboratory Animal Monitoring System, ovaj dugotrajni protokol treninga održava intenzitet vježbanja od 50% do 65% VO2max.

Miševi u kontrolnoj skupini bez Tg i 3×Tg-AD kontrolnoj skupini ostavljeni su na traci za trčanje, bez trčanja, isto razdoblje kao i skupine koje su vježbale. Prvo smo proveli test radijalnog labirinta od osam krakova za sve miševe (10 miševa u svakoj skupini, starosti 6 mjeseci).

Zatim smo ispitali histološke abnormalnosti Golgijevim bojanjem (3 miša u svakoj skupini), Western blotom (3 miša u svakoj skupini) i elektronskom mikroskopijom (4 miša u svakoj skupini) (Slika 1A).

Slika 1. Vježbanje na traci za trčanje sprječava opadanje prostornog učenja i pamćenja kod 3×Tg-AD miševa. (A) Vremenska traka kontrole vježbanja na traci za trčanje ili nevježbanja, test ponašanja i histološki test. (B)

Postotak pogrešaka u radnoj memoriji 5. i 6. dana bio je značajno povećan kod 3×Tg-AD miševa u usporedbi s kontrolnom skupinom bez Tg (B; ** p < 0.01, n=10 miševi).

Povećanje postotka pogrešaka u radnom pamćenju spriječeno je prethodnim tretmanom vježbi na traci za trčanje (B; ## p < {{0}}.01,n=10 miševa). (C) Nije bilo značajnih učinaka na postotak referentnih pogrešaka u pamćenju između miševa bez Tg kontrole, Non-Tg vježbe, 3×Tg-AD kontrole i 3×Tg-AD miševa s tjelovježbom (C; p > 0,05,n {{ 11}} miševi).

2.3. Test radijalnog labirinta s osam krakova

Radijalni labirint s osam krakova sastojao se od središnje platforme promjera 18 cm i osam krakova koji su se protezali od središnje platforme, svaki 30 cm dug, 7 cm širok i 15 cm visok, s jednakim kutnim razmakom između susjednih krakova. Radijalni labirint s osam krakova bio je obojen u plavo.

Kraj svakog kraka držao je šalicu s hranom promjera 3 cm i dubine 1 cm. Vrata su se nalazila između svakog kraka i središta labirinta. Videokamera smještena iznad labirinta spojena je na računalo kako bi se snimilo kretanje životinja.

Labirint je bio podignut 35 cm iznad razine poda u slabo osvijetljenoj prostoriji s nekoliko dodatnih znakova za labirint. Cijeli eksperimentalni proces koristio je čokoladu kao hranu. Podaci su analizirani etološkim softverom za video analizu (JLBehv-8ARMM, ShanghaiJiliang Company, Šangaj, Kina).

Kako bi se povećala motivacija za čokoladu u protokolu radijalnog labirinta, miševima je hrana ograničena dodatnih tjedan dana kako bi dosegli 80-85% izvorne tjelesne težine i držani pod tim uvjetima tijekom cijele studije.

Zadatak radijalnog labirinta podijeljen je na sesije prilagodbe i akvizicije. U dva uzastopna dana sesije prilagodbe, svaki miš je postavljen na središnju početnu platformu.

Nakon 10 s, sva su vrata otvorena, a mišu je dopušteno istraživati ​​i konzumirati hranu (0,08 g čokolade) u svakom kraku labirinta 10 minuta. Sesija prikupljanja sastojala se od jednog pokusa koji se izvodio jednom dnevno tijekom 10 uzastopnih dana.

Četiri ruke (1, 3, 5 i 7) bile su mamčene čokoladnim nagradama. Miševi su stavljeni u središte labirinta, a nakon 10 s sva su se vrata otvorila. Aktivnosti miševa snimane su automatski i zatim analizirane pomoću sustava za video praćenje.

Ulazak u ruku se računao kada su sve četiri šape miša prešle preko početka ruke. Pokus se nastavio sve dok miš nije ušao u sva četiri kraka s mamcem. Na kraju pokusa miš je vraćen u kućni kavez.

Ulazak u krak bez mamca smatran je pogreškom referentnog pamćenja, a ponovni ulazak u prethodno posjećeni krak s mamcem smatran je pogreškom radne memorije.

U tabeliranju performansi, postotak pogrešaka u radnom pamćenju (kratkoročno pamćenje) definiran je kao bilo koji ponovljeni unos među ukupnim unosima, a postotak referentnih pogrešaka u pamćenju (dugotrajno pamćenje) kao postotak ulazaka u ruku bez mamca i onih bez konzumacije mamac pri unosu krakova s ​​mamcima od ukupnog broja unosa [40,41].

2.4. Golgijevo bojenje

Za kvantifikaciju morfoloških promjena, hipokampus i prefrontalni korteks obojeni su Golgijevim kompletom za bojenje (FD Rapid Golgi Stain Kit PK-401, FD NeuroTechnologies, Columbia, MD, SAD) prema uputama proizvođača.

Ukratko, mozgovi su ekstrahirani i stavljeni u staklenke koje sadrže 20 mL otopine Golgi-Coxa na 17 dana u mraku prije nego što su izrezani na kriške od 60 µm pomoću kriostata (Leica, Nussloch, Njemačka).

Sekcije su inkubirane u otopini za bojenje 10 minuta, dehidrirane u uzlaznoj seriji etanola (50%, 70%, 95% i 100%) i dva puta bistre u ksilenu. Konačno, slajdovi su pokriveni Permountom.

Piramidalne stanice iz CA1 regije hipokampusa ili sloja V prefrontalnog korteksa nacrtane su pomoću mikroskopa pri povećanju od 200× i 1000×.

Neuroni su odabrani ako nisu bili zaklonjeni (vaskulaturom, glijalnim stanicama ili drugim neuronima) i činilo se da su potpuno obojeni i netaknuti unutar presjeka.

Duljina aksona je izmjerena ručnim praćenjem neurita od granice soma do vrha aksona [42]. Morfologija dendrita procijenjena je Sholl analizom.

Prozirna mreža s ekvidistantnim (10 µm) koncentričnim prstenovima centrirana je iznad dendritičnih tragova stabala. Broj sjecišta prstena korišten je za procjenu ukupne duljine dendrita i dendritičke karborizacije [43-45].

Konačno, prikupili smo 9-13 sekcija u CA1 hipokampusu i sloju V prefrontalnog korteksa od 3 miša u svakoj eksperimentalnoj skupini. Da bi se izračunao broj trna, pratila se duljina dendrita (najmanje veća od ili jednaka 10 µm, dendriti 2. reda) (pri 1000 ×). Izračunata je točna duljina svake dendritske grane i izbrojan je broj bodlji duž duljine (kako bi se dobilo bodlje/10 µm) [43].

The length of dendritic filopodia is normally >3 µm i<10 µm [46]. The morphology of spines is commonly categorized into three types: thin, mushroom, and stubby [47]. 

Bodlje se smatraju tankima ako je duljina veća od promjera vrata i ako su promjeri glave i vrata slični. Bodlje se klasificiraju kao gljive ako je promjer glave veći od promjera vrata. Bodlje se smatraju zdepastim ako su duljina i širina jednake.

For more information:1950477648nn@gmail.com