L'exercici de la cinta de córrer evita la disminució de l'aprenentatge espacial i la memòria en ratolins 3 × Tg-AD mitjançant la millora de la plasticitat sinàptica estructural de l'hipocamp i l'escorça prefrontal Part 1

Resum:

La malaltia d'Alzheimer (MA) es caracteritza per dèficits en l'aprenentatge i la memòria. Una característica patològica de l'AD són les alteracions en el nombre i la mida de les sinapsis, la longitud de l'axó, la complexitat dendrítica i el nombre de la columna dendrítica a l'hipocamp i l'escorça prefrontal.

La malaltia d'Alzheimer és una malaltia neurodegenerativa que afecta principalment la memòria, la capacitat de pensament i la capacitat de la vida diària dels pacients. Tanmateix, tot i que la memòria dels pacients amb Alzheimer es veu afectada, encara podem entendre-los i ajudar-los des de múltiples perspectives.

En primer lloc, encara que la memòria dels pacients amb malaltia d'Alzheimer anirà disminuint gradualment, la seva capacitat sensorial i la seva capacitat d'expressió emocional no es veuen afectades. Per tant, podem ajudar-los tenint cura de les seves necessitats físiques i prestant atenció a les seves necessitats emocionals.

En segon lloc, la pèrdua de memòria dels pacients amb malaltia d'Alzheimer es pot pal·liar formant i millorant l'atenció. Per exemple, els pacients poden exercitar el cervell i millorar la seva memòria llegint llibres i participant en activitats o jocs musicals. A més, si els familiars i les comunitats poden oferir suport i ajuda als pacients, l'efecte d'aquestes activitats pot ser més important.

Finalment, hem d'animar la societat a prestar més atenció i comprensió als pacients amb la malaltia d'Alzheimer. Els pacients necessiten la nostra companyia i suport, no només confiar en la memòria. Només quan l'entorn social està ple d'amor i cura es pot tractar i gestionar millor l'estat del pacient.

En definitiva, la relació entre la malaltia d'Alzheimer i la memòria és molt complicada, però hem d'ajudar activament els pacients, millorar la seva qualitat de vida i animar la societat a prestar atenció i a entendre la seva situació. Espero que cadascú de nosaltres pugui crear una societat millor i més harmoniosa en el futur. Es pot veure que hem de millorar la memòria, i Cistanche pot millorar significativament la memòria perquè també pot regular l'equilibri de neurotransmissors, com l'augment del nivell d'acetilcolina i factors de creixement, que són molt importants per a la memòria i l'aprenentatge. A més, Cistanche també pot millorar el flux sanguini i promoure el lliurament d'oxigen, cosa que pot garantir que el cervell obtingui suficient nutrició i energia, millorant així la vitalitat i la resistència del cervell.

Feu clic a Saber per millorar la funció cognitiva

L'exercici de la cinta de córrer pot millorar la plasticitat sinàptica en models de ratolí o rates d'ictus, isquèmia i demència. Aquest estudi tenia com a objectiu examinar els efectes de l'exercici de la cinta sobre l'aprenentatge i la memòria, i la plasticitat estructuralsinàptica en ratolins 3 × Tg-AD, un model de ratolí d'AD.

Aquí, mostrem que 12 setmanes d'exercici de caminadora començant en ratolins de tres mesos milloren la memòria de treball espacial en ratolins 3 × Tg-AD de sis mesos, mentre que els ratolins 3 × Tg-AD de sis mesos que no feien exercici presentaven deteriorament. memòria de treball espacial.

Per investigar els mecanismes potencials per a la millora de l'aprenentatge espacial i la memòria induïda per l'exercici de la cinta, es va examinar la plasticitat sinàptica estructural a l'hipocamp i l'escorça prefrontal de ratolins 3 × Tg-AD de sis mesos que havien patit 12 setmanes d'exercici en cinta.

Vam trobar que l'exercici de la cinta de córrer va provocar un augment del nombre de sinapsis, els paràmetres estructurals sinàptics, l'expressió de la sinaptofisina (Syn, un marcador presinàptic), la longitud de l'axó, la complexitat dendrítica i el nombre d'espines dendrítiques en ratolins 3 × Tg-AD i es va restaurar. aquests paràmetres a nivells similars de ratolins de control no Tg sense exercici de caminadora. A més, l'exercici de la cinta de córrer també va millorar aquests paràmetres en ratolins de control no Tg.

L'enfortiment de la plasticitat sinàptica estructural pot representar un mecanisme potencial pel qual l'exercici de la cinta de córrer evita una disminució de l'aprenentatge espacial i la pèrdua de memòria i sinapsis en ratolins 3 × Tg-AD.

Paraules clau: exercici; memòria; sinàptic; espines dendrítiques; plasticitat sinàptica estructural; ratolins 3 × Tg-AD.

1. Introducció

La malaltia d'Alzheimer (MA) és una malaltia neurodegenerativa progressiva que sovint es caracteritza per un deteriorament de la memòria i un deteriorament cognitiu [1]. La dificultat per recordar la informació recent apresa, o la pèrdua de memòria a curt termini, és un símptoma primerenc de l'AD [2].

A mesura que la malaltia avança, els pacients amb AD experimenten una pèrdua de memòria a llarg termini, la qual cosa afecta greument la qualitat de vida. La patologia de la MA es caracteritza per l'acumulació de plaques amiloides (A) i embolics neurofibril·lars tau a l'hipocamp i l'escorça prefrontal (PFC), ambdues estructures clau en l'aprenentatge i la memòria [3–6].

Estudis anteriors suggereixen que A i tau poden perjudicar la memòria alterant la plasticitat sinàptica a l'hipocamp i l'escorça prefrontal [7,8].

Aquesta plasticitat sinàptica inclou canvis depenents de l'activitat en l'eficàcia i la remodelació sinàptica, el brot axonal i la remodelació dendrítica i la dinàmica de la columna dendrítica.

En estudis amb animals, els oligòmers A solubles a concentracions nanomolars, extrets directament de l'escorça cerebral dels pacients amb AD típics o generats a partir de pèptids sintètics, van interrompre la memòria d'un comportament après inhibint potentment la potenciació a llarg termini (LTP), millorant la depressió a llarg termini. (LTD), reduint la densitat de la columna dendrítica de l'hipocamp [9-11].

Mentrestant, s'ha demostrat que l'aprenentatge espacial i el deteriorament de la memòria són causats per una disfunció sinàptica tant pacients inhumans com diferents models de ratolins transgènics d'AD, per exemple, AppNL-GF [12,13], Tg2576 [14], APP/PS1 [15], 5 × FAD [16] i 3 × Tg-AD [17].

La funció sinàptica reduïda es va observar sovint en ratolins joves abans del desenvolupament de la placa, cosa que indicava que els oligòmers A desencadenen dèficits sinàptics abans de la formació de la placa [18]. Mentrestant, els estudis que utilitzen la tomografia computada (TC) i la ressonància magnètica (MRI) mostren que l'escorça hipocampal i prefrontal de les persones amb malaltia d'Alzheimer es redueixen dràsticament a mesura que avança la malaltia [19,20].

La MA és cada vegada més freqüent a tot el món, i encara no hi ha tractaments disponibles que puguin curar o frenar la progressió d'aquesta malaltia. L'evidència acumulada suggereix que l'exercici físic disminueix la càrrega d'amiloide millora la plasticitat sinàptica i els dèficits d'aprenentatge i memòria en models de rosegadors d'AD i retarda el progrés dels canvis patològics. al cervell [21–28].

L'exercici físic pot actuar mitjançant diversos mecanismes en diferents models experimentals. L'exercici aeròbic pot augmentar el flux sanguini cerebral, millorar la utilització d'oxigen i regular l'expressió de factors de creixement que promouen la plasticitat sinàptica i la neurogènesi i pot exercir un efecte beneficiós directe sobre la funció cerebral [29-31].

Els mecanismes implicats inclouen la regulació de l'expressió gènica d'objectius moleculars associats amb l'aprenentatge i la memòria, la plasticitat sinàptica i la supervivència neuronal [30].

A més, l'exercici aeròbic podria millorar els dèficits d'aprenentatge i memòria revertint la pèrdua de sinapsi a l'hipocamp i l'escorça en rates envellides, un model de rata de demència vascular i un model d'oclusió/reperfusió de l'artèria cerebral mitjana (MCAO/R) [31–33].

El present estudi examinarà els efectes de 12 setmanes d'exercici en cinta de córrer sobre l'aprenentatge espacial i la memòria mitjançant un laberint radial de vuit braços en ratolins 3 × Tg-AD de sis mesos.

A continuació, s'investiguen els mecanismes potencials implicats. Se sap que l'hipocamp i l'escorça prefrontal són regions crítiques del cervell per a l'aprenentatge espacial i la memòria [34].

Es creu que la plasticitat sinàptica dins de l'hipocamp i l'escorça prefrontal és la base cel·lular de l'aprenentatge i la memòria, que depèn de l'enfortiment de les connexions sinàptiques [35].

Estudis anteriors han descobert que la zona activa sinàptica més gran és més eficaç per excitar les neurones postsinàptiques i l'escurçament de la zona activa pot reflectir una condició de deteriorament de l'eficiència de la transmissió sinàptica [36].

El neurotransmissor es difon per l'escletxa sinàptica i s'uneix a les proteïnes receptores de la membrana de la neurona postsinàptica, fent que els canals iònics de la membrana postsinàptica s'obrin o tanquin.

L'escurçament òptim de l'extensió de l'esquerda sinàptica i l'engrossiment de la densitat postsinàptica (PSD) poden millorar l'eficiència de la transmissió sinàptica [37-39]. A més, les espines axones, dendrítiques i dendrítiques constitueixen la base estructural de la plasticitat sinàptica estructural.

En el present estudi, vam determinar si 12 setmanes de pretractament de l'exercici de la cinta de córrer van alterar el deteriorament induït per A en la plasticitat sinàptica estructural a l'hipocamp i l'escorça prefrontal en ratolins 3 × Tg-AD de sis mesos.

Vam trobar que 12 setmanes d'exercici de la cinta de córrer van prevenir la disminució de l'aprenentatge espacial i la memòria en ratolins 3 × Tg-AD de sis mesos i que l'exercici de la cinta va conduir a una plasticitat sinàptica estructural millorada augmentant el nombre de sinapsis i els paràmetres estructurals sinàptics, l'expressió de la sinaptofisina (Syn). ), la longitud de l'axó, la complexitat dendrítica i el nombre de la columna dendrítica. Aquests mecanismes poden ser la base de la millora de l'aprenentatge i la memòria induïda per l'exercici de la cinta.

2. Materials i Mètodes

2.1. Animals

Els ratolins mascles de malaltia d'Alzheimer triple transgènic (3 × Tg-AD) (que contenen els transgens PS1M146Vknockin, APPswe i TauP301L) es van adquirir de The Jackson Laboratory. Es van utilitzar ratolins mascles C57BL/6J coincidents amb l'edat com a no transgènics (no Tg) controls.

L'estudi es va realitzar en ratolins de 3-mesos de 3 × Tg-AD (n=20) i no Tg (n=20). A tots els animals se'ls va donar accés ad libitum a menjar i aigua en una habitació mantinguda a temperatura controlada (23 ± 1 ◦ C) i humitat (40-60%), amb un cicle de llum-foscor de 12 h.

Els ratolins es van manipular diàriament durant 3-6 dies abans dels experiments de comportament. Tot el manteniment i l'ús d'animals es va fer mitjançant protocols aprovats pel comitè d'ètica de la Beijing SportUniversity (2015015).

2.2. Protocol d'exercicis en cinta de córrer

Als 3 mesos d'edat, els ratolins es van assignar aleatòriament en quatre grups (n=10 cadascun): grup de control sense Tg, grup d'exercicis sense Tg, grup de control 3 × Tg-AD i 3 × grup d'exercicis Tg-AD .

Tots els ratolins exercits es van permetre adaptar-se a la cinta de córrer durant 30 minuts 3 dies consecutius (primer dia a 5 m/min; segon i tercer dia a 10 m/min).

Aleshores, aquests ratolins van ser sotmesos a un protocol d'exercici en cinta a una velocitat de 12 m/min en un pendent 0◦ durant 10 min, després a 15 m/min durant 50 min. En total, els ratolins van ser entrenats durant 1 hora al dia, 5 dies a la setmana, durant un total de 12 setmanes.

Segons la nostra prova d'una cinta de correr tancada d'un sol carril connectada a un sistema de monitoratge integral d'animals de laboratori/Oxymax, aquest protocol d'entrenament de llarga durada manté la intensitat de l'exercici entre el 50% i el 65% del VO2max.

Els ratolins dels grups de control no Tg i 3 × Tg-AD es van deixar a la cinta de córrer, sense córrer, durant el mateix període que els grups d'exercici. Primer vam realitzar la prova del laberint de vuit braços per a tots els ratolins (10 ratolins a cada grup, 6 mesos d'edat).

A continuació, vam examinar les anomalies histològiques mitjançant tinció de Golgi (3 ratolins a cada grup), Western blot (3 ratolins a cada grup) i microscòpia electrònica (4 ratolins a cada grup) (figura 1A).

Figura 1. L'exercici de la cinta de córrer evita la disminució de l'aprenentatge espacial i la memòria en ratolins 3×Tg-AD. (A) Cronologia de l'exercici de la cinta o control sense exercici, prova de comportament i prova histològica. (B)

El percentatge d'errors de memòria de treball el dia 5 i el dia 6 va augmentar significativament en el ratolí 3 × Tg-AD en comparació amb el grup de control sense Tg (B; ** p < 0.01, n=10 ratolins).

L'augment del percentatge d'errors de memòria de treball es va evitar amb els pretractaments de l'exercici de la cinta (B; ## p <{{0}}.01,n=10 ratolins). (C) No hi va haver efectes significatius sobre el percentatge d'errors de memòria de referència entre el control No-Tg, l'exercici No-Tg, el control 3 × Tg-AD i els ratolins d'exercici 3 × Tg-AD (C; p> 0, 05, n {{{ 11}} ratolins).

2.3. Prova de laberint radial de vuit braços

El laberint radial de vuit braços constava d'una plataforma central amb un diàmetre de 18 cm i vuit braços que s'estenia des de la plataforma central, cadascun de 30 cm de llarg, 7 cm d'ample i 15 cm d'alçada, amb una distància angular igual entre els braços adjacents. El laberint radial de vuit braços estava pintat de blau.

L'extrem de cada braç sostenia una tassa de menjar de 3 cm de diàmetre i 1 cm de profunditat. Una porta estava situada entre cada braç i el centre del laberint. Una càmera de vídeo situada a sobre del laberint estava connectada a un ordinador per gravar el moviment dels animals.

El laberint es va elevar 35 cm per sobre del nivell del terra en una habitació poc il·luminada amb diversos senyals extra-laberints. Tot el procés experimental va utilitzar la xocolata com a aliment. Les dades es van analitzar amb el programari d'anàlisi de vídeo etologia (JLBehv-8ARMM, ShanghaiJiliang Company, Xangai, Xina).

Per millorar la motivació per a la xocolata al protocol del laberint radial, els ratolins van ser restringits durant una setmana addicional per assolir el 80-85% del pes corporal original i es van mantenir en aquestes condicions durant tot l'estudi.

La tasca del laberint radial es va dividir en sessions d'adaptació i adquisició. Durant els dos dies consecutius de la sessió d'adaptació, cada ratolí es va col·locar a la plataforma central de sortida.

Després d'10 s, es van obrir totes les portes i el ratolí es va permetre explorar i consumir aliments (0,08 g de xocolata) a cada braç del laberint durant 10 minuts. La sessió d'adquisició va consistir en una prova realitzada un cop al dia durant 10 dies consecutius.

Quatre dels braços (1, 3, 5 i 7) van ser esquers amb recompenses de xocolata. Els ratolins es van col·locar al centre del laberint i, després de 10 segons, es van obrir totes les portes. Les activitats dels ratolins es van registrar automàticament i després analitzar-les mitjançant un sistema de seguiment de vídeo.

Es va comptar una entrada de braç quan les quatre potes del ratolí van creuar l'inici del braç. La prova va continuar fins que el ratolí va entrar als quatre braços amb esquer. Al final de la prova, el ratolí va ser retornat a la gàbia de casa.

L'entrada en un braç no esquer es considerava un error de memòria de referència i una reentrada en un braç esquer visitat prèviament es considerava un error de memòria de treball.

En la tabulació del rendiment, el percentatge d'errors de memòria de treball (memòria a curt termini) es va definir com qualsevol entrada repetida entre les entrades totals, i el percentatge d'errors de memòria de referència (memòria a llarg termini) com el percentatge d'entrades en un braç sense esquer i aquelles sense consum de esquer en entrar en braços amb esquer del total d'entrades [40, 41].

2.4. Tinció de Golgi

Per a la quantificació dels canvis morfològics, l'hipocamp i el còrtex prefrontal es van tacar amb un kit de tinció de Golgi (FD Rapid Golgi Stain Kit PK-401, FD NeuroTechnologies, Columbia, MD, EUA) seguint les instruccions del fabricant.

En resum, es van extreure els cervells i es van col·locar en pots que contenien 20 ml de solució de Golgi-Cox durant 17 dies a la foscor abans de tallar-los en rodanxes de 60 µm amb un criostat (Leica, Nussloch, Alemanya).

Les seccions es van incubar a la solució de tinció durant 10 min, es van deshidratar en una sèrie ascendent d'etanol (50%, 70%, 95% i 100%) i es van netejar en xileno dues vegades. Finalment, les diapositives van ser cobertes amb Permount.

Les cèl·lules piramidals de la regió CA1 de l'hipocamp o la capa V de l'escorça prefrontal es van dibuixar mitjançant el microscopi amb un augment de 200 × i 1000 ×.

Les neurones es seleccionaven si no estaven enfosquides (per la vasculatura, les cèl·lules glials o altres neurones) i semblaven estar completament tacades i intactes dins de la secció.

La longitud de l'axó es va mesurar traçant manualment una neurita des del límit del soma fins a la punta de l'axó [42]. La morfologia dendrítica es va avaluar mitjançant l'anàlisi de Sholl.

Es va centrar una quadrícula transparent amb anells concèntrics equidistants (10 µm) sobre els traços de l'arbre dendrític. El nombre d'interseccions d'anells es va utilitzar per estimar la longitud dendrítica total i la dendritacarborització [43–45].

Finalment, vam recollir 9-13 seccions a l'hipocamp CA1 i a l'escorça prefrontal de la capa V de 3 ratolins de cada grup d'experiment. Per calcular el nombre de la columna vertebral, es va traçar la longitud de la dendrita (almenys superior o igual a 10 µm de llarg, dendrites de segon oder) (a 1000 ×). Es va calcular la longitud exacta de cada branca dendrítica i es va comptar el nombre d'espines al llarg de la longitud (per obtenir espines/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]. 

Les espines es consideren primes si la longitud és més gran que el diàmetre del coll i els diàmetres del cap i el coll són similars. Les espines es classifiquen com a bolets si el diàmetre del cap és més gran que el diàmetre del coll. Les espines es consideren tossudes si la longitud i l'amplada són iguals.

For more information:1950477648nn@gmail.com