היתרונות הנוירו-פרוטקטיביים של פעילות גופנית ומיטוק על תפקוד זיכרון, דינמיקה מיטוכונדריה, מתח חמצוני ודלקת עצבית בחולדות מזדקנות הנגרמות על ידי D-גלקטוז חלק 1

תַקצִיר:

לפעילות גופנית ולנוגדי חמצון יש יתרונות בריאותיים המשפרים את הפגיעה הקוגניטיבית ועשויים לפעול בצורה סינרגטית. במחקר זה, בדקנו את ההשפעות של פעילות גופנית בהליכון (TE) ונוגדי חמצון ממוקדי מיטוכונדריה (MitoQ), בנפרד או בשילוב, על למידה וזיכרון, דינמיקה מיטוכונדריה, פעילות אוקסידאז של NADPH ופעילות נוירו-דלקת ונוגדי חמצון בהיפוקמפוס של D- חולדות מזדקנות הנגרמות על ידי גלקטוז.

נוגדי חמצון הם חומרים הנלחמים ברדיקלים חופשיים. הם עוזרים לגוף למנוע חמצון תאים. חמצון תאים עלול להוביל למחלות שונות, כולל מחלת אלצהיימר.

ככל שהמגמה של הזדקנות האוכלוסייה מתעצמת, יותר ויותר אנשים התעניינו בדרכים להילחם במחלת האלצהיימר. מחקר רפואי מודרני מצא שנוגדי חמצון יכולים לעזור לאנשים לשמור על זיכרון טוב.

מחקרים הראו שצריכה קבועה של מזונות המכילים נוגדי חמצון, כמו תותים, אוכמניות, שמן זית ועוד, יכולה להפחית ביעילות את הסיכון למחלת אלצהיימר. יחד עם זאת, ניתן לשפר את מערכת נוגדי החמצון של הגוף באמצעות פעילות גופנית נכונה, חיים קבועים ותזונה מאוזנת, שיכולה גם להגן ביעילות על המוח שלנו.

בנוסף לסיוע בשמירה על הזיכרון, לנוגדי חמצון יש יתרונות רבים נוספים. לדוגמה, הם יכולים לשפר את מצב העור, להפחית את הסיכון למחלות לב וכלי דם, וכן הלאה. לכן, צריכה נכונה של מזונות המכילים נוגדי חמצון ושמירה על אורח חיים בריא מועילה לגוף ולמוח שלנו.

בקיצור, נוגדי חמצון בלתי נפרדים מהזיכרון. על ידי שימת לב לתזונה ולאורח החיים שלנו, נוכל למנוע ביעילות את מחלת האלצהיימר תוך שמירה על בריאות גופנית ונפשית טובה. ניתן לראות שאנו צריכים לשפר את הזיכרון, ו-Cistanche יכולה לשפר משמעותית את הזיכרון מכיוון שהיא יכולה גם לווסת את איזון הנוירוטרנסמיטורים, כמו הגברת רמת האצטילכולין וגורמי גדילה, החשובים מאוד לזיכרון וללמידה. בנוסף, Cistanche יכול גם לשפר את זרימת הדם ולקדם את אספקת החמצן, מה שיכול להבטיח שהמוח מקבל מספיק תזונה ואנרגיה, ובכך לשפר את החיוניות והסיבולת של המוח.

לחץ על יודע תוספי מזון כדי להגביר את הזיכרון

TE לבד ו-TE בשילוב עם חולדות המזדקנות MitoQ הפחיתו את גורמי הביקוע של המיטוכונדריה (Drp1, Fis1) והגדילו את גורמי היתוך המיטוכונדריאליים (Mfn1, Mfn2, Opa1).

קבוצות אלו הראו גם פעילות משופרת של NADPH אוקסידאז ופעילות נוגדת חמצון (SOD-2, catalase). TE או MitoQ לבדם הפחיתו תגובה נוירו-דלקתית (COX-2, TNF-), אך הדיכוי היה גדול יותר עם השילוב שלהם.

בנוסף, דלקת עצבית מוגברת בהזדקנות ב-Dentate gyrus ירדה ב-TE אך לא בטיפול ב- MitoQ.

מבחני למידה וזיכרון הראו כי להיפך, MitoQ לבדה הדגימה כמה השפעות דומות ל-TE אך לא שיפור מוחלט.

לסיכום, מחקר זה הראה כי MitoQ הפעיל כמה השפעות חיוביות על ההזדקנות כאשר נעשה בו שימוש כטיפול מבודד, אך ל-TE היה תפקיד יעיל יותר בהפרעות קוגניטיביות, מתח חמצוני, דלקת והפרעות בתפקוד המיטוכונדריה.

הממצאים שלנו מצביעים על כך שהשילוב של TE ו- MitoQ לא הפעיל השפעות סינרגטיות והצביע על כך שפעילות גופנית קבועה צריכה להיות בראש סדר העדיפויות בהגנה עצבית של ירידה קוגניטיבית הקשורה לגיל.

מילות מפתח: הזדקנות; תרגיל הליכון; MitoQ; NADPH אוקסידאז; דינמיקה מיטוכונדריה; דלקת עצבית.

1. הקדמה

הזדקנות היא תהליך בלתי נמנע של ירידה פיזית ותפקודית, כולל ירידה הדרגתית ביכולת הקוגניטיבית, כגון זיכרון מופחת ויכולת מרחבית [1].

שינויים הקשורים לגיל במוח מגבירים את הפגיעות למחלות שונות ובסופו של דבר מביאים לאיכות חיים נמוכה יותר. הזדקנות מוצלחת מתייחסת בדרך כלל להיעדר מחלה או פגיעה, שימור התפקוד הפיזי והקוגניטיבי והמשך השתתפות בפעילויות חברתיות ופרודוקטיביות [2]. שמירה על כבודו ועל ערכו כאדם היא חיונית, גם במהלך תהליך ההזדקנות.

בין כמה שינויים באורח החיים שזוהו למניעת ירידה קוגניטיבית עם הזדקנות, תשומת הלב האחרונה הופנתה לטיפול לא תרופתי, כגון פעילות גופנית ותוספי תזונה, עקב היעדר השפעות תרופתיות והעלייה בעלות הרפואה הקונבנציונלית. ואכן, שילוב של פעילות גופנית ותזונה עם תוספת נוגדי חמצון, כגון אפיקטצ'ין ואסטקסנטין, הוכח כגורם להשפעות סינרגיות על התפקוד התלוי בהיפוקמפוס [3,4].

לעומת זאת, מספר מחקרים גילו שפעילות גופנית לבדה, אך לא בשילוב עם שינויים תזונתיים, משפרת את תפקודי הלמידה והזיכרון [5,6], ומעלה את השאלה האם התערבות משולבת יכולה להשפיע יותר על התפקוד הקוגניטיבי מאשר פעילות גופנית בלבד.

למרות שהמנגנונים האפשריים העומדים בבסיס פעילות גופנית ו/או טיפול נוגדי חמצון בתפקוד ההיפוקמפוס כוללים פלסטיות נוירונית ורמות מולקולריות הקשורות לה עם גורמים נוירוטרופיים [4,7], מנגנונים, כגון דינמיקה מיטוכונדריה ומערכת נוירו-אימונית, אינם מובנים במלואם.

מיטוכונדריה הם אברונים תוך תאיים דינאמיים האחראים לחמצון ביולוגי ברוב התאים האוקריוטיים, שהדינמיקה שלהם מווסתת על ידי תהליכים חוזרים ונשנים של היתוך (התארכות המיטוכונדריה) וביקוע (פיצול של המיטוכונדריה) [8,9].

מספר חלבונים הקשורים לאיחוי ולביקוע מעורבים בדינמיקה של המיטוכונדריה, החיוניים לשמירה על תפקוד מיטוכונדריה תקין [10,11].

עם זאת, ביטוי לא סדיר של החלבונים יכול להוביל לשינויים חריגים במיטוכונדריה. בפרט, הפרעה בתפקוד המיטוכונדריאלי היא תכונה של הזדקנות [12], ודלקת מתמשכת, סטרס חמצוני והפרעה בתפקוד המיטוכונדריאלי תורמים להפחתת תפקוד המוח על ידי האצת הזדקנות המוח [13,14].

בנוסף, ההזדקנות מלווה ברמת דלקת כרונית נמוכה במערכת החיסון ובמערכת העצבים המרכזית (CNS), אשר ידועה כתורמת למחלות רבות הקשורות לגיל [15,16].

דלקת עצבית במערכת העצבים המרכזית מתקדמת כאשר תאי גליה, כגון מיקרוגליה ואסטרוציטים, מופעלים באופן מתמשך בתגובה ללחץ חמצוני [17].

מיני חמצן תגובתיים (ROS) נוצרים על ידי NADPH אוקסידאז (NOX), שהוא קומפלקס אנזים הקשור לממברנה. ישנם מספר תתי סוגים של NOX, ביניהם NOX2 מתבטא בסוגי תאים שונים, כולל נוירונים ותאי אנדותל, ומתבטא ברמות גבוהות בתאי מיקרוגליה המעורבים בתגובה החיסונית ובדלקת [18-20].

NOX2 כולל גם תת-יחידות ממברנות (gp91phox, p22phox) וגם ציטוסוליות (p47phox, p67phox). רמות גבוהות של ROS עקב פעילות NOX מעודדות דלקת, מפעילים תאי גליה, אשר בתורם מגבירים עוד יותר את הפרשת ציטוקינים פרו-דלקתיים, עקה חמצונית ופציעה של רדיקלים חופשיים, מה שמוביל בסופו של דבר למוות של תאי טונורונלי [21-23].

הזדקנות המוח ממלאת תפקיד חשוב בהפרעות קוגניטיביות והיא קשורה קשר הדוק להפרעות עצב ניווניות. למרות שאי אפשר למנוע את הירידה הכללית בתפקוד המוח המתרחש במהלך ההזדקנות הטבעית, פעילות גופנית וצריכת נוגדי חמצון שימושיים כשיטות לא פולשניות לשמירה על תפקוד המוח, במיוחד תפקוד קוגניטיבי.

בפרט, על פי הדיווחים, פעילות גופנית משפרת את הפרעות בתפקוד המוח על ידי קידום נוירופלסטיות, שיפור היעילות המטבולית והגברת הסבילות ללחץ חמצוני [24,25].

עם זאת, המנגנונים המולקולריים האחראים לשיפור התפקוד הקוגניטיבי או מניעת דעיכתו נותרו לא ידועים. במונחים של נוגדי חמצון, ידוע שהנוגד חמצון ממוקד המיטוכונדריאלי mitoquinone (MitoQ) חוצה את הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה ומצטבר בתוך המיטוכונדריה, בניגוד לנוגדי חמצון אחרים, כדי להפחית את רמות ROS שנוצרות במיטוכונדריה באופן ישיר [26].

למרות שנערכו מעט מחקרים על MitoQ, דוחות שונים מתארים את השפעותיו נוגדות החמצון. מחקרים של Gioscia-Ryan et al. [27] ו-Rosman et al. [28] הוכיח כי MitoQ הפחית את רמות ROS והגדיל את ייצור NO במיטוכונדריה של כלי דם מיושנים.

Vergeadeet al. [29] ו-Brakhuis et al. [30] דיווח כי MitoQ שמרה על פעילותם של אנזימים נוגדי חמצון, כגון SOD-2, קטלאז ו-GPx, במהלך תהליך ההזדקנות.

בנוגע ליצירת מוח, יש צורך במחקר נוסף כדי להבהיר את המנגנונים המולקולריים האחראים להשפעות החיוביות של פעילות גופנית ושל MitoQ על ירידה בתפקוד המוח.

עד כה, מחקר הזדקנות באמצעות מספר מודלים של בעלי חיים חקר את המנגנונים הבסיסיים של הזדקנות המוח. בפרט, מתן D-galactose (D-gal) גורם לפי הדיווחים להזדקנות בבעלי חיים הדומה להזדקנות אנושית, כולל אובדן זיכרון, ניוון נוירו-דגנרציה, שינויים בסמנים ביוכימיים של עקה חמצונית, ירידה בפעילות החיסונית וויסות לא תקין של ביטוי גנים [31].

מכרסמים שקיבלו D-gal מראים ירידה הדרגתית בלמידה ובזיכרון, ייצור מוגבר של רדיקלים חופשיים במוח, פגיעה בהומאוסטזיס של סידן ותפקוד לקוי של המיטוכונדריה [32,33], ובכך מספקים מודל של הזדקנות המוח של בעלי חיים [34].

לכן, באמצעות מודל החולדות ההזדקנות המושרה על ידי D-גלקטוז, חקרנו את ההשפעות של פעילות גופנית בהליכון (TE) ו-MitoQ, כטיפולים עצמאיים או משולבים, על ביקוע ומיזוג מיטוכונדריה, דלקת ופעילות נוגדת חמצון, כמו גם קוגניציה תלויה בהיפוקמפוס.

שיערנו ש8-תרגיל שבועי בשילוב הליכון ו-MitoQ בחולדות שטופלו ב-D-גלקטוז ישפר באופן תוסף או סינרגטי את הירידה בתפקוד הלמידה והזיכרון ויגרום לשינויים מועילים ברמות החלבונים המעורבים בהגנה עצבית בהיפוקמפוס.

2. חומרים ושיטות

2.1. חיות ניסוי

חולדות Sprague-Dawley (SD) זכר בני שישה שבועות התקבלו מ-JA Bio (Gyeonggi-do, קוריאה). החולדות גודלו במעבדת בעלי חיים של אוניברסיטת קוריאה הלאומית לספורט (22 ± 2◦C, 50% ± 5% לחות ומחזור אור/חושך של 12/12 שעות).

מזון ומי שתייה סופקו באופן חופשי. החולדות חולקו ל-5 קבוצות: קבוצת ביקורת צעירה (Y-CON, n=12), קבוצת D-galactose (D-CON, n=12), קבוצת D-galactose פלוס TE (D- TE,n=12), D-galactose plus MitoQ group (D-MI, n=12), ו-D-galactose plus TE ו- MitoQgroup (D-COMBI, n=12). חולדות הורדמו לאחר השלמת 8 שבועות של בדיקות TE והתנהגות זיכרון על ידי שאיפת CO2 באמצעות תא המתת חסד.

פרוטוקול המחקר קיבל אישור מהוועדה המוסדית לטיפול בבעלי חיים של אוניברסיטת קוריאה הלאומית לספורט (KNSU-IACUC-2018-05).

2.2. מנהל התרופות

השיטה שתוארה על ידי Lei et al. [31] הופעל כדי לגרום להזדקנות של חיות הניסוי. באופן ספציפי, D-gal (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, ארה"ב) הומס בתמיסת מלח רגילה, ומינון של 100 מ"ג/ק"ג ניתנה בהזרקה תוך צפקית (IP) פעם בשבוע במשך 10 שבועות.

שיטת ההאכלה שהוצעה על ידי סמית' ומרפי [26] הותאמה למתן MitoQ בניסוי זה.

MitoQ מעורבב עם מי מלח סטרילי לדילול סופי של 0.1 mM/mL. חולדות מזדקנות הנגרמות על-ידי D-גלקטוז הוזרקו תוך צפק עם 100 מיקרומטר/ק"ג MitoQ (פעמיים בשבוע) למשך 8 שבועות.

2.3. תרגיל הליכון (TE)

קבוצות ה-D-TE וה-D-COMBI הועברו לתוכנית אימוני העמסה מתקדמת באמצעות הליכון מכרסמים (8 נתיבים, Daemyung Scientific Co, Ltd., סיאול, קוריאה).

החיות ביצעו לראשונה אימון התאקלמות במשך שבוע אחד (2 מ' לדקה ב-5 הדקות הראשונות, 5 מ' לדקה ב-5 הדקות הבאות, ו-8 מ' לדקה ב-20 הדקות האחרונות).

תוכנית האימונים העיקרית בוצעה 5 ימים בשבוע במהלך 8 השבועות הבאים. תוכנית זו תוכננה כדלקמן, בנוגע לתוכנית האימונים המתקדמת שהוצעה על ידי Hong et al. [35]:10–12 מ"ד לדקה למשך 10 דקות בשבוע 1; 10-12 מ' לדקה למשך 20 דקות בשבוע 2; 18-20 מ' לדקה למשך 20 דקות בשבוע 3; 18-20 מ' לדקה למשך 30 דקות בשבוע 4; ו-18-20 מ' לדקה למשך 50 דקות בשבועות 5-8. השיפוע של ההליכון נקבע ל-0%.

2.4. משימת הימנעות פסיבית

משימת ההימנעות הפסיבית היא מבחן מניע פחד המשמש למדידת יכולת זיכרון העבודה של חיות מעבדה קטנות. במחקר הנוכחי, משימת ההימנעות הפסיבית בוצעה 3 ימים לפני סיום תוכנית ה-TE.

המתקן למשימת ההימנעות הפסיבית כלל שני תאים: החדר הקדמי היה קופסה לבנה מוארת היטב (18 × 18 × 25 ס"מ), מחוברת לתא האחורי, שהיה קופסה שחורה כהה (18 × 18 × 25). cm3).

לתא האחורי הייתה רצפת נירוסטה המסוגלת לספק זעזועים חשמליים. בקיר בין שני החדרים הייתה דלת בסגנון גיליוטינה שניתן היה לפתוח ולסגור.

משך הזמן שלוקח לבעל החיים להיכנס לתא האחורי דרך החדר הקדמי נמדד (זמן חביון ראשוני), ולאחר מכן נגרם שוק חשמלי (0.5 mA) למשך 2 שניות.

החיה הוצאה לאחר 5 שניות והוחזרה לכלוב הגידול שלה. המשימה חזרה על עצמה כעבור 72 שעות בשיטה זהה, והזמן של החיה להיכנס לחדר האחורי לתא הקדמי נרשם (זמן חביון שמירה) עד למקסימום של 300 שניות.

2.5. מבחן מבוך המים של מוריס

מבחן מבוך המים של מוריס משמש להערכת הלמידה המרחבית והזיכרון של מכרסמים. הבדיקה בוצעה בחדר עם טמפרטורה מבוקרת (21-23 ◦C), לחות (50-60%) ותאורה באמצעות מיכל מים עגול (קוטר 120 ס"מ × גובה 15 ס"מ) מלא במים (20-24 ◦C ).

למים נוספה אבקת חלב רזה כדי לטשטש את פלטפורמת המילוט (קוטר 10 ס"מ), שהונחה על רצפת המיכל כ-1 ס"מ מתחת לפני המים.

המרחק שעברה בעל החיים לפני שהגיע לפלטפורמה (מרחק מילוט) והזמן שנדרש להגיע לפלטפורמה (זמן חביון בריחה) נמדדו לפני ואחרי תוכנית TE באמצעות תוכנת מעקב וידאו EthoVision XT8 (Noldus, Wageningen, הולנד) ומצלמה מותקן על התקרה מעל מרכז המיכל. מיכל המים חולק לרבעים שסומנו באזורים 1-4, והפלטפורמה הוקמה באזור 1.

עבור כל קבוצת טיפול, בדיקת מבוך המים בוצעה 5 ימים בשבוע. החולדה תמיד התחילה באותה עמדה והורשה לשני 60-נסיונות תרגול לנסות להגיע לרציף, שתמיד היה באותו מיקום.

לאחר 48 שעות מנוחה, הרציף הוסר ביום השביעי; מרחק בריחה וזמן חביון בריחה נמדדו למשך 60 שניות כאשר החולדה התחילה באותה עמדה.

For more information:1950477648nn@gmail.com