CC BY
16
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив, серия Г. Медицина, фармация и дентална медицина t.XVI. ISSN 1311-9427. Научна сесия „Медицина и дентална медицина", 31 Октомври - 1 Ноември 2014. Scientific researches of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series G. Medicine, Pharmacy and Dental medicine, Vol.XVI, ISSN 1311-9427 Medicine and Stomatology Session, 31. October- 1. November 2014.
АЕРОБНАТА ТРЕНИРОВКА ПОДОБРЯВА ПРОЦЕСИТЕ НА
АКТИВНО ОБУЧЕНИЕ И ПАМЕТ ПРИ ПЛЪХОВЕ К. Георгиева1, М. Шишманова-Досева2, Д. Терзиева3, Л. Пейчев2, А. Янулакус4, И. Петкова5 1Катедра по Физиология, 2Катедра по Фармакология и лекарствена токсикология, 3Клинична лаборатория, 4Студент по медицина,
5Студент по фармация; Медицински университет-Пловдив
AEROBIC TRAINING IMPROVES ACTIVE LEARNING ABILITIES AND MEMORY IN RATS K. Georgieva1, M. Shishmanova-Doseva2, D. Terzieva3, L. Peychev2, 4A. Giannoulakos, 5I. Petkova department of Physiology; 2Department of Pharmacology and Drug Toxicology; 3Clinical laboratory; 4Medicine student; 5Pharmacy student
Medical university-Plovdiv
Abstract
Introduction: In the last decade experimental and clinical studies show the positive effect of aerobic training on cognitive function. Endurance training enhances brain health, learning and memory. The mode of action of this effect is not fully understood, but it has been proposed that exercise increases brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in the hippocampus, an area involved in learning and memory formation. Purpose: The present study was undertaken to determine the effect of endurance training on active learning abilities and memory, as well as on the serum concentration of BDNF in rats. Materials and methods: Male Wistar rats were divided into 2 groups. One group was trained on a treadmill while the other group was sedentary (control group). After 4 wk aerobic training all rats were subjected to the test for active learning abilities (Shuttle box). Results: Trained rats increased the number of active avoidances during all days of the learning session as well as on the memory retention test in comparison with the control group (P<0.05). Trained rats decreased the number of passive avoidances during learning and memory test versus control group (P<0.05). There is no difference in the serum concentration of BDNF between the two groups (P>0.05). Conclusion: Aerobic training shows a neuroprotective effect on active learning abilities and memory in rats. It does not have an effect on the serum concentration of BDNF.
Въведение
През последните две десетилетия се натрупаха данни, както от експериментални, така и от клинични проучвания, за благоприятния ефект на аеробната тренировка върху редица физиологични системи, включително и ЦНС [1]. Тренировката за издръжливост значително улеснява функционалното възстановяване след травма, като намалява апоптозата, противодейства на менталното изоставане при възрастни, подобрява мозъчната васкуларизация, намалява оксидативния стрес [1, 2]. От друга страна редица
изследвания установяват, че аеробната тренировка подобрява когнитивните функции, които се влошават с напредване на възрастта, както и при редица неврологични състояния
- депресия, болест на Алцхаймер, болест на Паркинсон, исхемичен инсулт, деменция и др [3, 4]. Механизмите на този ефект не са напълно изяснени, но проучвания при хора и експериментални животни свързват този позитивен ефект с повишаване на неврогенезата и експресията на невротрофичния фактор BDNF в хипокампуса. Експериментални данни показват, че аеробната тренировка улеснява формирането на паметови следи при различни тестове, осъществяващи се с участието на хипокампуса като: тестове за пасивно обучение и памет, тестове за пространствено обучение и памет, включващо различни лабиринти и непространствено обучение и памет при разпознаването на непознати обекти [5]. Липсват данни за ефекта на аеробната тренировка върху процесите на активно обучение и памет при плъхове.
Цел Да се изследва ефекта на тренировката за издръжливост върху процесите на активно обучение и памет и серумните концентрации на BDNF на плъхове.
Материал и методи
Опитни животни: В опита бяха използвани 16 зрели мъжки плъха (Wistar), с начално тегло 130-150 g, отглеждани при стандартни лабораторни условия в пропиленови кафези, при съотношение на 12h:12h светъл:тъмен период, температура 22±2°C, влажност
- 50-55%. Вода и стандартна храна получаваха ad libitum. Експериментът е одобрен от Комисията по етика към МУ - Пловдив. Всички експериментални процедури бяха извършени в сътветствие с препоръките на Европейската комисия за защита и хуманно отношение към лабораторните животни.
Плъховете бяха разделени в 2 групи (n=8). Едната група беше контролна и животните не бяха подлагани на аеробна тренировка (НТ), но ежедневно бяха поставяни по 10 min дневно, 5 дни седмично на тредмила с цел да се подложат на същите стресови условия. Втората група (Т) беше подложена на дозирано системно субмаксимално натоварване на тредмил (Columbus Instruments, Columbus, USA) със скорост 16 m.min-1 и 0° наклон на лентата (под лактатния праг) [6], 40 min дневно, 5 дни седмично за 7 седмици. След 4та седмица на тренировка започна и успоредното прилагане на тест за активно обучение и памет, който се проведе с апарата Shuttle box (UgoBasile, Italy). Всеки ден бяха провеждани по 30 тренировки за обучение и памет, 5 последователни дни. Характеристиката на една тренировка включваше: 6 секунди светлинен и звуков стимул (5W,670 Hz и 70 dB); 4 секунди електростимулация по решетъчния под на клетката (0.4 mA); 10 секунди междутренировъчна пауза. На 12-тия ден от началото на обучителната сесия се проведи ре-тест, за да се проследи съхранението на паметовите следи. Регистрирани бяха броя на условните отговори (авойданси) и броя на безусловните отговори (ескейпи) [7].
В края на експеримента, след 2 дни на почивка, всички животни бяха декапитирани (под анестезия с Thiopental 30 mg-kg"1, i.p.) и беше събрана смесена кръв за изследване на серумните нива на BDNF.
Статистически анализ Получените резултати бяха анализирани със Student /-test и са представени като средна аритметична ± стандартна грешка на средната аритметична (X±SEM). Статистически значими се приемаха различията при Р<0.05. За анализа беше използвана статистическа програма SPSS, 19.
Резултати
Тренираните плъхове имаха сигнификантно по-голям брой активни избягвания на 1-вия (P<0.05), 2-рия (P<0.05), 3-тия (P<0.01), 4-тия (P<0.05) и 5-тия (P<0.01) от обучителната сесия, както и на ре-теста (P<0.01) спрямо НТ група (Фиг. 1). Наблюдавахме значимо по-малък брой на безусловните отговори при Т животни на 2-рия, 3-тия, 4-тия и 5-тия (съотв. P<0.05) ден от обучителната сесия, както и на 12-тия (P<0.05) в сравнение с
тези на нетренираните плъхове (Фиг. 2). Не установихме сигнификантен ефект на аеробната тренировка върху серумните нива на ВЭЫР (Табл. 1).
аг ■:
ЦП ВТ
Фиг. 1. Ефект на аеробната тренировка в/у броя на активните избягвания в shuttle box. *P<0.05, **P<0.01 в сравнение с НТ.
Фиг. 2. Ефект на аеробната тренировка в/у броя на пасивните избягвания в shuttle box. *P<0.05 в сравнение с НТ.
Таблица 1. Ефект на аеробната тренировка върху серумната концентрацията на BDNF.
Групи НТ група Т група НТ с/у Т
BDNF (pg-ml-1) 52.91±10.34 51.13±5.11 P >0.0 5
Обсъждане
Използваният от нас експериментален протокол за първи път включва успоредно провеждане на тренировка на тредмил и тестове за обучение и памет, предхождани от едномесечна тренировка на тредмил. Резултатите от нашето проучване показват, че аеробната тренировка има сигнификантен ефект върху процесите на активно обучение и памет. Повишеният брой на активните избягвания на тренираните за издръжливост плъхове, доведе до съответно намаляване на техните пасивни избягвания, тъй като те реагират още на условния стимул, без да се стига до безусловния отговор) в резултат на протичането на ток по лапичките им. Независимо от класичаското схващане, че пасивното обкчение и памет са тясно свързани с функциите на хипокимпуса, а активното - с други мозъчни структури , през последните години се натрупаха нови дхнни за участието на хипокам пуса в про1аесите на активното обучение и пемет [8, 9]. Според Rose et а1. (2 011) паметта е сиожна система, при 1еоято заучавените кетивни последователности са общие и еа двата вида памет и зависят от природата на информацията. Установенияа от нас невропротективен ефект на аеребната тренировка върху активиото обучние и памет е в счстветствие с те зи нови данни. Различни мехакизми мееат да стоят в основате на подобряввнето 1са когнитивните фзун[:иции в условията ие системна тренировка, като сред основните е повишената експресия на невротрофичния фактор BDNF в хипокампуса [2].
При проведеното от нас изследване на базалнитт серумни нива еа BDNF, проведено 48 11 след последната тренировъчна се сия, иие не установяваме резлика между концентрациите на отделните групи. Има данни, че при плъхове единччно натоварване не тредмил (2 0 т-тт-1 за 60 тт) не променя серимните нива наBDNF, измерение нептсредствено след това и 2 11 по-еъснб [10], докато друго проучване съобщава, че единично интензивно натоварване може дм повиши прсходно EíDNГF, но 15 тт след това нивата се връщат към изходните ста йности [Пб.В достъпнета литеретура не с е откривтт данни за ефекеа на тренщювката на тредмил върху баззените нива на серумния Е!Е)]дВ7 приз плъхове, но подобно на нашите резултати 4 седмичната тренировка във въртящи се иолела не повлиява
концентрацията на невротрофичния фактор [12]. Противоречиви са данните в литературата за ефекта на системната тренировка върху серумните нива на BDNF при хора. Нашите резултати се различават от повечето изследвания при хора, които показват, че аеробната тренировка повишава серумните/плазмените концентрации на BDNF при здрави индивиди [13], но са подобни на данните от изследвания, които съобщават за липса на промени в базалните нива на BDNF при здрави хора след 5 седмична [14] или при пациенти с депресия след 12 седмична аеробна тренировка [15]. Възможно е тези различия да са свързани с видово-специфични особености и различия в интензивността или продължителността на използваната тренировката.
Благодарности
Проучването е финансирано от Медицински Университет - Пловдив по проект НО № 10/2013.
Библиография:
1. Costa MS, Ardais AP, Fioreze GT et al. The impact of the frequency of moderate exercise on memory and brain-derived neurotrophic factor signaling in young adult and middle-aged rats. Neuroscience. 2012; 222:100-9.
2. Laurin D, Verreault R, Lindsay J et al. Physical activity and risk of cognitive impairment and dementia in elderly persons. Arch. Neurol. 2001; 58:498-504.
3. Liu YF, Chen H, Wu CL et al. Differential effects of treadmill running and wheel running on spatial or aversive learning and memory: roles of amygdalar brain-derived neurotrophic factor and synaptotagmin I. J Physiol. 2009; 587(13):3221-31.
4. Cotman CW, Berchtold NC. Exercise: a behavioral intervention to enhance brain health and plasticity. Trends Neurosci. 2002; 25:295-301.
5. Radahmadi M, Alaei H, Sharifi MR et al. The effect of synchronized forced running with chronic stress on short, mid and long- term memory in rats. Asian J Sports Med. 2013; 4(1):54-62.
6. Soya H, Nakamura T, Deocaris CC et al. BDNF induction with mild exercise in the rat hippocampus. Biochem Biophys Res Commun. 2007; 358:961-7.
7. Делев Д, И. Костадинов, И. Костадинова. Ранни промени в клиниколабораторните показатели, обучението и паметта при изкуствено предизвикана андропауза на мъжки плъхове. Научни трудове на СУБ-Пловдив, Секция медицина, фармация, стоматология; том 2, 2002: 147-53.
8. Chun MM, Phelps EA. Memory deficits for implicit contextual information in amnesic subjects with hippocampal damage. Nat Neurosci. 1999; 2(9):844-7.
9. Rose M, Haider H, Salari N, Büchel C. Functional dissociation of hippocampal mechanism during implicit learning based on the domain of associations. J Neurosci. 2011; 31(39):13739-45.
10. Goekint M, Bos I, Heyman E et al. Acute running stimulates hippocampal dopaminergic neurotransmission in rats, but has no influence on brain-derived neurotrophic factor. J Appl Physiol. 2012; 112:535-41.
11. Goekint M, Heyman E, Roelands B et al. No influence of noradrenaline manipulation on acute exercise-induced increase of brain-derived neurotrophic factor. Med Sci Sports Exerc. 2008; 40(11):1990-6.
12. Yau SY, Lau BW, Zhang ED et al. Effects of voluntary running on plasma levels of neurotrophins, hippocampal cell proliferation and learning and memory in stressed rats. Neuroscience. 2012; 222:289-301.
13. Zoladz JA, Pilc A. The effect of physical activity on the brain derived neurotrophic factor: from animal to human studies. J Physiol Pharmacol. 2010; 61(5):533-41.
14. Griffin EW, Mullally S, Foley C et al. Aerobic exercise improves hippocampal function and increases BDNF in the serum of young adult males. Physiol Behav. 2011; 104(5):934-41.
15. Toups MS, Greer TL, Kurian BT et al. Effects of serum Brain Derived Neurotrophic Factor on exercise augmentation treatment of depression. J Psychiatr Res. 2011; 45(10):1301-6.
