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TÍTULO: 'MOBILIZAÇÃO NEURONAL DE ÁREAS CORTICAIS E SUB-CORTICAIS INDUZIDA POR DIFERENTES TIPOS DE EXERCÍCIOS FÍSICOS EM RATOS IDOSOS'
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO
CATEGORIA:
ÁREA: CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E SAÚDE
ÁREA:
SUBÁREA: FISIOTERAPIA
SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE CIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): CATHARINE RANIERI SCARANSI
AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): RAQUEL SIMONI PIRES
ORIENTADOR(ES):
COLABORADOR(ES): RITA MARA SOARES GUTIERREZ
1.Resumo
Com o envelhecimento vem o declínio do controle sensório motor, déficit cognitivo e perda da funcionalidade. Esse declínio no controle motor fino, na marcha e equilíbrio, e um aumento da variabilidade e lentidão dos movimentos, favorece o risco de quedas atenuando a capacidade dos idosos em exercerem suas atividades de vida diária (AVD’s) e manter a independência. Considerando que os mecanismos pelos quais as áreas cognitivas e motoras interagem e suas participações no treinamento de uma nova habilidade motora ainda são pouco conhecidos nos idosos, o objetivo do estudo foi avaliar a mobilização neuronal pela expressão de Egr1 (gene de resposta precoce ao crescimento 1) no córtex pré-frontal, córtex motor e estriado de ratos idosos submetidos a diferentes tipos de treinamento físico, exercício em esteira e exercício acrobático, por oito semanas, juntamente com o comportamento motor. O estudo utilizou 15 ratos machos divididos em três grupos: sedentário (SED, n=5), exercício em esteira (EE, n=5) e exercício acrobático (AC, n=5). A análise do comportamento motor foi feita pelo desempenho motor do grupo EE e AC durante o treinamento e pelo teste da trave elevada. Já a expressão de Egr1 foi analisada pela técnica de imunoperoxidase. Na análise de desempenho motor do AC foi observado uma diminuição significativa no tempo de execução do exercício a partir da terceira semana (p<0,001) persistindo uma diminuição até a oitava semana (p<0,0005). A melhora do desempenho do EE iniciou na 3ª semana com a presença de ratos idosos na categoria de corredores acima da media (score 4, ca. 20%), e a partir da 6ª semana houve um acréscimo de ratos nesse score (ca. 80%) persistindo até o final da 8ª semana. Em relação à densidade média de células ativadas foi observado um aumento significativo na expressão do Egr1 no grupo AC comparado com os grupos SED e EE no córtex motor primário. Nas áreas motora secundária e do cingulado anterior, o grupo AC induziu maior mobilização neural comparado aos grupos SED e EE. Já na área do pré-límbico houve um aumento significativo da expressão do Egr1 do grupo AC comparado ao grupo SED, e na área do infralímbico não houve diferença significativa entre os grupos estudados. No estriado dorsomedial, o grupo AC ativou maior número de células, enquanto o grupo EE mobilizou maior densidade celular na área dorsolateral do estriado comparado ao grupo SED. Desta forma, nossos dados revelaram que independentemente do tipo de exercício físico, os ratos idosos apresentaram
uma melhora do desempenho motor após oito semanas de treinamento. Entretanto, o grupo AC foi capaz de transferir esse ganho motor demonstrado pela melhora no desempenho de uma outra tarefa motora. Além disso, nossos dados revelaram que os diferentes tipos de exercícios induziram uma mobilização neuronal de áreas encefálicas distintas, sugerindo uma resposta plástica atividade física-dependente.
2. Introdução
Com o envelhecimento vem o declínio do controle sensório motor, déficit cognitivo e perda da funcionalidade. Esse declínio no controle motor fino, na marcha e equilíbrio, e um aumento da variabilidade e lentidão dos movimentos, favorece o risco de quedas atenuando a capacidade dos idosos em exercerem suas atividades de vida diária (AVD’s) e manter a independência. Sendo que a causa disto é multifatorial, e vem com o declínio do sistema nervoso central (Seidler et al., 2010).
Uma importante ferramenta capaz de gerar efeito neuroprotetor, prevenir e proteger as funções do cérebro principalmente durante o envelhecimento é o exercício físico (Kramer & Ericson, 2007). Estudos com humanos e animais têm evidenciado que o exercício tem um impacto positivo sobre aspectos cognitivos, emocionais e de comportamento (Cotman & Berchtold, 2002; Markham & Greenough, 2004). Estudo do nosso grupo revelou que animais idosos treinados por um mês, independentemente do tipo de exercício, apresentaram mudanças distintas na expressão de proteínas estruturais e sinápticas nas áreas motoras encefálicas, sendo de maior monta no córtex motor (Borborema, 2013).
Diferentemente dos indivíduos adultos jovens, os idosos submetidos ao treinamento de tarefas internamente e externamente guiada revelaram um aumento da atividade cortical inter-hemisférica, juntamente com diminuição do recrutamento dos núcleos da base, como resultado de uma possível resposta compensatória a fim de atender a demanda da tarefa considerada internamente guiada (Taniwaki et al., 2007). Além disso, outras áreas corticais pré-frontais dorsomediais também participam do planejamento de uma nova habilidade ou uma tarefa guiada internamente (Rosenberg-Katz et al., 2012).
Em 1997, Beckmann e colaboradores destacaram o aumento da atividade do Egr1 no córtex cerebral e hipocampo de ratos após a administração de NMDA e kainato, em compensação, um pré-tratamento com um antagonista do receptor NMDA (MK- 801) não afetou a expressão dos genes imediatos (incluindo Egr1) no sistema límbico, sugerindo que a interação de Egr1 com os receptores de glutamato dependem da região do sistema nervoso central observado. Devido a essa interação entre Egr1 e os fatores de transcrição desencadeando a expressão de genes de resposta tardia, deve-se considerar um importante papel funcional deste gene no contexto da plasticidade e do aprendizado. Entretanto, os mecanismos pelos quais as áreas cognitivas interagem com áreas motoras e suas participações no treinamento de diferentes tipos de exercícios físicos nos ratos idosos ainda são pouco conhecidos.
3. Objetivos
- Avaliar o comportamento motor e a expressão de Egr1 no córtex pré-frontal, córtex motor e estriado de ratos idosos submetidos a diferentes tipos de treinamento físico, tais como: exercício em esteira e exercício acrobático durante oito semanas.
4. Metodologia
Neste estudo utilizamos 15 ratos idosos (18 meses de idade) da linhagem Wistar fornecidos pelo biotério central do Instituto de Ciências Biomédicas da USP. O trabalho foi aprovado pelo CEUA do ICB/USP (proc. no. 186/2011).
Os ratos ficaram em uma sala com ciclo claro/escuro artificialmente controlado de 12/12 h. Foram alimentados com ração padrão e água ad libitum
com temperatura constante de 23oC. Antes do início do treinamento físico os
animais ficaram 15 dias na sala para adaptação de ciclo invertido. Os ratos foram
inicialmente submetidos à adaptação ao exercício na esteira por 15 minutos durante 2 dias na semana, numa velocidade de 5 m/min com incrementos da velocidade de 1,7 m/min a cada 5 minutos para selecionarmos somente animais idosos corredores, sendo excluídos do estudo os que se recusarem a correr. Em seguida, os ratos foram adaptados à outra tarefa motora passando 2 vezes por todo o circuito em 2 dias numa semana, e por fim, os animais foram divididos
aleatoriamente em 3 grupos: sedentário (SED, n=5), exercício em esteira (EE, n=5) e exercício acrobático (AC, n=5).
Os animais submetidos ao EE foram treinados 3 vezes por semana em dias intercalados, durante 8 semanas, começando numa velocidade de 0,3km/h no primeiro minuto, passando para 0,4km/h no segundo minuto, e a partir disso 0,5km/h nos 38 minutos restantes (Figura 1).
Figura 1. Imagens digitais da esteira ergométrica adaptada para ratos.
Os animais submetidos ao AC foram treinados 3 vezes por semana em dias intercalados, durante 8 semanas e consistiu em atravessar um circuito constituído pelos seguintes obstáculos: gangorra, barreiras verticais, ponte de cordas paralelas, traves paralelas de madeira roliça, pontes de madeira roliça e corda (Figura 2). Cada animal passou pelo circuito 5 vezes e quando necessário, foram dados estímulos táteis nos membros pélvicos do rato para que continue realizando as tarefas propostas.
Os animais do grupo SED ficaram na caixa própria para ratos na mesma sala, mas sem realizar atividade física.
Figura 2. Imagens digitais dos obstáculos que compõem o circuito de treinamento de exercícios acrobáticos.A análise do comportamento motor foi feita pelo desempenho motor durante o treinamento do EE e do AC e pelo teste da trave elevada.
O desempenho motor dos animais do grupo EE foi avaliado por uma escala de 1-5 de acordo com os seguintes parâmetros: 1-Recusa-se a correr; 2-Corre abaixo da média (corre esporadicamente, para e corre, corre no sentido contrário); 3-Corredor na média; 4-Corredor acima da média (corre de forma contínua e ocasionalmente corre na parte de atrás na esteira e 5-Ótimo corredor (corre sempre na parte da frente na esteira). A avaliação do desempenho dos animais na esteira foi feita na metade do treino em todos os dias de treinamento, depois foi calculado a mediana por semana, onde valores próximos de 1 indicam pior desempenho e próximo de 5 ótimo desempenho.
O desempenho motor dos animais do grupo AC foi avaliado todos os dias de treinamento, ou seja, o animal foi colocado no começo do circuito e então o cronômetro foi disparado, registrando o tempo gasto pelo animal para a realização do circuito. Ao final das 8 semanas de treinamento foi realizado uma média das 5 passagens de cada animal pelo circuito por dia, e em seguida a média semanal das passagens de cada animal.
O teste da trave elevada foi realizado em dois momentos: antes do início do treinamento e no dia anterior ao último treinamento e foi classificado em 3 categorias considerando o tempo e distância (Fig. 3). O pior desempenho foi considerado quando a distância percorrida foi abaixo de 80 cm e com tempo de 180 segundos, categorizado como ruim. A segunda categoria, chamada de bom, o animal tinha que percorrer distância acima de 80 cm e com tempo acima de 103 segundos. E o melhor desempenho, chamado de muito bom, foi considerado quando o animal percorreu distância acima de 80 cm e com tempo abaixo de 103 segundos. O tempo de 103 segundos foi determinado pela média do tempo de todos os animais idosos que percorreram 100 cm e adentraram na caixa no momento pré-treinamento.
Figura 3. Imagem do teste da trave elevada.
A expressão de Egr1 foi analisada pela técnica de imunoperoxidase. 5. Resultados
Na 2ª semana de treinamento de exercício acrobático, os animais apresentaram uma redução do tempo necessário para a execução da tarefa, entretanto, essa diminuição tornou-se significativa a partir da 3ª semana quando comparada a 1ª. A partir da 5ª semana os animais idosos do grupo acrobático apresentaram uma diminuição significativa do tempo em relação a 1ª, 2ª, 3ª e 4ª semanas e essa redução persistiu até o final da 8ª semana. Entretanto, a partir da 5ª semana de exercício acrobático o tempo não teve mudanças significativas nas semanas seguintes, demonstrando que os ratos idosos atingiram um plato no desempenho da tarefa (Fig. 4).
Figura 4. Desempenho dos ratos no treinamento de exercício acrobático avaliado pela média de tempo gasto para a realização da tarefa.
Nas 3 primeiras semanas de treinamento de exercício em esteira houve um predomínio de ratos no score 2 (corredores abaixo da media) (Fig. 5). Já na 4ª e 5ª semanas a maioria dos animais apresentaram score 3 (corredores na média), e início de um grupo de animais no score 4 (corredores acima da media). A partir da 6ª semana houve um predomínio de animais corredores com score 4 persistindo até o final da 8ª semana.
Figura 5. Desempenho dos ratos no treinamento de exercício em esteira avaliado pela mediana dos parametros de uma escala númerica.
No pré-treinamento, os animais do grupo SED, AC e EE predominaram o desempenho na categoria ruim. No pós-treinamento, os grupos SED e EE continuaram apresentando uma grande frequência de animais na categoria ruim em relação ao grupo AC que apresentou um aumento de animais nas categorias bom e muito bom após um treinamento em atividades motoras complexas (Fig. 6).
Figura 6. Comportamento dos ratos idosos no pre e no pós-treinamento avaliado pelo teste da trave elevada classificado na categoria de desempenho.
Ao analisar a área motora primária dos ratos idosos do grupo AC observamos um aumento significativo da densidade média de células Egr1+ comparado aos grupos SED e EE. No entanto, ao analisar a área motora secundária dos ratos idosos do grupo AC, pode observar um aumento significativo da densidade média de células Egr1+ comparado aos grupos SED e EE e do grupo EE em relação ao grupo SED (Fig. 7).
O treinamento AC em ratos idosos induziu um aumento significativo na densidade média de células Egr1+ no cingulado anterior e no pré-límbico comparado ao grupo SED e no pré-limbico em relação ao EE. Entretanto, ao
analisar a área do infralímbico dos ratos idosos, observarmos que não houve diferença significativa na densidade média de células de Egr1+ entre os grupos estudados (Fig. 8).
Figura 7. Imagens digitais do córtex motor primário e secundário ilustrando as células Egr1+ nos três grupos estudados, juntamente com os gráficos revelando um aumento significativo da densidade média de células Egr1+ no córtex motor primário e secundário dos grupos SED, AC e EE. *** p<0,0001.
Figura 8. Gráfico revelando um aumento significativo da densidade média de células Egr1 no córtex pré frontal, cingulado anterior e pré-límbico e uma semelhança no córtex pré frontal, infralímbico pela técnica de imuno-histoquímica. * p<0,0001.
Ao analisar a área do dorsomedial do estriado de ratos idosos do grupo AC, pode observar aumento significativo da densidade média de células Egr1+ comparado ao grupo SED, enquanto, o estriado dorsolateral dos ratos idosos do E g r 1 C x C i n g u l a d o A n t e r i o r i d o s o D e n s id a d e m é d ia d e c é lu la s E g r 1 + /m m 2 SE D AC EE 0 4 0 0 0 8 0 0 0 1 2 0 0 0 ** * E g r 1 C x I n f r a - l i m b i c o i d o s o D e n s id a d e m é d ia d e c é lu la s E g r 1 + /m m 2 SE D AC EE 0 4 0 0 0 8 0 0 0 1 2 0 0 0 E g r 1 C x P r é l i m b i c o i d o s o D e n s id a d e m é d ia d e c é lu la s E g r 1 + /m m 2 SE D AC EE 0 4 0 0 0 8 0 0 0 1 2 0 0 0 *
grupo EE demonstrou um aumento significativo da densidade média de células Egr1+ comparado ao grupo SED.
Figura 9. Imagens digitais do estriado dorsomedial e dorsolateral ilustrando as células Egr1+ nos três grupos estudados, juntamente com os gráficos revelando um aumento significativo da densidade média de células Egr1+ no estriado dorsomedial e dorsolateral dos grupos SED, AC e EE. * p<0,05.
6.Considerações Finais
Nossos dados revelaram que independentemente do tipo de exercício físico, os ratos idosos apresentaram uma melhora do desempenho motor após oito semanas de treinamento. Entretanto, o grupo AC foi capaz de transferir esse ganho motor demonstrado pela melhora no desempenho de uma outra tarefa motora. Além disso, nossos dados revelaram que os diferentes tipos de exercícios induziram uma mobilização neuronal de áreas encefálicas distintas, sugerindo uma resposta plástica atividade física-dependente nos ratos idosos. 7.Fontes Consultadas
- Arida RM, Scorza FA, Gomes da Silva S, Cysneiros RM, Cavalheiro EA. Exercise paradigms to study brain injury recovery in rodents. American journal of physical medicine & rehabilitation / Association of Academic Physiatrists. 2011;90(6):452-65.
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- Cole AJ, Saffen DW, Baraban JM, Worley PF. Rapid increase of an immediate early gene messenger RNA in hippocampal neurons by synaptic NMDA receptor activation. Nature. 1989;340(6233):474-6. E g r 1 C P u D M i d o s o D e n s id a d e m é d ia d e c é lu la s E g r 1 + /m m 2 SE D AC EE 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 * E g r 1 C P u D L i d o s o D e n s id a d e m é d ia d e c é lu la s E g r 1 + /m m 2 SE D AC EE 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 *
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