مجله علوم پزشکی رازی

چکیده
زمینه و هدف: بیماری آلزایمر شایع‌ترین شکل زوال عقل است و پپتیدهای آمیلوئیدبتا نقش محوری در بیماری­زایی آن ایفا می­کنند. اخیراً، ورزش منظم به عنوان یکی از سازوکارهای غیردارویی مهم برای مقابله با بیماری آلزایمر مطرح شده است. با این حال، نقش پیشگیرانه ورزش کمتر مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین، هدف از مطالعه حاضر، بررسی تأثیر پیش­آماده­سازی ورزشی 4 هفته­ای بر سطح آمیلوئیدبتای محلول و اختلال حافظه در رت­های مبتلا به بیماری آلزایمر القاء شده با تزریق Aβ_1-42 است.
روش کار: هشتاد و چهار سر رت 8 هفته­ای نر با میانگین وزن 20 ± 195 گرم در ابتدا به صورت تصادفی به دو گروه تمرین هوازی یا استراحت به مدت 4 هفته تقسیم شدند. سپس، هر گروه به 3 زیرگروه بیماری آلزایمر، شم و بدون تزریق تقسیم گردید. 48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرینی، تزریق Aβ_1-42 یا DMSO به درون هیپوکمپ صورت پذیرفت. 7 روز پس از جراحی، رت­های هر گروه به طور تصادفی یا قربانی شده (7 سر رت) یا تحت آزمون رفتاری (7 سر رت) قرار گرفتند. بدنبال جمع­آوری نمونه­های خونی در رت­های قربانی، بافت هیپوکمپ استخراج گردید و سطوح Aβ_1-42 در پلاسما و هیپوکمپ، و همچنین مقادیر پلاسمایی پروتئین مرتبط با گیرندۀ لیپوپروتئینی با چگالی کم-1 محلول (sLRP-1) اندازه­گیری شد.
یافته­ ها: نتایج نشان داد که در گروه ورزش_­ + بیماری آلزایمر، سطح Aβ_1-42 مغزی کمتر و سطح Aβ_1-42 پلاسمایی بیشتر از گروه آلزایمری بود (001/0>p). همچنین، سطح sLRP-1 پلاسمایی در گروه ورزش_­ + بیماری آلزایمر بیشتر از گروه آلزایمر بود (001/0>p). بعلاوه، یادگیری و حافظه فضایی به طور معنی­داری در گروه ورزش_­ + بیماری آلزایمر بهتر از گروه آلزایمر بود (01/0>p).
نتیجه ­گیری: به نظر می­رسد که 4 هفته پیش­آماده­سازی ورزشی می­تواند با افزایش پاکسازی آمیلوئیدبتای محلول از مغز، افت یادگیری و حافظه فضایی را تقلیل دهد.
 
کلیدواژه­ها: بیماری آلزایمر، پیش­آماده­سازی ورزشی، آمیلوئیدبتای محلول، sLRP-1
 
مقدمه
بیماری آلزایمر (AD) شایعترین شکل زوال عقل است که از آن به عنوان بزرگترین چالش سلامت در قرن 21 یاد شده است. از نقطه نظر بافت شناسی، وجود پلاک­های پیری و رشته­های کلاف عصبی به عنوان علائم آسیب­شناختی بیماری آلزایمر شناسایی شده­اند (1). پلاک­های پیری به طور عمده از پپتیدهای آمیلوئیدبتا (Aβ_1-40 و Aβ_1-42) تشکیل شده­اند که نقش محوری آنها در بیماری­زایی بیماری آلزایمر به طور گسترده­ای ثابت شده است (2). در این رابطه نشان داده شده است که رسوب آمیلوئیدبتا در پلاک­های خارج سلولی با نقص سیناپسی، مرگ سلول­های عصبی و افت حافظه در ارتباط است (3). با این حال، مطالعات اخیر دریافته­اند که وجود اشکال محلول الیگومرهای Aβ نسبت به رسوب­های نامحلول، ارتباط بیشتری با اختلال ادراکی و اختلال عملکرد سیناپسی دارند (4). شواهد آزمایشگاهی نشان داده­اند که الیگومرهای Aβ محلول خارج­ (5) و داخل­سلولی (6) نقش مهمی در بیماری­زایی بیماری آلزایمر ایفا می­کنند. در واقع سمیت عصبی مرتبط با تجمع داخل­سلولی الیگومرهای Aβ محلول، به عنوان یک رخداد اولیه در بیماری آلزایمر بوده و مسئول اختلال عملکرد سیناپسی می­باشد (7). این تجمعات می­تواند از Aβ تولید شده در داخل­ سلول (8) یا ورود Aβ از فضای خارج­سلولی به داخل سلول حاصل شود (9). تجمع داخل­سلولی Aβ می­تواند از یک سلول به سلول دیگر متصل به آن نیز منتقل گردد که منجر به پیشرفت تدریجی بیماری­زایی در بیماری آلزایمر می­شود (9). از این رو، کنترل سطوح آمیلوئیدبتا، به ویژه آمیلوئیدبتای محلول، یکی از اهداف مهم مطالعاتی به شمار می­رود.
انتقال Aβ از میان سد خونی-مغزی به خارج از مغز به همراه تجزیه آنزیمی آن مسیرهای مهم شناخته شده برای حذف Aβ اضافی مغز به شمار می­روند. پروتئین مرتبط با گیرندۀ لیپوپروتئینی با چگالی کم-1 (LRP-1) را در انتقال رو به خارج Aβ از میان سد خونی-مغزی ایفا می­کند، در حالی که شکل محلول آن، یعنی sLRP-1، مهمترین حامل Aβ در خون برای پاکسازی نهایی آن از طریق کبد و کلیه­ها می­باشد (3).
در حالی که مطالعات در یافتن درمان قطعی برای بیماری آلزایمر با شکست مواجه شده­اند، سازوکارهای پیشگیری از ابتلا به بیماری و یا حداقل کند کردن سیر پیشرفت بیماری توجه ویژه­ای را به خود جلب کرده است. مطالعات پیشین نشان داده­اند که فعالیت ورزشی یک نگرش غیردارویی محتمل برای کاهش خطر بیماری آلزایمر می­باشد (10). فعالیت ورزشی منظم نقش حفاظت نرونی داشته (11)، نروتروفین­ها را به صورت مثبت تنظیم می­نماید (12) و در عین حال، آثار مطلوبی بر شناخت، حجم مغز و فعالیت شبکۀ عصبی در مطالعات کنترل شدۀ افراد مسن که از لحاظ ادراکی سالم هستند و بزرگسالان مبتلا به اختلال حافظه دارد (13). همچنین، افزایش فعالیت جسمانی به طور بالقوه از طریق کاهش سطوح Aβ در مغز، با کاهش خطر اختلال ادراکی و شیوع زوال عقلی همراه است (14). با این حال، در مورد تفاوت­های بالقوه­ای که ممکن است در پاسخ یک بدن فعال در مقایسه با بدن غیرفعال به استرس القای بیماری آلزایمر و به دنبال آن پاکسازی آمیلوئیدبتا وجود داشته باشد، اطلاعاتی در دسترس نیست. تزریق Aβ_1-42 به درون هیپوکمپ در موش و رت به عنوان یک مدل حیوانی مناسب برای القای بیماری آلزایمر می­باشد که پلاک­های پیری مرتبط با کاهش حافظه مداوم قابل توجهی را ایجاد می­کند (15). بنابراین، مطالعه حاضر به دنبال آن است که آیا 4 هفته پیش­آماده­سازی هوازی می­تواند با افزایش پاکسازی آمیلوئیدبتا، بار آمیلوئیدی ناشی از تزریق داخل هیپوکمپی Aβ_1-42 را در رت­های نر ویستار کاهش داده و اختلال حافظه را تقلیل دهد؟
 
روش کار
پژوهش حاضر از نوع تجربی است که به شیوه آزمایشگاهی انجام شد. آزمودنی­های تحقیق حاضر تعداد 84 سر رت­ نر بالغ نژاد ویستار 8 هفته­ای با میانگین وزنی 20 ± 195 گرم بودند که از انستیتو پاستور ایران تهیه شدند. رت­ها در دمای محیطی 3 ± 22 درجه سانتی­گراد، رطوبت حدود 45 درصد و چرخه روشنایی/تاریکی 12:12 ساعت نگهداری ­شدند به طوری که در دسترسی به آب و غذای استاندارد، محدودیتی نداشته باشند. بعد از یک هفته آشناسازی با محیط نگهداری، تمامی رت­ها به منظور آشناسازی با نوارگردان به مدت یک هفته (10 دقیقه با سرعت 10 متر بر دقیقه و پنج روز در هفته) در معرض آن قرار گرفتند. سپس، رت­ها به روش تصادفی ساده در ابتدا به 2 گروه تقسیم ­شدند: گروه ورزش و گروه استراحت؛ گروه ورزش 4 هفته تمرین هوازی را اجرا نمودند و گروه استراحت همزمان با گروه تمرین و با مدت مشابه با آنها در معرض نوارگردان خاموش قرار گرفتند تا شرایط محیطی برای همه رت­ها یکسان باشد (شکل 1).
پروتکل تمرین هوازی به این صورت بود که رت‌ها روی نوارگردان با شیب صفر درجه، 5 روز در هفته به مدت 4 هفته به تمرین ­پرداختند. سرعت نوارگردان در هفته­های اول و دوم تمرین، 10 متر بر دقیقه بود که در دو نوبت 15 دقیقه‌ای با وقفه 5 دقیقه‌ای بین آن (به منظور جلوگیری از خستگی عضلانی در رت‌ها) اجرا شد. در هفته سوم، سرعت به 15 متر بر دقیقه افزایش یافت که در سه نوبت 15 دقیقه‌ای با 2 وقفه 5 دقیقه‌ای بین آنها انجام گردید. در هفته چهارم، رت‌ها با سرعت 15 متر بر دقیقه  در چهار نوبت 15 دقیقه‌ای با 3 وقفه 5 دقیقه‌ای بین آنها به فعالیت پرداختند (16). رت‌های گروه تمرین در تمام جلسات تمرینی پایش می­شدند و با استفاده از یک شوک الکتریکی ضعیف  با شدت 5/0 میلی­آمپر که در حیوان استرس زیادی را ایجاد نمی‌کند و یا دستکاری با یک اسفنج به ادامه دویدن تشویق شدند. سپس، رت­های هر گروه به روش تصادفی ساده به 3 زیرگروه 14 تایی تقسیم گردیدند: تزریق Aβ_1-42 (AD)، شم و بدون تزریق.
 

شکل 1- پروتکل مطالعه

به منظور آماده­سازی آمیلوئیدبتا، ابتدا پپتید Aβ_1-42 (Abcam, USA) در محلول بافر DMSO 3 درصد (Sigma Aldrich, USA) با غلظت 5 میکروگرم/میکرولیتر حل و سپس در مقادیر 30 میکرولیتر به ازای هر ویال تقسیم و در دمای ̊C  80- نگهداری شد. محلول آمیلوئیدبتا به مدت 7 روز در دمای ̊C  37 انکوبه شد تا بتاآمیلوئید به شکل فیبریل درآید (17).
48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرین و به دنبال استراحت شبانه، حیوانات توسط تزریق درون صفاقی کتامین و زایلازین بی‌هوش شدند. سپس، سر حیوانات در دستگاه استریوتاکس ثابت و با ایجاد شکافی طولی در بخش خلفی جمجمه، بر اساس اطلس پاکسینوس و واتسون (18)، حفره­هایی در موقعیت 8/3 عقب برگما (AP)، 2/2 میلی‌متر در طرفین شکاف طولی و 7/2 میلی‌متر پایین‌تر از سطح جمجمه ایجاد و تزریق درون هیپوکمپ Aβ_1-42 (هر طرف 1 میکرولیتر) توسط سرنگ همیلتون صورت پذیرفت. جهت اطمینان از محل درست تزریق در مغز، ابتدا به دو حیوان خارج از مطالعه جوهر تزریق شد و پس از کشتار، محل تزریق بررسی گردید. گروه شم نیز تمام مراحل آزمایشگاهی را همانند گروه تزریق Aβ_1-42 تجربه نمودند، با این تفاوت که در گروه شم میزان 1 میکرولیتر بافر DMSO در هر یک از هیپوکمپ‌ها تزریق شد.
7 روز بعد از جراحی و توسعه علائم بیماری آلزایمر (19، 20)، رت­های هر گروه به طور تصادفی یا قربانی شده (7 سر رت) یا تحت آزمون رفتاری (7 سر رت) قرار گرفتند. آزمودنی­های گروه کشتار توسط تزریق درون صفاقی کتامین و زایلازین بی‌هوش شدند. سپس، برش در ناحیه شکم و قفسه سینه ایجاد شد و مقدار 10 میلی­لیتر خون به وسیله سرنگ مستقیماً از قلب اخذ گردید و در لوله­های حاوی EDTA ریخته شد. بلافاصله پس از آن، سر حیوان توسط دستگاه گیوتین جدا و مغز کامل خارج شد. سپس، با احتیاط هیپوکمپ از بقیه بافت مغز جدا شد و توسط نیتروژن مایع منجمد گردید. نمونه­های خونی با سرعت 3000 دور در دقیقه سانتریفیوژ و پلاسمای حاصله تا انجام مراحل بعدی آزمایش­ها در دمای 80- درجه سانتی­گراد نگهداری شد. 100 میلی­گرم از بافت هیپوکمپ با استفاده از 1 میلی­لیتر محلول PBS هموژنایز شد و به مدت یک شب در دمای 20- درجه سانتی­گراد نگهداری شد. بعد از اعمال 2 سیکل انجماد-ذوب شدن جهت شکستن غشاهای سلولی، بافت هموژن شده به مدت 5 دقیقه با سرعت 5000 دور در دقیقه در دمای 4 درجه سانتی­گراد سانتریوفیوژ و سپس مایع رویی توسط سمپلر استخراج گردید (21). پس از آن، نمونه­های پلاسما و هیپوکمپ برای تعیین سطوح Aβ_1-42 محلول به وسیله کیت الایزا (CSB-E10786r; Cusabio Biotech, China) و بر اساس پروتکل شرکت سازنده آن به کار گرفته شدند. همچنین، مقادیر پلاسمایی sLRP-1 با روش الایزا (ABIN627269) تعیین شد.
برای آزمون حافظه فضایی از آزمون ماز آبی موریس استفاده شد. دستگاه رفتاری شامل یک مخزن فلزی حلقوی با دیواره مشکی (به قطر 5/1 و ارتفاع 60 سانتی­متر) بود که تا ارتفاع 30 سانتی‌متری آن از آب 2±21 درجه سانتی­گراد پر شده بود. یک سکوی مدور به قطر 10 و ارتفاع 28 سانتی­متر، حدود 2 سانتی­متر زیر سطح آب در مرکز یکی از ربع دایره­های از پیش تعیین شده، قرار داده شد. آزمایش­کننده، رایانه و شکل­های راهنمای خارج از ماز در سراسر آزمایش ثابت بودند. حرکت و رفتار حیوان به وسیله نرم افزار Etho Vision 7 و یک دوربین که در بالای مخزن قرار می­گرفت، ردیابی و ثبت می­شد. بدین ترتیب مسیر شنای موش در هر بار آموزش ثبت و مدت زمانی که طول می­کشید تا حیوان سکوی پلکسی گلاس (سکوی پنهان) را پیدا کند و مدت زمانی که حیوان در ربع دایره هدف می­گذراند، اندازه­گیری شدند.
روش آموزش ماز آبی موریس برای بررسی یادگیری و حافظه فضایی بدین صورت بود:
الف) سازش یافتن: به منظور عادت کردن به ماز، 24 ساعت قبل از آموزش، رت­ها به مدت 2 دقیقه در مخزن فاقد صفحه پلکسی گلاس شنا کردند.
ب) مرحله یادگیری: در این مرحله رت­های هر شش گروه به مدت 4 روز متوالی و هر روز در  4 کارآزمایی جداگانه جهت یافتن سکوی پنهان که در وسط ربع سوم  (جنوب شرقی) قرار داشت، تحت آموزش قرار گرفتند. در شروع هر کارآزمایی ابتدا به هر رت مدت 15 – 20 ثانیه اجازه استقرار روی سکو داده می­شد تا حیوان فرصت داشته باشد با رؤیت علایمی از قبیل پنجره، میز و قفسه، توصیفی فضایی از محیط اطراف ماز به دست آورد. سپس، حیوان به طور تصادفی از یکی از چهار جهت اصلی (شمال، جنوب، شرق، غرب) به نحوی داخل آب رها می­شد که سر حیوان به سمت دیواره حوضچه قرار گیرد. در این حالت، حیوان شنا می‌کرد تا سکوی پنهان زیر آب را پیدا کند و روی آن قرار گیرد. در صورتی که رت قادر به پیدا کردن سکو در مدت 60 ثانیه نبود با دست به طرف آن هدایت می­شد. پس از پیدا کردن سکو، به حیوان اجازه داده می­شد که به مدت 20 ثانیه روی آن باقی بماند. مدت زمان پیدا کردن سکو (تأخیر در رسیدن به سکو) در هر بار آموزش اندازه­گیری و ثبت می­شد. پس از آخرین کارآزمایی آموزش در هر روز، حیوان از حوضچه خارج و با حوله خشک گشته و به قفس خود باز گردانده می­شد.
آزمون پروب (انتقال): یک روز بعد از آخرین روز آموزش، حافظه فضایی حیوانات مورد ارزیابی قرار گرفت. در این مرحله، رت­ها در یک آزمون 60 ثانیه­ای که در طی آن سکو از داخل آب برداشته می­شد، مورد ارزیابی قرار گرفتند و مدت زمان صرف شده در ربع دایره هدف که قبلاً سکو در آن قرار داشت، اندازه­گیری شد.
آزمون سکوی آشکار: به منظور بررسی هماهنگی حسی- حرکتی و انگیزه حیوان، پس از انجام آزمون پروب، سکو توسط یک صفحه سفید رنگ، مرئی شد و هم سطح با آب قرار گرفت تا به صورت واضح دیده شود. این سکو در وسط ربع دوم (منطقه شمال شرقی) قرار داشت و هر رت در چهار کارآزمایی به طور تصادفی از چهار جهت اصلی به داخل آب رها شد. سپس، حیوان شنا کرده تا سکوی سفید رنگ هم سطح آب را پیدا کند و روی آن قرار گیرد. مدت زمان پیدا کردن سکو در هر بار آزمون اندازه­گیری می­شد. در صورتی که حیوان در این چهار کارآزمایی قادر به پیدا کردن سکو در مدت 60 ثانیه نبود، از گروه خود حذف می­شد (22). لازم به توضیح است که تمامی مراحل پژوهش بر اساس آیین­نامه کمیته اخلاق در پژوهش دانشگاه تربیت مدرس و انستیتو پاستور ایران انجام شد.
برای بررسی طبیعی بودن توزیع داده­ها از آزمون کولموگروف-اسمیرنف (KS) استفاده شد. همچنین، آزمون لوین برای بررسی همسان بودن واریانس­ها بکار رفت. به منظور تحلیل داده­های بدست آمده از شاخص یادگیری فضایی در مرحله اکتساب از تحلیل واریانس با اندازه­گیری­های مکرر (گروه * روزهای یادگیری) و به منظور تحلیل دادهای یادگیری فضایی هر روز به صورت جداگانه، حافظه فضایی در آزمون پروب و همچنین، سطوح آمیلوئیدبتا و sLRP-1 از تحلیل واریانس یک طرفه و در صورت نیاز از آزمون تعقیبی توکی در سطح معنی­داری (05/0≥P) استفاده شد.
 
یافته‌ها
 

شکل 2- سطح آمیلوئیدبتای محلول هیپوکمپ (الف) و پلاسما (ب) در گروه­های مختلف مطالعه. a: تفاوت معنی­دار با گروه کنترل (001/0>p)، b: تفاوت معنی­دار با گروه تزریق Aβ1-42 (001/0>p)

نتایج آزمون تحلیل واریانس یک طرفه نشان داد که بین سطح آمیلوئیدبتای هیپوکمپ در گروه­های مختلف تفاوت آماری معنی­داری وجود دارد (001/0>p، 026/77=F). به این صورت که سطح آمیلوئیدبتای هیپوکمپ در گروه تزریق Aβ_1-42 و همچنین، گروه ورزش+ تزریق Aβ_1-42 در مقایسه با دیگر گروه­ها به طور معنی­داری بیشتر است (001/0>p). جالب آن است که ورزش توانسته است سطح آمیلوئیدبتای هیپوکمپ را نسبت به گروه تزریق Aβ_1-42 به صورت معنی­داری کاهش دهد (001/0>p) (شکل 2 الف). بین سطح آمیلوئیدبتای پلاسما در گروه­های مختلف نیز تفاوت آماری معنی‌داری وجود داشت (001/0>p، 064/77=F). به طوری که سطح آمیلوئیدبتای پلاسما در گروه تزریق Aβ_1-42 و همچنین، گروه ورزش+ تزریق Aβ_1-42 در مقایسه با دیگر گروه­ها به طور معنی­داری افزایش یافت (001/0>p). همچنین، گروه ورزش+ تزریق Aβ_1-42 نسبت به گروه تزریق Aβ_1-42 سطح بالاتری از آمیلوئیدبتای پلاسما را نشان داد (001/0>p) (شکل 2 ب).
 

شکل 3- سطح sLRP-1 پلاسما در گروه­های مختلف مطالعه. a: تفاوت معنی­دار با گروه کنترل (05/0≥p)، b: تفاوت معنی­دار با گروه تزریق Aβ1-42 (001/0>p) شکل 4- میانگین زمان سپری شده برای یافتن سکو در گروه­های مورد مطالعه در مدت چهار روز آموزش ماز آبی موریس. a: تفاوت معنی­دار با گروه کنترل (05/0≥p)، b: تفاوت معنی­دار با گروه تزریق Aβ1-42 (001/0>p)

شکل 3، نتایج آزمون تحلیل واریانس یک طرفه را برای سطوح sLRP-1 پلاسما در گروه­های مختلف نشان می­دهد (001/0≥p، 081/56=F). بین سطوح sLRP-1 پلاسما در گروه تزریق Aβ_1-42 با دیگر گروه­ها (001/0≥p)، گروه ورزش+تزریق Aβ_1-42 با دیگر گروه­ها (001/0≥p)، و گروه­های ورزش و ورزش+ شم با گروه­ کنترل (05/0≥p) تفاوت معنی­داری وجود دارد (شکل 3).
بین گروه­های مورد مطالعه در اجرای آزمون سکوی آشکار تفاوت معنی­داری مشاهده نشد (05/0<p). نتایج آزمون تحلیل واریانس با اندازه‌گیری­های تکراری نشان­دهنده معنی­دار بودن روز (001/0>p، 470/828=F)، گروه (001/0>p، 730/76=F) و همچنین، تعامل دو متغیر مستقل روز و گروه (001/0>p، 265/8=F) بر زمان سپری شده برای یافتن سکو بود. نتایج آزمون تحلیل واریانس یک طرفه نشان داد که بین زمان سپری شده برای یافتن سکو در گروه­های مختلف در روزهای دوم (001/0>p، 47/30=F)، سوم (001/0>p، 924/39=F) و چهارم (001/0>p، 196/96=F) تفاوت آماری معنی­داری وجود دارد. مدت زمان سپری شده برای یافتن سکو در گروه­های تزریق Aβ_1-42 و ورزش + تزریق Aβ_1-42 در روزهای دوم تا چهارم به طور معنی­داری بیشتر از گروه­های دیگر بود (05/0≥p). همچنین، در روزهای دوم تا چهارم گروه ورزش + تزریق Aβ_1-42 در مقایسه با گروه Aβ_1-42 در مدت زمان کمتری سکو را یافتند (001/0>p). بین گروه­های شم، ورزش + شم، ورزش و کنترل تفاوت معنی­داری مشاهده نشد (05/0<p) (شکل 4).
نتایج آزمون پروب برای بررسی حافظه فضایی رت­ها نشان داد که زمان صرف شده در ربع دایره هدف برای گروه­های مختلف به طور معنی­داری متفاوت است (001/0≥p، 958/20=F). زمان سپری شده در ربع دایره هدف در گروه تزریق Aβ_1-42 به طور معنی­داری کمتر از گروه­های دیگر بود (01/0≥p). همچنین، گروه­های ورزش و ورزش + شم در مقایسه با گروه کنترل به طور معنی­دار عملکرد بهتری داشتند (05/0≥p) (شکل 5).
 

شکل 5- زمان سپری شده در ربع دایره هدف در گروه­های مورد مطالعه در آزمون پروب. a: تفاوت معنی­دار با گروه­های دیگر (01/0≥p)، b: تفاوت معنی­دار با گروه کنترل (05/0≥p)

بحث و نتیجه‌گیری
هدف از مطالعه حاضر، بررسی تأثیر پیش­آماده­سازی ورزشی 4 هفته­ای بر سطح آمیلوئیدبتای محلول و اختلال حافظه در رت­های مبتلا به بیماری آلزایمر القا شده با تزریق Aβ_1-42 بود. نتایج این مطالعه نشان داد که سطوح Aβ_1-42 محلول هیپوکمپ در رت­های گروه­های AD بیشتر از گروه کنترل است. همچنین، پیش­آماده­سازی ورزشی توانسته است سطوح آن را در مقایسه با گروه AD کاهش دهد. این مشاهده با یافته­های لین و همکاران (2015) و مور و همکاران (2016) همسو می­باشد (10, 23). با این حال، یوده و همکاران (2009) عدم تأثیر تمرین ورزشی بر سطوح آمیلوئیدبتای محلول مغزی را گزارش کرده­اند (24). دلیل این اختلاف را می­توان به مدل القای بیماری آلزایمر و زمانبندی شروع مداخله تمرینی نسبت داد. در مطالعه مذکور، از موش­های ترنسژنیک Tg2576 استفاده شده بود و تمرینات از سن 5 ماهگی شروع شد.
از آنجایی که تشکیل تجمعات سمی Aβ به غلظت زیاد آن وابسته است، مطالعاتی که در مراحل اولیه زندگی سطوح Aβ محلول را پایین نگه می­دارند، خطر بیماری آلزایمر را کاهش می­دهند (23). سطوح پایدار Aβ در نتیجه تعادل بین تولید و پاکسازی آن حاصل می­شود. از آنجایی که تولید Aβ تحت تأثیر فعالیت ورزشی قرار نمی­گیرد (25)، به نظر می­رسد که تفاوت­ها در Aβ محلول حاصله از مداخله تمرینی در تحقیق حاضر، به علت تغییرات در پاکسازی آن رخ داده است. پاکسازی Aβ از مغز از طریق تخریب، انتقال از طریق سد خونی-مغزی یا دستگاه لنفاتیک-گلیمفاتیک مغزی صورت می­گیرد که بهبود عملکرد آنها با تمرین ورزشی پیشتر گزارش شده است (10, 26).
یافته های تحقیق حاضر نشان داد که سطح Aβ_1-42 محلول پلاسمایی در گروه­های AD و ورزش + AD در مقایسه با گروه­های دیگر بالا بود که به احتمال زیاد به دلیل افزایش پاکسازی جبرانی در اثر تزریق Aβ_1-42 به مغز بوده است. همچنین، گروه ورزش + AD در مقایسه با گروه­ AD سطوح بالاتری از Aβ_1-42 محلول پلاسمایی را نشان دادند. فلاح­محمدی و همکاران (1392) نیز گزارش کرده­اند که سطح Aβ_1-42 محلول پلاسمایی در اثر تمرین ورزشی در رت­های دیابتی افزایش می­یابد (27). گمان می­شود که بین Aβ در مغز و خون محیطی تعادلی برقرار است. نشان داده شده است هنگامی که سطوح تام Aβ در مغز افزایش می­یابد، سطوح Aβ پلاسما و مایع مغزی نخاعی به طور همزمان کاهش می­یابد (28). بنابراین، این فرضیه مطرح شده است که تغییر این تعادل به سمت خون از طریق افزایش پاکسازی محیطی ممکن است سطوح Aβ در مغز را کاهش دهد، نگرشی که با عنوان "اثر سینک" شناخته می­شود (29). به نظر می­رسد که پیش­آماده­سازی ورزشی حاضر توانسته است با القای اثر سینک، پاکسازی Aβ مغزی به محیط را افزایش دهد.
افزایش سطوح LRP-1 مغزی به دنبال تمرین ورزشی در بیماری آلزایمر گزارش شده است (10)، اما تا آنجا که می­دانیم، تاکنون مطالعه­ای تأثیر ورزش بر میزان این حامل پروتئینی در خون، یعنی sLRP-1 را اندازه­گیری نکرده است. بالاتر بودن سطوح sLRP-1 در گروه­های ورزشی مطالعه حاضر موید این مطلب است که احتمالاً ورزش موجب افزایش رهاسازی آن می­شود. با این حال، سازوکارهای این امر نیاز به بررسی­های بیشتری دارد. sLRP-1 دمین خارج سلولی جدا شده از LRP-1 می­باشد که به طور طبیعی در پلاسما وجود دارد (30). sLRP-1 یک پروتئین اتصالی مهم برای Aβ گردش خون به شمار می­رود، به طوری که به 70 الی 90 درصد Aβ پلاسما متصل شده و با انتقال آن به سمت کبد و کلیه­ها برای پاکسازی نهایی، از دسترسی Aβ به مغز جلوگیری می­کند. نشان داده شده است که در بیماری آلزایمر، اتصال Aβ به sLRP-1 به علت کاهش سطوح آن کم شده و سطوح Aβ آزاد پلاسما افزایش می­یابد (31)؛ این حالت ممکن است از طریق انتقال رو به داخل به وسیله RAGE به افزایش سطوح Aβ مغزی منجر شود. با این حال، بالاتر بودن سطوح sLRP-1 در گروه AD در مقایسه با گروه کنترل در مطالعه حاضر، به احتمال زیاد به افزایش جبرانی این حامل پروتئینی در مراحل ابتدایی بیماری مربوط می­شود.
نتایج پژوهش حاضر نشان داد که یادگیری هر شش گروه تحقیق در طی روزهای آموزش ماز آبی، با کاهش زمان صرف شده برای رسیدن به سکو، افزایش یافت؛ با این حال، روند یادگیری بین این گروه­ها تفاوت داشت. با این که گروه­ها در زمان سپری شده برای رسیدن به سکو در روز اول تفاوت معنی­داری با یکدیگر نداشتند، گروه AD کمترین میزان یادگیری را در روزهای دوم تا چهارم نشان داد. اما گروه ورزش + Aβ در مقایسه با گروه AD یادگیری بهتری داشت. به عبارت دیگر، پیش­آماده­سازی ورزشی توانسته است روند یادگیری فضایی در مرحله اکتساب را بهبود بخشد. بهبود یادگیری فضایی در اثر تمرین ورزشی در موش­های پیر (26) و مبتلا به بیماری آلزایمر (31) پیشتر گزارش شده است. از سوی دیگر، عدم تغییر قابل توجه در زمان صرف شده برای رسیدن به سکو در گروه­های ورزشی در مقایسه با گروه کنترل، به این نکته اشاره دارد که در حالت طبیعی، یادگیری فضایی در ماز آبی تحت تأثیر فعالیت ورزشی قرار نمی­گیرد. این مشاهده با تحقیقات هوپکین و همکاران (2011) و خورشیداحمد و همکاران (2012) همسو می­باشد که عدم تأثیر تمرین ورزشی بر یادگیری فضایی در ماز آبی را در حیوانات سالم گزارش کرده­اند (22, 32). بنابراین، به نظر می­رسد زمانی که تخریب قابل ملاحظه­ای در یادگیری رخ داده باشد و یا عاملی مانع ایجاد یادگیری شده باشد، اثرات مثبت ورزش برجسته­تر می­باشد.
از سوی دیگر، نتایج مطالعه حاضر نشان داد که پیش­آماده­سازی ورزشی در رت­های سالم و رت­های مبتلا به بیماری آلزایمر، حافظه فضایی را در مقایسه با حیوانات غیرورزشی بهبود می­بخشد. هی و همکاران (2017) و برچتلد و همکاران (2010) نیز پیشتر آثار سودمند تمرین ورزشی بر حافظه فضایی را گزارش نموده­اند (26, 33). افزایش نرون­زایی، سیناپس­ها و شکل­پذیری سیناپسی، افزایش سطوح عوامل رشد عصبی در نقاط مختلف مغزی بویژه در هیپوکمپ از جمله سازوکارهای شناخته شده در بهبود عملکرد شناختی به دنبال تمرین ورزشی می­باشد (34-36). دلیل دیگری که بر اساس یافته­های این مطالعه می­تواند برای توجیه آثار سودمند ورزش منظم در بهبود یادگیری و حافظه فضایی در حیوانات مبتلا به بیماری آلزایمر ارائه شود، این است که پیش­آماده­سازی ورزشی توانسته است با افزایش پاکسازی Aβ و کاهش تجمع آن در مغز، عملکرد شناختی را افزایش دهد.
به طور کلی، نتایج مطالعه حاضر نشان داد که 4 هفته پیش­آماده­سازی ورزشی می­تواند با افزایش پاکسازی آمیلوئیدبتا از مغز، موجب کاهش سطوح Aβ محلول مغزی و افزایش سطوح پلاسمایی آن شود. همچنین، تمرین ورزشی پیش از القای بیماری آلزایمر توانست سطح sLRP-1 را که مهمترین حامل پروتئینی Aβ در خون برای انتقال به کبد و کلیه­ها برای پاکسازی نهایی می­باشد نیز افزایش دهد. در نهایت، پایین بودن سطح آمیلوئیدبتای محلول به دنبال پیش­آماده­سازی ورزشی موجب کاهش افت یادگیری و حافظه فضایی پس از القای بیماری آلزایمر شد.
 
منابع
1. Ballaed C, Gauthier S, Corbett A, Brayne C, Aarsland D. Jones e. Alzheimer's disease. Lancet; 2011.377:1019-31.
2. Palop JJ, Mucke L. Amyloid-[beta]-induced neuronal dysfunction in Alzheimer's disease: from synapses toward neural networks. Nat. Neurosci; 2010.13(7):812-8.
3. Prasansuklab A, Tencomnao T. Amyloidosis in Alzheimer’s disease: the toxicity of amyloid beta (Aβ), mechanisms of its accumulation and implications of medicinal plants for therapy. Evid. Based Complement. Alternat. Med; 2013.
4. Brouillette J, Caillierez R, Zommer N, Alves-Pires C, Benilova I, Blum D, et al. Neurotoxicity and memory deficits induced by soluble low-molecular-weight amyloid-β1–42 oligomers are revealed in vivo by using a novel animal model. J. Neurosci; 2012.32(23):7852-61.
5. Benilova I, Karran E, De Strooper B. The toxic A [beta] oligomer and Alzheimer's disease: an emperor in need of clothes. Nat. Neurosci; 2012. 15(3):349-57.
6. Gouras GK, Tampellini D, Takahashi RH, Capetillo-Zarate E. Intraneuronal β-amyloid accumulation and synapse pathology in Alzheimer’s disease. Acta neuropathologica; 2010.119(5):523-41.
7. Klein WL, Krafft GA, Finch CE. Targeting small Aβ oligomers: the solution to an Alzheimer's disease conundrum? TINS; 2001.24(4):219-24.
8. Wirths O, Multhaup G, Czech C, Blanchard V, Moussaoui S, Tremp G, et al. Intraneuronal Aβ accumulation precedes plaque formation in β-amyloid precursor protein and presenilin-1 double-transgenic mice. Neurosci. Lett; 2001.306(1):116-20.
9. Nath S, Agholme L, Kurudenkandy FR, Granseth B, Marcusson J, Hallbeck M. Spreading of neurodegenerative pathology via neuron-to-neuron transmission of β-amyloid. J. Neurosci; 2012.32(26):8767-77.
10. Lin TW, Shih YH, Chen SJ, Lien CH, Chang CY, Huang TY, et al. Running exercise delays neurodegeneration in amygdala and hippocampus of Alzheimer’s disease (APP/PS1) transgenic mice. Neurobiol Learn Mem; 2015.118:189-97.
11. Graff-Radford NR. Can aerobic exercise protect against dementia? Alzheimer's Res. Ther; 2011.3(1):6.
12. Dao AT, Zagaar MA, Alkadhi KA. Moderate treadmill exercise protects synaptic plasticity of the dentate gyrus and related signaling cascade in a rat model of Alzheimer’s disease. Mol. Neurobiol; 2015.52(3):1067-76.
13. Erickson KI, Voss MW, Prakash RS, Basak C, Szabo A, Chaddock L, et al. Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A; 2011.108(7):3017-22.
14. Liang KY, Mintun MA, Fagan AM, Goate AM, Bugg JM, Holtzman DM, et al. Exercise and Alzheimer's disease biomarkers in cognitively normal older adults. Ann. Neurol; 2010.68(3):311-8.
15. Nomura I, Takechi H, Kato N. Intraneuronally injected amyloid beta inhibits long-term potentiation in rat hippocampal slices. J. Neurophysiol; 2012.107(9):2526-31.
16. Zagaar M, Alhaider I, Dao A, Levine A, Alkarawi A, Alzubaidy M, et al. The beneficial effects of regular exercise on cognition in REM sleep deprivation: behavioral, electrophysiological and molecular evidence. Neurobiol. Dis; 2012.45(3):1153-62.
17. Mohammadpour JD, Hosseinmardi N, Janahmadi M, Fathollahi Y, Motamedi F, Rohampour K. Non-selective NSAIDs improve the amyloid-β-mediated suppression of memory and synaptic plasticity. Pharmacol. Biochem. Behav; 2015.132:33-41.
18. Paxinos G, Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates: San Diego: Academic. 1998.
19. Prakash A, Medhi B, Chopra K. Granulocyte colony stimulating factor (GCSF) improves memory and neurobehavior in an amyloid-β induced experimental model of Alzheimer's disease. Pharmacol. Biochem. Behav; 2013.110:46-57.
20. Stephan A, Laroche S, Davis S. Generation of aggregated β-amyloid in the rat hippocampus impairs synaptic transmission and plasticity and causes memory deficits. J. Neurosci; 2001.21(15):5703-14.
21. Zhang Q, Zhao H, Liu W, Zhang Z, Qin H, Luo F, et al. Developmental perfluorooctane sulfonate exposure results in tau hyperphosphorylation and β-amyloid aggregation in adults rats: Incidence for link to Alzheimer’s disease. Toxicology. 2016;347:40-6.
22. Khorshidahmad T, Tabrizian K, Vakilzadeh G, Nikbin P, Moradi S, Hosseini-Sharifabad A, et al. Interactive effects of a protein kinase AII inhibitor and testosterone on spatial learning in the Morris water maze. Behav. Brain Res; 2012.228(2):432-9.
23. Moore KM, Girens RE, Larson SK, Jones MR, Restivo JL, Holtzman DM, et al. A spectrum of exercise training reduces soluble Aβ in a dose-dependent manner in a mouse model of Alzheimer's disease. Neurobiol. Dis; 2016.85:218-24.
24. Yuede CM, Zimmerman SD, Dong H, Kling MJ, Bero AW, Holtzman DM, et al. Effects of voluntary and forced exercise on plaque deposition, hippocampal volume, and behavior in the Tg2576 mouse model of Alzheimer's disease. Neurobiol. Dis; 2009.35(3):426-32.
25. Adlard PA, Perreau VM, Pop V, Cotman CW. Voluntary exercise decreases amyloid load in a transgenic model of Alzheimer's disease. J. Neurosci; 2005.25(17):4217-21.
26. He XF, Liu DX, Zhang Q, Liang FY, Dai GY, Zeng JS, et al. Voluntary exercise promotes glymphatic clearance of amyloid beta and reduces the activation of astrocytes and microglia in aged mice. Front. Mol. Neurosci.; 2017.10.
27. Fallah mohammadi Z, Ebrahimzadeh M, Safaiee A. The combined effect of voluntary wheel running and Allium paradoxum on plasma Amyloid beta1-42 levels of diabetic rats. RJMS; 2013.20:29-37. (Persian)
28. Kawarabayashi T, Younkin LH, Saido TC, Shoji M, Ashe KH, Younkin SG. Age-dependent changes in brain, CSF, and plasma amyloid β protein in the Tg2576 transgenic mouse model of Alzheimer's disease. J. Neurosci; 2001.21(2):372-81.
29. DeMattos RB, Bales KR, Cummins DJ, Paul SM, Holtzman DM. Brain to plasma amyloid-β efflux: a measure of brain amyloid burden in a mouse model of Alzheimer's disease. Science; 2002.295(5563):2264-7.
30. Quinn KA, Grimsley PG, Dai YP, Tapner M, Chesterman CN, Owensby DA. Soluble low density lipoprotein receptor-related protein (LRP) circulates in human plasma. J. Biol. Chem; 1997.272(38):23946-51.
31. Parachikova A, Nichol K, Cotman C. Short-term exercise in aged Tg2576 mice alters neuroinflammation and improves cognition. Neurobiol. Dis; 2008.30(1):121-9.
32. Hopkins ME, Nitecki R, Bucci DJ. Physical exercise during adolescence versus adulthood: differential effects on object recognition memory and brain-derived neurotrophic factor levels. Neuroscience; 2011.194:84-94.
33. Berchtold NC, Castello N, Cotman CW. Exercise and time-dependent benefits to learning and memory. Neuroscience; 2010.167(3):588-97.
34. Garcia PC, Real CC, Ferreira AF, Alouche SR, Britto LR, Pires RS. Different protocols of physical exercise produce different effects on synaptic and structural proteins in motor areas of the rat brain. Brain Res.; 2012.1456:36-48.
35. Molteni R, Ying Z, Gómez‐Pinilla F. Differential effects of acute and chronic exercise on plasticity‐related genes in the rat hippocampus revealed by microarray. Eur. J. Neurosci; 2002.16(6):1107-16.
36. Uysal N, Tugyan K, Kayatekin BM, Acikgoz O, Bagriyanik HA, Gonenc S, et al. The effects of regular aerobic exercise in adolescent period on hippocampal neuron density, apoptosis and spatial memory. Neurosci. Lett; 2005.383(3):241-5.