Efecto del ejercicio físico voluntario sobre las capacidades de memoria en un modelo animal de asfixia perinatal

Abstract

La asfixia perinatal (AP) es una de las principales causas de muerte y daño neurológico en los recién nacidos, y se presenta generalmente asociada al periodo de parto. Es definida como un insulto metabólico causado por la interrupción temporal del aporte de oxígeno al organismo, que conlleva a muerte celular induciendo efectos deletéreos a nivel neurológico. Esta patología ha sido ampliamente estudiada en modelos animales, siendo el modelo en ratas bien caracterizado y clínicamente relevante para reproducir la asfixia perinatal humana. Dentro de las regiones cerebrales más vulnerables a la asfixia se encuentran el hipocampo, ganglios basales y cerebelo induciendo alteraciones motoras y cognitivas. Es ampliamente reconocido que el ejercicio físico posee un efecto neuroprotector frente a eventuales daños del sistema nervioso central, ya sea por envejecimiento o una injuria específica. En respuesta al ejercicio se liberan distintos factores tróficos que promueve un aumento en plasticidad y neurogénesis; a la vez que produce mejoras en nuestras capacidades cognitivas como la memoria. Estudios previos de nuestro laboratorio sugieren que el ejercicio tendría un efecto benéfico en la memoria que se corelacionaría con un incremento en la actividad histaminérgica cerebral. Por otro lado, se ha descrito que la AP genera déficits cognitivos evaluados con una tarea de reconocimiento de objetos que se correlacionan a una disminución en el número de células histaminérgicas en el núcleo túberomamilar del hipotálamo. Así, el objetivo de este trabajo es estudiar si el ejercicio físico voluntario es capaz de mejorar el deterioro cognitivo, específicamente de memoria y la plasticidad hipocampal en ratas con AP. Para ello, en ratas sedentarias (espontánea n=6, cesárea n=6 y asfíctica n=6) y ratas que hacen ejercicio voluntario en rueda por 21 días (espontánea n=6, cesárea n=6 y asfíctica n=5) se evaluó (i) la memoria dependiente de hipocampo mediante una tarea de reconocimiento de la posición de objetos; (ii) la plasticidad neuronal hipocampal mediante inmunohistoquímica (IHQ) para Arc y (iii) la actividad histaminérgica en el núcleo túbero-mamilar mediante doble IHQ para c-fos y ADA, (un marcador de fenotipo histaminérgico). Los resultados obtenidos evidencian que el ejercicio indujo (i) un incremento en la capacidad de memoria de los animales con AP alcanzando un desempeño similar al del grupo control, (ii) un incremento en la inmunoreactividad de Arc en el hipocampo de ratas con AP. La actividad histaminérgica cerebral en las ratas AP no evidenció cambios, lo que si fue observado en los grupos controles, donde aumentó la activación del sistema histaminérgico. Estos datos sugieren que el ejercicio voluntario mejora las capacidades de memoria de animales que sufren AP en paralelo a un incremento en la plasticidad hipocampal, independiente del sistema histaminérgico. Sin embargo, se requieren estudios que incorporen un mayor número de variables del ejercicio para poder determinar qué parámetro del mismo se correlaciona con estas ganancias cognitivas.

Perinatal asphyxia (PA), is a leading cause of death and neurological damage in the neural system between the newborns, and generally, it presents associated at the delivery. Is defined by a metabolic insult caused by a temporary interruption of oxygen supply to the organism, which leads to cellular death-inducing deleterious effects at the neurological level. This pathology has been widely studied in animal models, been the rat model well-characterized and clinically relevant to study human PA. Hippocampus, basal ganglia, and cerebellum are within the most vulnerable regions in asphyxia inducing cognitive and motor disorders. It’s widely known that physical exercise has a neuroprotector effect against possible damage in central nervous system, either by aging or a particular injury. In response to exercise different kind of trophic factors are released which promote an increase in plasticity and neurogenesis; at the same time, it produces improvements in our cognitive capacities like memory. According to previous results from our laboratory exercise it would have a beneficial effect on memory, correlated with an increase in histaminergic cerebral activity. By the other side, it has been proposed that perinatal asphyxia generates cognitive deficits evaluated by an object recognition test and that is correlated with a decrease in the number of histaminergic cells in tuberomammillary nucleus (TMN) at the hypothalamus. The primary objective of this work was study if voluntary physical exercise is able to improve the cognitive impairment, specifically in memory, and hippocampal plasticity in PA rats. For that objective hippocampal-dependent memory was evaluated by object location task in sedentary rats (spontaneous n=6, cesarean n=6 and asphytic n=6) versus rats that are able to voluntary run by 21 days in an exercise wheel (spontaneous n=6, cesarean n=6 and asphytic n=6). It was also evaluated hippocampal plasticity by Arc immunohistochemistry and histaminergic activity in the TMN by double immunohistochemistry to c-Fos and ADA (an histaminergic phenotype marker). The obtained results show that exercise (i) induced a memory increase in PA animals, achieving similar performance to the control group, (ii) Produced an increase in Arc immunoreactivity (plasticity associated protein) in PA rats at the hippocampus. (iii) There are no changes in histaminergic activity of the perinatal asphyxia rats, which in turn, was observed at control groups, where histaminergic system activation increased. This data suggest that voluntary exercise improves memory capacities in PA animal, at time with an increase in hippocampal plasticity, independent of the histaminergic system. Nevertheless, further studies are needed with a greater number of exercise variables to determine which one is correlated with this cognitive improvement.