Effekter af aerob træning kombineret med spirulina-kosttilskud på indlæring og hukommelse hos rotter med type 2-diabetes og dens mekanisme
Omkring 65% af patienter med type 2-diabetes ledsages af kognitiv dysfunktion i hjernen, som manifesterer sig i deres tidlige fase og forværres med forlængelsen af sygdomsforløbet. De kliniske manifestationer af kognitiv dysfunktion i diabetes er hovedsageligt lærings- og hukommelsesevne, især faldet i rumlig positioneringsevne og endda Alzheimers sygdom, som er blevet et globalt medicinsk og folkesundhedsmæssigt problem. Det er kendt, at lægemiddelbehandling er nødvendig i indlærings- og hukommelsesbehandlingen af diabetes, men den kliniske behandlingseffekt er ikke ideel, og der er mange bivirkninger. På det seneste mener flere og flere undersøgelser, at brugen af naturlige produkter til at forebygge diabetesindlæring og -hukommelse kan give samme effekt med færre bivirkninger. Spirulina er en ernæringsmæssigt omfattende og afbalanceret ren naturlig fødevare med biologiske funktioner, herunder anti-træthed, anti-aldring og immunregulering. Den relaterede forskning i spirulina og diabetes fokuserer hovedsageligt på at sænke blodsukkeret, hæmme den renale inflammatoriske signalvej og være antiinflammatorisk. Den seneste opdagelse viser, at spirulina har en effekt mod Alzheimers sygdom på hukommelsessvækkelse hos mus. Der er dog kun forsket lidt i spirulinas effekt på indlæring og hukommelse ved diabetes. Aerob træning er grundlaget for indlæring og hukommelsesfunktion for at forebygge og behandle diabetes. Kim og andre undersøgelser har vist, at traditionel aerob løbebåndstræning kan forbedre korttidshukommelsen og den rumlige indlæringsevne hos diabetesrotter. Men indtil videre er effekten af aerob træning kombineret med spirulina-tilskud på indlæring og hukommelse ved diabetes stadig uklar.

Derfor har denne undersøgelse til hensigt at bruge modellen med type 2-diabetesrotter til at undersøge virkningerne af aerob træning og spirulina på forbedringen af indlæring og hukommelse hos diabetesrotter og på ekstracellulær signalreguleret kinase (ERK), cAMP-responselementbindende protein (CREB) signalvejsproteiner og hippocampal celleapoptose for at tilvejebringe eksperimentelle data til at finde nye metoder til at forbedre indlæring og hukommelse i diabetes og anvendelsen af spirulina i sportsmedicin.

Oral glukosetolerancetest (OGTT) er i øjeblikket guldstandarden for evaluering af glukosemetabolismens status og er også en almindeligt anvendt metode til klinisk vurdering af betacellefunktionen i bugspytkirtlen og insulinfølsomheden. Denne undersøgelse fulgte Hou et al.s metode og udførte OGTT-test på rotter, der blev fodret med fedtfattig kost i 5 uger. Det viste sig, at rotterne udviste fastende hyperglykæmi og hyperinsulinæmi, hvilket tyder på nedsat glukosetolerance og insulinresistens. Kombineret med den selektive ødelæggelse af betacellerne i bugspytkirtlen ved STZ-injektion blev symptomerne på overdrevent drikkeri, spisning og vandladning hos modelrotterne mere og mere tydelige efter en uge. Samtidig viste rotterne under forsøget vægttab, sparsomt hår med gul og kedelig farve, løs afføring og langsomme bevægelser. Efter 8 ugers eksperimentel cyklus optrådte de vigtigste kliniske egenskaber ved hyperglykæmi og hyperinsulinæmi stadig i modelrotterne af type 2-diabetes, hvilket indikerer, at modelrotterne af type 2-diabetes er blevet induceret med succes. Årsagen til de højere insulinniveauer i modelmusene under forsøget kan være relateret til faldet i insulinreceptorindholdet på målcellemembranen, den reducerede effektivitet af insulinvirkningen og den overdrevne kompenserende sekretion af insulin i kroppen. Otte ugers aerob træning kan reducere blodsukkeret og insulinniveauet hos rotter, men har ingen tydelig effekt på kropsvægten. Årsagen kan være relateret til, at regelmæssig motion kan øge insulinreceptorfølsomheden i skeletmuskulaturen hos diabetesrotter, fremme den direkte optagelse af glukose i skeletmuskulaturen og reducere blodsukkeret; og denne effekt afhænger ikke af vægttab.

Undersøgelser har bekræftet, at rotter med fedtfattig kost og STZ-induceret diabetes har indlærings- og hukommelsesforstyrrelser. Morris vandlabyrint-test viste også, at de hyperglykæmiske type 2-diabetesrotter, der blev induceret af denne undersøgelse, havde et betydeligt fald i rumlig indlæring og hukommelsesevne, hvilket var i overensstemmelse med tidligere undersøgelser. Dyreforsøg har bekræftet, at højt blodsukker kan forårsage celleapoptose. Denne undersøgelse viste, at sammenlignet med kontrolgruppen steg apoptosehastigheden for hippocampusceller i de hyperglykæmiske modelrotter betydeligt, hvilket indikerer, at den høje glukosestatus for diabetes forårsagede en mere markant stigning i hippocampuscelleapoptose, hvilket var i overensstemmelse med tidligere undersøgelser. Samtidig blev rotternes flugtlatens betydeligt forlænget, og antallet af gange, de krydsede platformen, blev betydeligt reduceret, hvilket tyder på, at nedgangen i indlærings- og hukommelsesevnen ved diabetes var tæt forbundet med apoptose af hippocampusneuroner. Aerob træning har en antiapoptotisk effekt på hippocampusceller. Efter otte ugers løbebåndstræning blev apoptosefrekvensen for hippocampusceller i modelmusene reduceret betydeligt, og indlærings- og hukommelsesfunktionen blev forbedret. Dette indikerer, at langvarig aerob træning har den effekt, at den modvirker apoptotisk skade på hippocampusceller og forbedrer indlæring og hukommelse ved diabetes, hvilket kan være relateret til den hypoglykæmiske effekt.

I de senere år er studiet af forholdet mellem ændringer i signaltransduktionsveje i nervesystemet og indlæring og hukommelse blevet et nyt forskningsområde. ERK er vidt udbredt i centralnervesystemet med et betydeligt udtryk i områder som hippocampus, striatum og præfrontal cortex og er tæt forbundet med indlæring og hukommelse. CREB er et nukleart protein, der har til formål at regulere gentranskription. CREB er et af de vigtigste downstream-signalmolekyler for ERK. Aktiveret ERK regulerer synaptisk plasticitet og forbedrer hjernens indlærings- og hukommelsesevne ved at aktivere udtrykket af downstream CREB. Den intracellulære ERK/CREB-signalvej spiller en "switch"-rolle i reguleringen af hjernens indlærings- og hukommelsesevner samt synaptisk plasticitet. Fosforylering af signalmolekyler er en måde at aktivere signalveje på. Resultaterne af denne undersøgelse viste, at sammenlignet med kontrolgruppen var niveauerne af p-ERK/ERK og p-CREB/CREB i modelrotter betydeligt reduceret, hvilket tyder på, at hyperglykæmi i diabetes kan forårsage nedregulering af ERK/CREB-signaler. Efter aerob løbebåndstræning steg niveauerne af p-ERK/ERK og p-CREB/CREB i modelrotterne markant, hvilket indikerer, at moderat træning kan påvirke udtrykket af ERK/CREB-signalproteiner, reparere hippocampus-neuronskader og forbedre indlæring og hukommelse. Aerob træning er en ikke-farmakologisk metode, der direkte påvirker hippocampus og neurale synapser. Langvarig aerob træning kan fremme udtrykket af hippocampus-hukommelsesrelaterede proteiner som ERK og CREB og dermed reparere skader på hippocampus-neuronceller og forbedre indlæring og hukommelse. Forskning har også vist, at dæmpning af CREB-ekspressionen kan fremme apoptose af kortikale neuroner, der udsættes for iltglukosemangel/reoxygenering. Opreguleringen af ERK- og CREB-signalvejsproteiner har anti-apoptotiske effekter og opnår neurobeskyttende effekter gennem denne vej. ERK-signalvejen kan være en fælles mekanisme til at fremkalde synaptisk plasticitet i flere hippocampus. Cystinyl-aspartat-specifik protease-3 (caspase-3) er en drivkraft og et vigtigt udøvende molekyle i celleapoptose, og aktiveringen er et vigtigt trin i spaltningen af celleproteiner under programmeret celledød. Denne undersøgelse viser, at aerob træning opregulerer ERK/CREB-signalering, reducerer udtrykket af aktiveret caspase-3 og hæmmer celleapoptose. Det spekuleres i, at aerob træning under denne eksperimentelle tilstand kan reducere blodsukkeret, opregulere ERK/CREB-signalvejen, reducere udtrykket af spaltet caspase-3, forbedre hippocampus' evne til at modstå apoptose, fremme reparationen af hippocampus-neuroner og dermed forhindre nedgangen i rumlig indlæring og hukommelse relateret til diabetes. På nuværende tidspunkt er der kun lidt forskning i ERK/CREB-signalet og aerob træning mod diabetesindlæring og -hukommelse. ERK/CREB-signalformidlet anti-apoptoseeffekt på hippocampusceller kan være en af de neurobeskyttende mekanismer ved motion, der forbedrer indlæring og hukommelse ved diabetes.

Spirulina har mange funktioner, såsom hypoglykæmisk, antioxidant og så videre. Det kaldes kilden til menneskeligt protein i det 21. århundrede. På nuværende tidspunkt gør mange lande spirulina til ernæringsmæssig helsekost, som bruges til at supplere menneskers ernæringsbehov og forebygge og behandle forskellige sygdomme (som f.eks. diabetes, forhøjet blodtryk osv.). Nylige undersøgelser har vist, at spirulina har neurobeskyttende virkninger på forbedring af hukommelsen og modstand mod hukommelsesskader. Mekanismen er relateret til at øge ekspressionen af nNOS, hæmme ekspressionen af GSK-3 β-protein og forbedre kognitiv dysfunktion hos rotter forårsaget af A β 1-42-proteinaflejring. Der er dog ingen rapporter om, at spirulina forbedrer indlæring og hukommelse ved diabetes. Det er stadig uklart, om spirulina kan forbedre eller styrke indlæring og hukommelse hos rotter med diabetes ved at reducere blodsukkeret og påvirke ERK/CREB-signalvejen.

Denne undersøgelse viser, at indlæring og hukommelse hos rotter i diabetesmodellen forbedres betydeligt efter tilskud med spirulina, mens blodsukkeret og insulinindholdet falder, ERK/CREB-signalet i hippocampus øges betydeligt, og den spaltede caspase-3 og apoptosehastigheden reduceres betydeligt. Det tyder på, at spirulina kan forbedre indlæring og hukommelse ved at reducere blodsukkeret og reparere funktionen af beskadigede ø-celler i bugspytkirtlen. Mekanismen kan opnås ved at øge ERK/CREB-signalet i hippocampus og hæmme apoptose af hippocampusceller. Tidligere undersøgelser har vist, at spirulina opregulerer den hjerneafledte neurotrofiske faktor (BDNF) i hippocampus og forbedrer hippocampusskaden hos rotter i træthedsmodellen. Brain derived neurotrophic factor (BDNF) binder sig til sin tyrosinkinase-receptor B (TrkB) og kan inducere CREB-aktivering ved at aktivere ERK, hvilket resulterer i vedvarende CREB-signalering; Forbedring af ERK/CREB-signalering af BDNF/TrkB er gavnlig for at forbedre hippocampus' indlæring og hukommelse. I undersøgelsen af app/ps1-mus viste det sig, at en stigning i β-amyloidproteinniveauer nedregulerede CREB-fosforylering, hvilket førte til en nedregulering af TrkB-autofosforylering induceret af BDNF i hippocampus og et fald i CREB-ekspression aktiveret af ERK, hvilket kan forårsage et fald i indlærings- og hukommelsesevnen. Spirulina kan opregulere ERK, CREB og andre vigtige signalmolekyler i hippocampusneuroners indlæring og hukommelse og til en vis grad hæmme celleapoptose, hvilket kan være en af de nye hjernebeskyttende mekanismer mod indlærings- og hukommelsesskader ved diabetes.

Undersøgelsen viste desuden, at efter 8 ugers træning kombineret med spirulina var effekten på indlæring og hukommelse hos diabetesrotter også bedre end hos den enkelte aerobiske træningsgruppe og spirulina-gruppen, hvilket indikerer, at træning kombineret med spirulina har en synergistisk effekt. Træningsterapi som supplement til medicinsk behandling har gode anvendelsesmuligheder. Den forbedrede effekt af aerob træning kombineret med spirulina er i overensstemmelse med den neurobeskyttende effekt af aerob træning kombineret med resveratrol i type 2-diabetesmodellen. Mekanismeundersøgelsen viste, at niveauerne af p-ERK/ERK og p-CREB/CREB i træningsspirulina-kombinationsgruppen var signifikant højere end dem i den enkelte aerobe træning og spirulina-gruppe, udtrykket af spaltet caspase-3 blev signifikant reduceret, og apoptosehastigheden blev signifikant reduceret, hvilket tyder på, at motion kombineret med spirulina-tilskud yderligere kan aktivere ERK/CREB-signalvejen, fremme aktiveringen af nøgleproteinerne ERK og CREB i hippocampus-hukommelsen, effektivt hæmme apoptose af hippocampus-celler og derved spille en neurobeskyttende rolle i at reducere blodsukkeret og forbedre indlæring og hukommelse hos diabetesrotter. Dette kan være en vigtig grund til, at motion kombineret med spirulina kan forbedre indlæring og hukommelse ved diabetes. Motion kombineret med kosttilskud kan blive en ny måde at forbedre indlæring og hukommelse på ved diabetesrelaterede neurodegenerative sygdomme.

Det er værd at bemærke, at insulinniveauet i DES-gruppen i denne undersøgelse stort set er kommet sig til det normale niveau i den sene interventionsperiode (den 8. uge), og selv om dens blodsukkerkoncentration er forbedret betydeligt, er den stadig betydeligt højere end det normale niveau, hvilket tyder på, at diabetes er en kontinuerlig progressiv sygdom, motion og spirulina ikke kan genoprette blodsukkeret til den normale tilstand på en begrænset tid, men kan reparere den beskadigede ø-cellefunktion, så insulinudskillelsen har en tendens til at være normal. Det foreslås, at patienter med type 2-diabetes skal holde sig til regelmæssig aerob træning i lang tid og være opmærksomme på det passende tilskud af spirulina i kosten.

Det kan ses, at under betingelserne for dette eksperiment kan aerob træning og spirulina effektivt reducere blodsukkeret, forbedre indlæringen og hukommelsen hos type 2-diabetesrotter, og træning kombineret med spirulina har en mere åbenlys applikationseffekt, som er bedre end simpel aerob træning og spirulina. Dens mekanisme er relateret til dens opregulering af ERK / CREB-signal i hippocampus, reduktion af ekspressionen af spaltet caspase-3, inhibering af celleapoptose til en vis grad og spiller en beskyttende rolle i hippocampale neuroner. ERK/CREB-signalvejen kan blive et potentielt mål for aerob træning og spirulina for at forbedre indlæring og hukommelse i hippocampus ved diabetes.