Spirulina besin takviyesi ile birlikte aerobik egzersizin tip 2 diyabet sıçanlarında öğrenme ve hafıza üzerine etkileri ve mekanizması
Tip 2 diyabetli hastaların yaklaşık 65%'sine, erken evrelerinde ortaya çıkan ve hastalığın seyrinin uzamasıyla kötüleşen beyin bilişsel işlev bozukluğu eşlik etmektedir. Diyabette bilişsel işlev bozukluğunun klinik belirtileri temel olarak öğrenme ve hafıza yeteneği, özellikle de uzamsal konumlandırma yeteneğinin azalması ve hatta küresel bir tıp ve halk sağlığı sorunu haline gelen Alzheimer hastalığıdır. Diyabetin öğrenme ve hafıza tedavisinde ilaç tedavisinin gerekli olduğu bilinmektedir, ancak klinik tedavi etkisi ideal değildir ve birçok advers reaksiyon vardır. Son zamanlarda, diyabet öğrenme ve hafızayı önlemek için doğal ürünlerin kullanımının daha az yan etki ile aynı etkiyi yaratabileceğine inanan çalışmalar giderek artmaktadır. Spirulina, anti yorgunluk, anti-aging ve bağışıklık düzenlemesi gibi biyolojik işlevlere sahip, besinsel olarak kapsamlı ve dengeli saf doğal bir besindir. Spirulina ve diyabetle ilgili araştırmalar temel olarak kan şekerini düşürmesi, renal inflamatuar sinyal yolunu inhibe etmesi ve anti-inflamatuar özelliğine odaklanmaktadır. Son keşif, spirulinanın farelerde hafıza bozukluğu üzerinde Alzheimer hastalığına karşı bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Ancak spirulinanın diyabette öğrenme ve hafıza üzerindeki etkisi konusunda çok az araştırma yapılmıştır. Aerobik egzersiz, diyabeti önlemek ve tedavi etmek için öğrenme ve hafıza fonksiyonunun temelini oluşturmaktadır. Kim ve diğer çalışmalar, geleneksel aerobik koşu bandı egzersizinin diyabet sıçanlarının kısa süreli hafızasını ve uzamsal öğrenme yeteneğini geliştirebileceğini göstermiştir. Ancak şu ana kadar, spirulina takviyesi ile birlikte aerobik egzersizin diyabetin öğrenme ve hafızası üzerindeki etkisi belirsizliğini korumaktadır.

Bu nedenle, bu çalışma, aerobik egzersiz ve spirulinanın diyabet sıçanlarında öğrenme ve hafızanın iyileştirilmesi ve hücre dışı sinyal düzenlenmiş kinaz (ERK), cAMP yanıt elemanı bağlayıcı protein (CREB) sinyal yolu proteinleri ve hipokampal hücre apoptozu üzerindeki etkilerini incelemek için tip 2 diyabet sıçan modelini kullanmayı ve böylece diyabette öğrenme ve hafızayı iyileştirmek için yeni yöntemler bulmak ve spor tıbbında spirulinanın uygulanması için deneysel veriler sağlamayı amaçlamaktadır.

Oral glukoz tolerans testi (OGTT) günümüzde glukoz metabolizması durumunu değerlendirmek için altın standarttır ve aynı zamanda pankreatik beta hücre fonksiyonu ve insülin duyarlılığının klinik değerlendirmesinde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu çalışmada Hou ve arkadaşlarının yöntemi izlenmiş ve 5 hafta boyunca yüksek yağlı diyetle beslenen sıçanlar üzerinde OGTT testi yapılmıştır. Sıçanların açlık hiperglisemisi ve hiperinsülinemi sergilediği, bunun da bozulmuş glukoz toleransı ve insülin direncine işaret ettiği bulunmuştur. STZ enjeksiyonu ile pankreatik beta hücrelerinin seçici olarak yok edilmesiyle birlikte, bir hafta sonra model sıçanlarda aşırı içme, yeme ve idrara çıkma semptomları giderek daha belirgin hale geldi. Aynı zamanda, deney sırasında sıçanlar kilo kaybı, sarı ve donuk renkli seyrek saçlar, gevşek dışkı ve yavaş hareketler göstermiştir. 8 haftalık deneysel döngüden sonra, hiperglisemi ve hiperinsülineminin temel klinik özellikleri tip 2 diyabet model sıçanlarında hala ortaya çıkmıştır, bu da tip 2 diyabet model sıçanlarının başarılı bir şekilde indüklendiğini göstermektedir. Deney sırasında model farelerdeki daha yüksek insülin seviyelerinin nedeni, hedef hücre zarındaki insülin reseptör içeriğinin azalması, insülin etkisinin etkinliğinin azalması ve vücut tarafından aşırı telafi edici insülin salgılanması ile ilgili olabilir. Sekiz haftalık aerobik egzersiz, sıçanların kan şekeri ve insülin seviyelerini azaltabilir, ancak vücut ağırlığı üzerinde belirgin bir etkisi yoktur. Bunun nedeni, düzenli egzersizin diyabet sıçanlarında iskelet kasının insülin reseptör duyarlılığını artırabilmesi, glikozun iskelet kası tarafından doğrudan alımını teşvik edebilmesi ve kan şekerini azaltabilmesi ile ilgili olabilir; Ve bu etki kilo kaybına bağlı değildir.

Çalışmalar, yüksek yağlı diyet ve STZ ile indüklenen diyabet modeli sıçanlarda öğrenme ve hafıza bozuklukları olduğunu doğrulamıştır. Morris su labirenti testi, bu çalışma ile indüklenen hiperglisemik tip 2 diyabet sıçanlarının uzamsal öğrenme ve hafıza yeteneğinde önemli bir düşüş olduğunu ve bunun önceki çalışmalarla tutarlı olduğunu göstermiştir. Hayvan çalışmaları, yüksek kan şekerinin hücre apoptozuna neden olabileceğini doğrulamıştır. Bu çalışmada, kontrol grubuyla karşılaştırıldığında, hiperglisemik model sıçanlarda hipokampal hücrelerin apoptoz oranının önemli ölçüde arttığı bulunmuştur, bu da diyabetin yüksek glikoz durumunun hipokampal hücre apoptozunda daha önemli bir artışa neden olduğunu göstermektedir, bu da önceki çalışmalarla tutarlıdır. Aynı zamanda, sıçanların kaçış gecikmesi önemli ölçüde uzamış ve platformu geçme sayısı önemli ölçüde azalmıştır, bu da diyabette öğrenme ve hafıza yeteneğindeki düşüşün hipokampal nöronların apoptozu ile yakından ilişkili olduğunu göstermektedir. Aerobik egzersizin hipokampal hücreler üzerinde anti apoptotik etkisi vardır. Sekiz haftalık koşu bandı egzersizinden sonra, model farelerdeki hipokampal hücrelerin apoptoz oranı önemli ölçüde azalmış, öğrenme ve hafıza fonksiyonu iyileşmiştir. Bu, uzun süreli aerobik egzersizin hipokampal hücrelerin apoptotik hasarını önleme ve hipoglisemik etkisiyle ilişkili olabilecek diyabetin öğrenme ve hafızasını geliştirme etkisine sahip olduğunu göstermektedir.

Son yıllarda, sinir sistemindeki sinyal iletim yollarındaki değişiklikler ile öğrenme ve hafıza arasındaki ilişkinin incelenmesi yeni bir araştırma alanı haline gelmiştir. ERK, hipokampus, striatum ve prefrontal korteks gibi bölgelerde önemli ölçüde ifade edilerek merkezi sinir sisteminde yaygın olarak dağılır ve öğrenme ve hafıza ile yakından ilişkilidir. CREB, gen transkripsiyonunu düzenleme işlevine sahip bir nükleer proteindir. CREB, ERK'nin en önemli aşağı akış sinyal moleküllerinden biridir. Aktive edilmiş ERK, sinaptik plastisiteyi düzenler ve aşağı akış CREB'nin ekspresyonunu aktive ederek beyin öğrenme ve hafıza yeteneklerini geliştirir. Hücre içi ERK/CREB sinyal yolu, beyin öğrenme ve hafıza yeteneklerinin yanı sıra sinaptik plastisitenin düzenlenmesinde bir "anahtar" rolü oynar. Sinyal moleküllerinin fosforilasyonu, sinyal yollarını aktive etmenin bir yoludur. Bu çalışmanın sonuçları, kontrol grubu ile karşılaştırıldığında, model sıçanlarda p-ERK/ERK ve p-CREB/CREB seviyelerinin önemli ölçüde azaldığını göstermiştir; bu da diyabetteki hipergliseminin ERK/CREB sinyallerinin aşağı regülasyonuna neden olabileceğini düşündürmektedir. Aerobik koşu bandı egzersizinden sonra, model sıçanlarda p-ERK/ERK ve p-CREB/CREB seviyeleri önemli ölçüde artmıştır, bu da ılımlı egzersizin ERK/CREB sinyal proteinlerinin ifadesini etkileyebileceğini, hipokampal nöron hasarını onarabileceğini ve öğrenme ve hafızayı geliştirebileceğini göstermektedir. Aerobik egzersiz, hipokampüsü ve nöral sinapsları doğrudan etkileyen farmakolojik olmayan bir yöntemdir. Uzun süreli aerobik egzersiz, ERK ve CREB gibi hipokampal hafıza ile ilgili proteinlerin ekspresyonunu teşvik ederek hipokampal nöronal hücre hasarını onarma ve öğrenme ve hafızayı iyileştirme etkisi sağlayabilir. Araştırmalar ayrıca CREB ifadesinin susturulmasının oksijen glikoz yoksunluğuna/reoksijenasyona maruz kalan kortikal nöronların apoptozunu teşvik edebileceğini göstermiştir. ERK ve CREB sinyal yolu proteinlerinin yukarı regülasyonu anti apoptotik etkilere sahiptir ve bu yolla nöroprotektif etkiler elde edilir. ERK sinyal yolu, çoklu hipokampusta sinaptik plastisiteyi indüklemek için ortak bir mekanizma olabilir. Sistinil aspartat spesifik proteaz-3 (kaspaz-3), hücre apoptozunun itici gücü ve kilit yönetici molekülüdür ve aktivasyonu, programlanmış hücre ölümü sırasında hücre proteini bölünmesinde önemli bir adımdır. Bu çalışma aerobik egzersizin ERK/CREB sinyalini yukarı doğru düzenlediğini, aktive kaspaz-3 ekspresyonunu azalttığını ve hücre apoptozunu engellediğini göstermektedir. Bu deneysel koşul altında aerobik egzersizin kan glikozunu azaltabileceği, ERK/CREB sinyal yolunu düzenleyebileceği, bölünmüş kaspaz-3 ekspresyonunu azaltabileceği, hipokampüsün apoptoza direnme yeteneğini artırabileceği, hipokampal nöronların onarımını teşvik edebileceği ve böylece diyabetle ilgili uzamsal öğrenme ve hafızanın azalmasını önleyebileceği tahmin edilmektedir. Şu anda, ERK/CREB sinyali ve aerobik egzersizin diyabet öğrenme ve hafızaya karşı etkisi üzerine çok az araştırma bulunmaktadır. Hipokampal hücreler üzerinde ERK/CREB sinyalinin aracılık ettiği anti apoptoz etkisi, diyabette öğrenme ve hafızayı iyileştiren egzersizin nöroprotektif mekanizmalarından biri olabilir.

Spirulina'nın hipoglisemik, antioksidan ve benzeri gibi birçok işlevi vardır. Spirulina 21. yüzyılda insan proteininin kaynağı olarak adlandırılmaktadır. Şu anda, birçok ülke spirulinayı insan beslenme ihtiyaçlarını desteklemek ve çeşitli hastalıkları (diyabet, hipertansiyon vb.) önlemek ve tedavi etmek için kullanılan besleyici sağlık gıdası haline getirmektedir. Son çalışmalar, spirulinanın hafızayı güçlendirmek ve hafıza hasarına direnmek üzerinde nöroprotektif etkileri olduğunu bulmuştur. Mekanizması, nNOS ekspresyonunu artırmak, GSK-3 β proteininin ekspresyonunu inhibe etmek ve A β 1-42 protein birikiminin neden olduğu sıçanlarda bilişsel işlev bozukluğunu iyileştirmekle ilgilidir. Bununla birlikte, spirulinanın diyabetin öğrenme ve hafızasını iyileştirdiğine dair bir rapor bulunmamaktadır. Spirulina'nın kan glikozunu azaltarak ve ERK/CREB sinyal yolunu etkileyerek diyabet sıçanlarının öğrenme ve hafızasını geliştirip geliştiremeyeceği hala belirsizdir.

Bu çalışma, spirulina takviyesinden sonra diyabet modeli sıçanların öğrenme ve hafızasının önemli ölçüde iyileştiğini, kan glikozu ve insülin içeriğinin azaldığını, hipokampüsteki ERK/CREB sinyalinin önemli ölçüde arttığını ve bölünmüş kaspaz-3 ve apoptoz oranının önemli ölçüde azaldığını göstermektedir. Spirulinanın kan glikozunu azaltarak ve hasarlı pankreatik adacık hücrelerinin işlevini onararak öğrenme ve hafızayı geliştirebileceğini düşündürmektedir. Mekanizması, hipokampüste ERK/CREB sinyalini artırarak ve hipokampal hücrelerin apoptozunu inhibe ederek sağlanabilir. Önceki çalışmalar, spirulinanın hipokampüste beyin kaynaklı nörotrofik faktör (BDNF) sinyalini yükselttiğini ve egzersiz yorgunluğu modeli sıçanlarda hipokampal hasarı iyileştirdiğini bulmuştur. Beyin kaynaklı nörotrofik faktör (BDNF), tirozin kinaz reseptörü B'ye (TrkB) bağlanır ve ERK'yi aktive ederek CREB aktivasyonunu indükleyebilir, bu da sürekli CREB sinyali ile sonuçlanır; BDNF/TrkB'nin ERK/CREB sinyalini arttırmak, hipokampal öğrenme ve hafızayı iyileştirmek için faydalıdır. App/ps1 fareleri üzerinde yapılan çalışmada, β - amiloid protein seviyelerindeki artışın CREB fosforilasyonunu aşağı regüle ettiği, hipokampüste BDNF tarafından indüklenen TrkB otofosforilasyonunun aşağı regülasyonuna ve ERK tarafından aktive edilen CREB ekspresyonunda bir azalmaya yol açtığı, bunun da öğrenme ve hafıza yeteneklerinde bir düşüşe neden olabileceği bulunmuştur. Spirulina, hipokampal nöronların öğrenme ve hafızasında ERK, CREB ve diğer anahtar sinyal moleküllerini önemli ölçüde düzenleyebilir ve hücre apoptozunu bir dereceye kadar inhibe edebilir, bu da diyabette öğrenme ve hafıza hasarına karşı yeni beyin koruyucu mekanizmalarından biri olabilir.

Çalışma ayrıca, spirulina ile kombine edilen 8 haftalık egzersizden sonra, diyabet sıçanlarının öğrenme ve hafıza geliştirme etkisinin, tek aerobik egzersiz grubu ve spirulina grubundan daha iyi olduğunu ve spirulina ile kombine edilen egzersizin sinerjik etkiye sahip olduğunu gösterdiğini ortaya koymuştur. İlaç tedavisine ek olarak egzersiz tedavisi iyi uygulama olanaklarına sahiptir. Spirulina ile kombine edilen aerobik egzersizin iyileştirici etkisi, tip 2 diyabet modelinde resveratrol ile kombine edilen aerobik egzersizin nöroprotektif etkisiyle tutarlıdır. Mekanizma çalışması, egzersiz spirulina kombinasyon grubundaki p-ERK/ERK ve p-CREB/CREB seviyelerinin tek aerobik egzersiz ve spirulina grubundakilerden önemli ölçüde daha yüksek olduğunu, bölünmüş kaspaz-3 ekspresyonunun önemli ölçüde azaldığını ve apoptoz oranının önemli ölçüde azaldığını göstermiştir, Spirulina takviyesi ile kombine edilen egzersizin ERK/CREB sinyal yolunu daha da aktive edebileceğini, hipokampus hafızasında ERK ve CREB anahtar proteinlerinin aktivasyonunu teşvik edebileceğini, hipokampal hücrelerin apoptozunu etkili bir şekilde inhibe edebileceğini, böylece kan şekerini azaltmada ve diyabet sıçanlarında öğrenme ve hafızayı iyileştirmede nöroprotektif bir rol oynayabileceğini düşündürmektedir. Bu, spirulina ile birlikte egzersizin diyabetin öğrenme ve hafızasını iyileştirebilmesinin önemli bir nedeni olabilir. Besin takviyesi ile birlikte egzersiz, diyabetle ilişkili nörodejeneratif hastalıklarda öğrenme ve hafızayı iyileştirmenin yeni bir yolu olabilir.

Bu çalışmada DES grubunun insülin seviyesinin geç müdahale döneminde (8. hafta) temel olarak normal seviyeye geldiğini ve kan glikoz konsantrasyonunun önemli ölçüde iyileşmesine rağmen, hala normal seviyeden önemli ölçüde yüksek olduğunu belirtmek gerekir, bu da diyabetin sürekli ilerleyen bir hastalık olduğunu, egzersiz ve spirulinanın kan glikozunu sınırlı bir sürede normal duruma getiremediğini, ancak hasarlı adacık hücresi işlevini onarabildiğini, böylece insülin salgısının normal olma eğiliminde olduğunu göstermektedir. Tip 2 diyabet hastalarının uzun süre düzenli aerobik egzersize bağlı kalmaları ve diyette uygun spirulina takviyesine dikkat etmeleri önerilmektedir.

Bu deney koşulları altında, aerobik egzersiz ve spirulinanın kan şekerini etkili bir şekilde azaltabildiği, tip 2 diyabet sıçanlarının öğrenme ve hafızasını geliştirebildiği ve spirulina ile kombine edilen egzersizin, basit aerobik egzersiz ve spirulinadan daha üstün olan daha belirgin bir uygulama etkisine sahip olduğu görülebilir. Mekanizması, hipokampüste ERK/CREB sinyalinin yukarı regülasyonu, bölünmüş kaspaz-3 ekspresyonunun azaltılması, hücre apoptozunun belirli bir ölçüde inhibisyonu ve hipokampal nöronlarda koruyucu bir rol oynaması ile ilgilidir. ERK/CREB sinyal yolu, diyabette hipokampüsün öğrenme ve hafızasını iyileştirmek için aerobik egzersiz ve spirulina için potansiyel bir hedef haline gelebilir.