مجله علمي دانشگاه علوم پزشكي سمنان- جلد 11 شماره 2 (پياپي 34) زمستان 1388 اثرات تخريب هسته قاعدهاي- جانبي آميگدال بر مهار افزايش يادگيري و حافظه ناشي از ورزش ارادي توسط پروپرانولول 2 1 1 شيما ابراهيمي (M.Sc) علي رشيديپور 1* (Ph.D) عباسعلي وفايي (Ph.D) مازيار محمداخوان (Ph.D) سعيد حقيقي 3 (M.Sc) 1- دانشگاه علوم پزشكي سمنان دانشكده پزشكي مركز تحقيقات و گروه فيزيولوژي آزمايشگاه حافظه و يادگيري - 2 دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي بيمارستان شهداي تجريش مركز تحقيقات پوست آزمايشگاه پروتيين و آنزيم - 3 دانشگاه علوم پزشكي سمنان دانشكده پزشكي گروه بافتشناسي چكيده سابقه و هدف: اثرات مثبت فعاليتهاي فيزيكي و ورزش بر رفتارهاي مغزي مانند بهبود حافظه و يادگيري ثابت شده است. در يك مطالعه اخير ما مشاهده كرديم كه پروپرانولول قادر است اثرات مثبت ورزش ارادي بر يادگيري و حافظه را مهار نمايد ولي جايگاه عمل آن روشن نيست. هدف اين مطالعه بررسي نقش هسته قاعدهاي-جانبي آميگدال بر اثرات مهاري پروپرانولول بر بهبود حافظه و يادگيري ناشي از ورزش اختياري است. مواد و روشها: در موشهاي نر بالغ هسته قاعدهاي- جانبي آميگدال با جريان الكتريكي مستقيم (2 ميليآمپر به مدت 2 ثانيه) تخريب شد. مدت ورزش ارادي پنج روز بود. براي مهار گيرندههاي بتاآدرنرژيك هر روز و براي مدت پنج روز ساعت 6 بعدازظهر به موشها پروپرانولول mg/kg) 10) تزريق ميشد. سپس موشها براي 5 روز متوالي و هر روز 2 بار در ماز آبي موريس آموزش ديدند. تست حافظه 2 روز بعد از آخرين بار آموزش انجام شد. يافتهها: يافتهها نشان ميدهند كه پروپرانولول اثرات مثبت ورزش را بر حافظه و يادگيري مهار ميكند. همچنين تخريب الكتريكي هسته قاعدهاي-جانبي آميگدال اثرات مهاري پروپرانولول را بر بهبود حافظه و يادگيري ناشي از ورزش تغيير نداد. با اين حال تخريب هسته قاعدهاي-جانبي آميگدال به تنهايي بهبود حافظه و يادگيري ناشي از ورزش را تضعيف ميكند. نتيجهگيري: اين يافتهها نشان ميدهند كه احتمالا گيرندههاي بتاآدرنرژيك واقع شده در خارج هسته قاعدهاي- جانبي آميگدال اثرات ورزش را بر حافظه و يادگيري وساطت ميكنند. همچنين هسته قاعدهاي-جانبي آميگدال نقش مهمي در وساطت اثرات فعاليتهاي فيزيكي بر حافظه و يادگيري بازي ميكند. واژههاي كليدي: ورزش سيستم بتاآدرنرژيك هسته قاعدهاي-جانبي آميگدال ماز آبي موريس حافظه فضايي (BDNF)] [Brain derived neurotrophic factor باعث مقدمه مطالعات اخير نشان ميدهد كه ورزش ارادي سبب افزايش حافظه و يادگيري ميشود. ورزش از طريق افزايش نورونزايي در هيپوكمپ و افزايش تسهيل حافظه و يادگيري ميشود [1 2]. مطالعات اخير نشان ميدهند كه افزايشLTP نورونزايي در هيپوكمپ افزايش سيناپسها و تراكم عروق خوني در مغز به دنبال ورزش ارادي و مداوم به وجود ميآيند [3]. هر چند در طي ورزش حافظه Email: Rashidy-pour@sem-ums.ac.ir * نويسنده مسي ول تلفن: 0231-3354186 نمابر: 0231-3354186 تاريخ دريافت: 1388/6/25 تاريخ پذيرش: 1388/9/3 133
مجله علمي دانشگاه علوم پزشكي سمنان افزايش مييابد ولي عواملي كه فعاليت ورزشي را با افزايش حافظه مرتبط ميسازنند ناشناخته ماندهاند. مطالعات قبلي نشان داده كه سيستم نورآدرنرژيك نقش مهمي در يادگيري و حافظه بازي ميكند. تزريق محيطي اپينفرين بعد از آموزش منجر به افزايش وابسته به دوز ذخيره حافظه در مدل يادگيري احترازي غيرفعال ميشود. يك مسير نوروني محيطي-مركزي اين اثرات اپينفرين را بر تثبيت حافظه وساطت ميكند. نوراپينفرين گيرندههاي بتاآدرنرژيك روي تارهاي عصبي واگ كه به نورونهاي آدرنرژيك هسته (NTS)] [Nucleus of Salitary Tract ختم ميشود را فعال ميكند. تحريك الكتريكي فيبرهاي صعودي واگ بعد از آموزش مانند اپينفرين منجر به افزايش حافظه ميشود و مهار موقتي NTS با تزريق موضعي ليدوكايين اثرات اپينفرين را بر فاز اكتساب مهار ميكند درصورتي كه آگونيستهاي بتاآدرنرژيك باعث افزايش وابسته به دوز حافظه ميشوند [4]. نورونهاي آدرنرژيك اين مسير به طور مستقيم با آميگدال در تماس هستند. مسير غير مستقيمي نيز وجود دارد كه در آن نورونهاي آدرنرژيك مسير NTS توسط لوكوسسرولوس با هستههاي مغزي و در نهايت با آميگدال ارتباط دارند.[5] يافتههاي فوق نشان ميدهند كه گيرندههاي بتاآدرنرژيك نقش مهمي در وساطت اثرات نوراپي نفرين بر حافظه بازي ميكند و با توجه به افزايش ترشح اپينفرين در طي ورزش و اثرات مثبت آن بر حافظه [6] احتمالا سيستم آدرنرژيك نقش مهمي در وساطت اثرات ورزش بر يادگيري و حافظه دارد. در يك مطالعه اخير ما مشاهده كرديم كه تزريق محيطي پروپرانولول (يك بلوكر گيرندههاي بتاآدرنرژيك) قادر است اثرات مثبت ورزش بر يادگيري و حافظه را مهار نمايد ولي نادولول ) كي بلوكر محيطي گيرندههاي بتا آدرنرژيك) [7]. ندارد چنين توانايي را اين يافته نشان ميدهد كه گيرندههاي مركزي بتاآدرنرژيك نقش مهمي در وساطت اثرات مثبت ورزش بر يادگيري و حافظه دارد. با اين وجود مكان يا مكانهاي اثر اين دارو مشخص نيست. جلد 11 شماره 2 (پياپي 34 ) زمستان 1388 از طرفي بررسيهاي آسيبشناسي الكتروفيزيولوژي فارماكولوژي و تصويربرداري نشان ميدهد هسته قاعدهاي جانبي آميگدال نقش مهمي در اكتساب و تثبيت يادگيري و حافظه دارد [8 9]. اين هسته نقش مهمي در وساطت اثرات تركيبات شيميايي و هورمونهاي محيطي از قبيل گلوكوكورتيكوييدها و كاتكولآمينها (اپينفرين و نوراپينفرين) بر يادگيري و حافظه دارد [10 11]. اين هسته به عنوان يك ساختار جمعبنديكننده عوامل عصبي-هورموني بر حافظه عمل ميكند [12]. با توجه به يافتههاي فوق احتمال دارد كه هسته قاعدهاي-جانبي آميگدال در وساطت اثرات مهاري پروپرانولول بر افرايش يادگيري و حافظه توسط ورزش نقش داشته باشد. از اين رو هدف اين مطالعه تعيين نقش هسته قاعدهاي-جانبي آميگدال در اثرات بلوك گيرندههاي بتاآدرنرژيك بر بهبود حافظه و يادگيري ناشي از ورزش بوده است. مواد و روشها حيوانات آزمايشگاهي: موشهاي بزرگ سفيد آزمايشگاهي نر (Rat) بالغ از نژاد Wistar به وزن 170-190 گرمي كه همگي در حيوانخانه گروه فيزيولوژي دانشگاه علوم پزشكي سمنان پرورش داده شده بودند به صورت اتفاقي انتخاب و در گروههاي حداقل دهتايي تقسيم شدند. در طول آزمايشها تمام موشها به صورت جداگانه به مدت پنج شبانهروز در قفسهاي پلياتيلني در يك چرخه شبانهروزي دوازده ساعت روشنايي و دوازده ساعت تاريكي و همچنين دماي 22-24 درجه سانتيگراد قرار گرفتند و آب و غذا در دسترس آنها قرار داشت. داروها و روش تزريق: پروپرانولول (تهيه شده از شركت سيگما) با دوز 10 ميليگرم به ازاي يك كيلوگرم داخل صفاقي تزريق شد. مطالعات قبلي مو ثر بودن دوز فوق را نشان داده بود [13]. گروه كنترل روزانه سرم فيزيولوژيك ( 2 ميليليتر بر كيلوگرم) دريافت كردند. تزريقها در طي پنج 134
اثرات تخريب هسته قاعدهاي- جانبي آميگدال بر مهار... روز ورزش متوالي در ساعت 6 بعد از ظهر هر روز انجام ميگرفت. روش ورزش ارادي: هر يك از حيوانات گروه ورزش به مدت پنج شبانهروز به يك چرخ Wheel) (Running با ابعاد شيما ابراهيمي و همكاران ميشد. سيگنال تلويزيوني ديجيتال وارد يك سيستم ردياب 34/5 در 9/5 سانتيمتري دسترسي داشتند. چرخ ميتوانست به صورت آزادانه در برابر يك مقاومت 100 گرمي حول محور خود حركت كند. اين چرخ به يك دستگاه شمارنده مربوط بود كه چرخش اين چرخ را ثبت ميكرد. هر روز در ساعت هشت صبح تعداد چرخش مربوط به شبانهروز گذشته توسط هر يك از چرخها يادداشت شد. موشهاي گروههاي غيرورزشي (Sedentary) در قفسهاي مشابهي قرار داشتند با اين تفاوت كه به چرخ دسترسي نداشتند. پس از پايان ورزش ارادي تمام موشها به مدت هفت روز در آزمون ماز آبي موريس مورد مطالعه قرار گرفتند. ميزان مسافت دويده شده توسط هر موش از فرمول زير محاسبه شد: مسافت دويده شده (m)= محيط چرخ 2 rπ تعداد دورهاي ثبت شده. مسافت دويده شده (m)= (0/175 3/14 2) تعداد دورهاي ثبت شده. تست يادگيري و حافظه فضايي دستگاه ماز آبي موريس: ماز آبي يك مخزن فلزي حلقوي با ديواره مشكي (با 140 سانتيمتر قطر و 55 سانتيمتر ارتفاع) است كه تا ارتفاع 25 سانتيمتري از آب 22±2 درجه سانتيگراد پر شد. يك سكوي پلگسيگلاس روشن (با قطر 11 سانتيمتر) 1 سانتيمتر زير سطح آب در مركز يكي از چهار ربع شمالشرقي جنوبشرقي شمالغربي جنوبغربي قرار داده شد. اين سكو توسط يك پايه روي كف مخزن نگهداري ميشد. سكوي فوق فقط وسيلهاي براي فرار حيوان از آب بود. اتاقي كه ماز در آن قرار داشت حاوي اجسام و علامتهاي اضافي تعبيه شده از قبيل پوستر و قفسه و پنجره بود. حركت و رفتار حيوان به وسيله يك دوربين تلويزيوني مادون قرمز كه در ارتفاع دو متري بالاي ناحيه مركزي مخزن قرار گرفته رديابي و تشخيص داده شده و كنترل كامپيوتري شده (EthoVision, Version 3.1, The Netherland) كه حركت موش را هر 100 ميليثانيه ارزيابي و ذخيره ميكند از اين رو امكان ثبت دقيق مسير شناي موش در هر بار آموزش فراهم ميشد و از روي آن متغيرهاي زير پايهگذاري گرديد: 1- مدتي كه طول ميكشيد تا حيوان سكوي پلكسي گلاس را پيدا كند. 2- طول مسافت كل مسير شناي موش در هر بار آموزش. 3- درصد زماني كه حيوان در هر ربع مخزن گذرانده بود. 4- سرعت حركت موش. روش بررسي حافظه فضايي. الف- عادت دادن: به منظور عادت كردن به ماز 24 ساعت قبل از آموزش موشها به مدت سه دقيقه در مخزن فاقد صفحه پلكسيگلاس شنا كردند. ب- آموزش: در اين مرحله موشها روزانه دو بار به مدت 5 روز جهت يافتن سكويي كه در وسط يك ربع مخزن وجود دارد تحت آموزش قرار گرفتند. در هر بار آموزش موش به طور تصادفي از يكي از چهار نقطه اصلي مخزن (شمال جنوب شرق غرب) به داخل آب رها شد. سپس موش شنا كرده تا سكوي پلگسيگلاس زير آب را پيدا كند و روي آن قرار گيرد. پس از پيدا كردن سكو به موش اجازه داده ميشد كه به مدت 30 ثانيه روي آن باقي بماند. در صورتي كه موش قادر به پيدا كردن سكو در مدت 60 ثانيه نبود با دست به طرف آن هدايت ميشد. مدت زمان پيدا كردن سكو و مسافت كل طي شده در هر بار آموزش اندازهگيري گرديد. پس از آخرين بار آموزش حيوان از حوضچه خارج و با حوله خشك گشته و به قفس خود بازگردانده ميشد. ج- تست به خاطرآوري: يك روز بعد از آخرين آموزش حافظه فضايي حيوانات مورد ارزيابي قرار ميگيرد. در اين مرحله موشها در يك آزمون 60 ثانيهاي كه در طي آن سكو از داخل آب برداشته شده بود مورد ارزيابي قرار ميگرفتند و مدت زماني كه طول ميكشيد تا موش براي اولين بار از سكو 135
مجله علمي دانشگاه علوم پزشكي سمنان عبور كند سرعت شنا كردن و زمان گذرانده شده در يك ناحيه با شعاع 20 سانتي در ربع هدف و ناحيه معادل آن در ربع مخالف اندازهگيري گرديد. روش تخريب هسته قاعدهاي جانبي آميگدال. بعد از بيهوش كردن رتها با كتامين ( 70 ميليگرم بر كيلوگرم) حيوان روي دستگاه استريوتاكس قرار داده شد و با استناد به اطلس پاكسينوس و واتسون مختصات هسته آميگدال را مشخص كرديم (قدامي-خلفي 3/14 ميليمتر جانبي 4/8 ميليمتر و عمودي 8/4 ميليمتر). سپس الكترود فلزي كه فقط نوك آن عايق نبود روي هسته قاعدهاي جانبي آميگدال قرار داده شد. سپس جريان الكتريكي به ميزان 2 ميليآمپر و به مدت 2 ثانيه اعمال شد. در مورد حيوانات گروه شم نيز مراحل فوق انجام شد ولي تخريب صورت نگرفت. بعد از تخريب موشها به مدت يك هفته دوره بهبودي را طي نمودند و سپس آزمايشهاي مربوطه شروع شد. روش بافتشناسي. پس از انجام آزمايشها مغز موشها خارج و در فرمالين 4 درصد قرار داده شد تا فيكس گردد. سپس مقاطع 5 ميكروني تهيه و با روش H & E رنگآميزي گرديد و در زير ميكروسكوپ نوري با بزرگنمايي 10 x محل ضايعه بررسي و با اطلس مقايسه شد. در مواردي كه محل ضايعه در BLA نبود اطلاعات آن حيوان حذف و جايگزيني صورت گرفت. گروههاي آزمايش. براي بررسي نقش هسته قاعدهاي- جانبي آميگدال بر اثرات مهاري بلوك گيرندههاي مركزي بتاآدرنرژيك در بهبود يادگيري و حافظه توسط ورزش 80 موش (10 موش براي هر گروه) انتخاب و به هشت گروه زير تقسيم گرديد: گروه 1 : كاذب (شم)+ سالين+ ورزش. گروه 2 : كاذب (شم)+ سالين+ بدون ورزش. گروه 3: كاذب (شم)+ پروپرانولول+ ورزش. گروه 4: كاذب (شم)+ پروپرانولول+ بدون ورزش. گروه 5 : تخريب+ سالين+ ورزش. گروه 6 : تخريب+ سالين+ بدون ورزش. جلد 11 شماره 2 (پياپي 34 ) زمستان 1388 گروه 7: تخريب + پروپرانولول+ ورزش. گروه 8: تخريب+ پروپرانولول+ بدون ورزش. نتايج 1- ميزان دويدن موشهاي ورزشي. شكل 1 ميزان كل دويدن موشها را در طي 5 روز نشان ميدهد. آزمون آماري نشان ميدهد كه ميزان كل دويدن موشها در گروههاي مختلف تفاوت معنيداري با ساير گروهها ندارد (0/5=P (F 3 36 =0/73 شكل 1. مقايسه ميزان كل دويدن گروههاي آزمايشي مختلف. VE- : SHAM-SAL گروه تخريب كاذب (شم) + سالين + ورزش اختياري : VE-SHAM-PROP گروه تخريب كاذب (شم) + پروپرانول + ورزش اختياري VE- گروه تخريب + سالين + ورزش : VE-LESION-SAL : LESION-PROP گروه تخريب + پروپرانول + ورزش 2- روند يادگيري: زمان رسيدن به سكو. شكل 2 روند يادگيري فضايي گروههاي مختلف را در طي 5 روز آموزش نشان ميدهد. آناليز واريانس دو طرفه (گروه روز) زمان رسيدن به سكو حاكي از اثرات معنيدار گروهها (0/0001>P (F 7 72 =101/337 P<0/0001) و روزها (F 7 72 =13/07 است. مقايسه بين گروهها نشان داد كه زمان رسيدن به سكو در گروه تخريب كاذب + ورزش + سالين بهطور معنيداري در روزهاي 4 و 5 نسبت به ساير گروهها و گروه تخريب كاذب + ورزش + پروپرانولول كمتر بود (0/01>P براي هر مورد). 136
اثرات تخريب هسته قاعدهاي- جانبي آميگدال بر مهار... شيما ابراهيمي و همكاران شكل 2. بررسي تخريب هسته قاعده اي- جانبي آميگدال بر اثرات مهاري پروپرانولول در اثرات مثبت ورزش بر حافظه و يادگيري. ورزش با افزايش يادگيري در حيوانات ورزشي باعث كاهش مدت زمان رسيدن به سكو نسبت به حيوانات غير ورزشي ميشود. فقدان اثر تخريب هسته قاعده اي- جانبي آميگدال بر اثرات مهاري پروپرانولول در اثرات مثبت ورزش بر حافظه و يادگيري در گروهها ديده ميشود. VE-SHAM- SED- گروه تخريب كاذب (شم) + سالين + ورزش اختياري : SAL VE- گروه تخريب كاذب (شم) + سالين + بدون ورزش :SHAM-SAL : SHAM-PROP گروه تخريب كاذب (شم) + پروپرانول + ورزش اختياري : گروه تخريب كاذب (شم) + SED-SHAM-PROP پروپرانول + بدون ورزش : VE-LESION-SAL گروه تخريب + سالين + ورزش : SED-LESION-SAL گروه تخريب + سالين + بدون ورزش : VE-LESION-PROP گروه تخريب + پروپرانول + ورزش : SED-LESION-PROP گروه تخريب + پروپرانول + بدون ورزش. 3- دادههاي تست حافظه (خاطرآوري) الف- زمان رسيدن به محل سكو شكل 3- الف زمان رسيدن به محل سكو را نشان ميدهد. آناليز واريانس دو طرفه حاكي از اثرات معنيدار ورزش عدم تاثير معنيدار تخريب آميگدال (0/19=P F) 3 72 1/35= و تعامل معني دار بين اثر ورزش و پروپرانولول P<0/0042) 4/7= 7 72 F) است. تست توكي نشان داد كه زمان رسيدن به محل سكو در گروه تخريب كاذب + ورزش + سالين به طور معنيداري از ساير گروههاي و گروه تخريب كاذب + ورزش + پروپرانولول كمتر بود (0/05>P). همچنين آناليز واريانس يكطرفه حاكي از اثرات معنيدار تخريب آميگدال بر اثرات مثبت ورزش بر حافظه ميباشد (0/03>P F). 3 36 3/29= تست توكي نشان داد كه زمان رسيدن به محل سكو در گروه تخريب + ورزش + سالين بهطور معنيداري از گروه تخريب كاذب+ ورزش + سالين بيشتر است (0/05>P). شكل 3.. بررسي تخريب هسته قاعده اي- جانبي آميگدال بر اثرات مهاري پروپرانول در اثرات مثبت ورزش بر حافظه و يادگيري. الف زمان رسيدن به محل سكو را نشان ميدهد و ب- زمان گذرانده شده در ناحيه با شعاع 20 سانتي در ربع هدف و ناحيه معادل آن در ربع مخالف ورزش را نشان مي دهد. ورزش باعث كاهش زمان رسيدن به محل سكو و پرپرانالول موجب بلوك اثرات ورزش بر حافظه و يادگيري مي شود. تخريب هسته قاعده اي- جانبي آميگدال تاثيري بر بلوك اثرات پروپرانول نداشت. همچنين تخريب آميگدال به تنهايي هم موجب بلوك اثرات ورزش بر يادگيري مي شود. الف): ** نشان دهنده اختلاف معني دار بين گروه تخريب كاذب+ورزش+سالين با گروههاي تخريب كاذب+ورزشي+پروپرانالول تخريب+ورزش+سالين و تخريب+ورزش+پروپرانالول و # نشان دهنده اختلاف معني دار بين گروه تخريب كاذب+ورزش+سالين و همه گروههاي غير ورزشي است. ب): * نشان دهنده اختلاف معني دار بين زمان سپري شده در ناحيه هدف و ناحيه مخالف در گروه تخريب كاذب+ورزش+سالين با گروههاي تخريب كاذب+ورزشي+پروپرانالول و تخريب+ورزش+پروپرانالول و گروه تخريب كاذب+غير ورزش+سالين و گروه تخريب+غير ورزشي+پروپرانالول است. P<0/05) :* P<0/01 :** P<0/01 : VE.( #: ورزش اختياري : SED غيرورزشي : SHAM-SAL گروه تخريب كاذب (شم) + سالين LESION- گروه تخريب كاذب (شم) +پروپرانول : SHAM-PROP :SAL گروه تخريب+سالين : LESION-PROP گروه تخريب+پروپرانول. ب- زمان گذرانده شده در ناحيه با شعاع 20 سانتي در ربع هدف و ناحيه معادل آن در ربع مخالف. ب - شكل 3 زمان گذرانده شده در ناحيه با شعاع 20 سانتيمتري در ربع Latency (Sec) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 VE ** SED # SHAM-SAL SHAM-PROP LESION-SAL LESION-PROP Latency (Sec) 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 Days VE-SHAM-SAL VE-SHAM-PROP SED-SHAM-SAL SED-SHAM-PROP VE-LESION-SAL VE-LESION-PROP SED-LESION-SAL SED-LESION-PROP 137
ج). مجله علمي دانشگاه علوم پزشكي سمنان هدف و ناحيه معادل آن در ربع مخالف را نشان ميدهد. آناليز واريانس دو طرفه حاكي از اثرات معنيدار گروهها (0/4=P =0/94 72 7 (F نواحي P=0/0001) (F 7 72 =45/44 است. مقايسه بين گروهها حاكي از اين است كه زمان صرف شده در ناحيه هدف در گروه تخريب كاذب + ورزش + سالين بهطور معنيداري از ساير گروهها و گروه تخريب كاذب + ورزش + پروپرانولول بيشتر است (0/05>P - سرعت شنا كردن. شكل 4 سرعت شنا كردن گروههاي مختلف را نشان ميدهد. آناليز واريانس يك طرفه روي سرعت شناي حيوانات نشان ميدهد كه اختلاف معنيداري بين گروهها وجود ندارد (0/11=P F). 7 72 2/15= اين موضوع نشان ميدهد كه فعاليت حركتي گروههاي مختلف يكي است شكل 4. بررسي سرعت شنا كردن گروههاي مختلف. تخريب آميگدال و ورزش تاثيري بر سرعت شنا كردن در حيوانات ورزشي نسبت به حيوانات غير ورزشي ندارد. بلوك گيرندههاي بتاآدرنرژيك با پروپرانول در طي ورزش فاقد تاثير معني دار بر سرعت شنا كردن در موشها است. VE- :SHAM-SAL گروه تخريب كاذب (شم)+سالين+ورزش اختياري :SED-SHAM-SAL گروه تخريب كاذب (شم)+سالين+بدون ورزش : VE-SHAM-PROP گروه تخريب كاذب (شم)+پروپرانول+ورزش اختياري : SED-SHAM-PROP گروه تخريب كاذب (شم)+ پروپرانول+بدون ورزش : VE-LESION-SAL گروه تخريب+سالين+ورزش : SED-LESION-SAL گروه تخريب+سالين+بدون ورزش : VE-LESION-PROP گروه تخريب+پروپرانول+ورزش : SED-LESION-PROP گروه تخريب+پروپرانول+بدون ورزش. بحث و نتيجهگيري مهمترين يافته مطالعه اين است كه تخريب هسته قاعدهاي جانبي آميگدال اثرات ورزش را بر يادگيري و حافظه بلوك جلد 11 شماره 2 (پياپي 34 ) زمستان 1388 ميكند ولي قادر نيست اثرات مهاري پروپرانولول را بر تاثيرات ورزش بر يادگيري و حافظه حذف يا تضعيف نمايد. نتايج اين مطالعه نشان ميدهند كه كاتكول آمينهاي آزاد شده در طي ورزش نقش مهمي در افزايش يادگيري و حافظه توسط ورزش دارند. ما مشاهده كرديم كه پروپرانولول قادر است اثرات افزايشدهندگي ورزش را در يادگيري و حافظه بلوك كند. اين يافته نتايج مطالعه اخير ما را تاييد ميكند [7]. مكانيسم اثرات مهاري پروپرانولول بر افزايش فعاليتهاي شناختي ناشي از ورزش ارادي مشخص نيست. يك مكانيسم احتمالي تعامل بين گيرندههاي بتاآدرنرژيك و BDNF هيپوكمپ است. مشخص شده است كه ورزش ارادي منجر به افزايش BDNF ميشود [14]. بلوك عملكرد BDNF هيپوكمپ در طي ورزش افزايش يادگيري و حافظه توسط ورزش را مهار ميكند [15]. اين يافته نشان ميدهد كه BDNF اثرات ورزش را بر فعاليتهاي شناختي وساطت ميكند. يك مطالعه جديد نشان داد كه پروپرانولول به تنهايي منجر به تغيير قابل توجه در ميزان BDNF mrna هيپوكمپ نميشود. با اين وجود در حضور پروپرانولول ورزش ارادي قادر نيست منجر به افزايش BDNF mrna هيپوكمپ شود [16]. اين يافتهها نشان ميدهد كه اثر ورزش بر افزايش BDNF به فعاليت سيستم نورآدرنرژيك بستگي دارد. از طرف ديگر مطالعات قبلي نشان دادهاند كه رهايش نوراپينفرين و همچنين فعاليت سيستم نورآدرنرژيك در طي ورزش زياد ميشود [17]. بنابراين افزايش نوراپينفرين توسط ورزش احتمالا از طريق فعال كردن گيرندههاي بتاآدرنرژيك منجر به افزايش بيان BDNF mrna ميشود و به دنبال آن افزايش توليد BDNF منجر به افزايش يادگيري و حافظه ميشود. از اين رو بلوك گيرندههاي بتاآدرنرژيك با مهار توليد BDNF اثرات ورزش را بر حافظه و يادگيري بلوك ميكند. البته براي تاييد اين فرضيه به مطالعات بيشتري نياز است. از طرفي مطالعات قبلي نشان داده هسته قاعدهاي جانبي آميگدال نقش مهمي در حافظه دارد [18]. غيرفعالسازي برگشتپذير هسته قاعدهاي جانبي آميگدال توسط ليدوكايين Velocity (M/S) VE-SHAM-SAL 35 VE-SHAM-PROP 30 VE-LESION-SAL VE-LESION-PROP 25 SED-SHAM-SAL 20 SED-SHAM-PROP SED-LESION-SAL 15 SED-LESION-PROP 10 5 0 Groups 138
ه ب ه ب اثرات تخريب هسته قاعدهاي- جانبي آميگدال بر مهار... يا تترودوتوكسين و يا تحريك الكتريكي و شيميايي آن سبب اختلال ذخيره حافظه و اكتساب يادگيري در مدلهاي مختلف يادگيري از جمله مدل احترازي غير فعال ميشود [19 20]. از طرف ديگر نشان داده شده است كه تخريب دايمي آميگدال يك هفته تا يك ماه بعد از آموزش اختلالي در خاطرآوري حافظه ايجاد نميكند. از اين رو آميگدال احتمالا مكاني دايم براي ذخيره حافظه نيست بلكه احتمالا ذخيره حافظه را در ديگر ساختمانهاي مغزي از جمله هيپوكمپ هسته دمدار نواحي از قشر مغز و قشر شنوايي تعديل ميكند ضمن اينكه احتمالا به عنوان يك مركز رلهكننده اطلاعات مطرح ميباشد.[21 22] البته نقش آميگدال در ورزش شناخته شده نيست مطالعات جديد نشان ميدهند كه در طي ورزش بعضي از نوروترانسميترها در آميگدال تغيير ميكنند براي مثال در يك مطالعه اخير نشان داده شده است كه ورزش طولاني منجر به افزايش بيان فاكتورهاي نوروتروفيك مشتق از مغز در آميگدال ميشود [23]. همچنين در مطالعات ديگر نشان داده شده است كه ورزش اجباري منجر به تغييرات سيستم سروتونرژيك و افزايش غلظت نوراپينفرين در ساختارهاي سيستم ليمبيك از جمله آميگدال و هيپوكمپ ميشود [24 25]. مجموعه اين مطالعات نشان ميدهند كه آميگدال در طي ورزش فعال شده و احتمالا نقش مهمي در اعمال اثرات ورزش بازي ميكند. از اين رو انتظار ميرود كه آسيب آميگدال بتواند اثرات مثبت ورزش را بر يادگيري و حافظه كاهش دهد. اين فرضيه توسط يافتههاي مطالعه ما تاييد شد. در اين مطالعه ما مشاهده كرديم كه آسيب هسته قاعدهاي- جانبي آميگدال اثرات ورزش را بر يادگيري و حافظه تضعيف ميكند. اين موضوع نشان ميدهد كه وجود يك آميگدال سالم و دستنخورده براي وساطت اثرات مثبت ورزش بر مغز لازم است. اين نتيجهگيري با نقش آميگدال كاملا همخواني دارد. همانگونه كه در قسمتهاي پيشين ذكر شد آميگدال يك ساختار مهم جمعبندي كننده اثرات عوامل هورموني و نوروشيميايي روي حافظه است و از طريق ارتباطات فراواني شيما ابراهيمي و همكاران كه با ساير ساختارهاي مهم مغز دارد ميتواند در اعمال اثرات ورزش بر يادگيري و حافظه دخالت داشته باشد. يكي از ساختارهاي مهم مرتبط با آميگدال هيپوكمپ است. شواهد كالبدشناسي نشان ميدهند كه نورونهاي آميگدال ميتوانند با نورونهاي شكنج دندانهدار هيپوكمپ ارتباط داشته باشند كه اين ميتواند نشاندهنده تعامل بين هيپوكمپ و آميگدال باشد.[26] در اين مطالعه انتظار ميرفت كه آسيب آميگدال بتواند اثرات پروپرانولول را مهار نمايد. اين فرض بر اساس نقش سيستم بتاآدرنرژيك آميگدال در انواع مختلف يادگيري و حافظه بود [27] ولي بهطور غير قابل انتظاري مشاهده كرديم كه تخريب آميگدال قادر نيست اثرات پروپرانولول را بر ورزش حذف نمايد. هر چند تفسير اين يافته مشكل است ولي حداقل ميتوان گفت كه سيستم بتاآدرنرژيك آميگدال در وساطت اثرات مهاري پروپرانولول بر افزايش يادگيري و حافظه توسط ورزش نقش ندارد و اين اثر پروپرانولول احتمالا از طريق مهار گيرندههاي بتاآدرنرژيك موجود در ساير سيستمهاي مغزي از قبيل هيپوكمپ وساطت ميشود. بررسي اين موضوع نيازمند مطالعات بيشتر در آينده است. به طور كلي نتايج اين مطالعه نشان ميدهد كه تخريب هسته قاعدهاي-جانبي آميگدال قادر است اثرات مثبت ورزش را بر يادگيري و حافظه حذف نمايد. تشكر و قدرداني هزينه اين تحقيق از محل طرح تحقيقاتي (شماره 242) مصوب شوراي پژوهشي دانشگاه علوم پزشكي سمنان تامين شده است. اين مقاله از پاياننامه خانم شيما ابراهيمي استخراج شده است. از كليه همكاران بخش و مركز تحقيقات فيزيولوژي سمنان بهخصوص خانم پاكدل و آقايان صادقي و شهبازي تشكر و قدرداني عمل ميآيد. 139
مجله علمي دانشگاه علوم پزشكي سمنان جلد 11 شماره 2 (پياپي 34 ) زمستان 1388 galanin and brain-derived neurotrophic factor. Behav Neurosci 2004; 118: 1378-1390. [15] Vaynman S, Ying Z. and Gomez-Pinilla F. Hippocampal BDNF mediates the efficacy of exercise on synaptic plasticity and cognition. Eur J Neurosci 2004; 20: 2580-2590. [16] Akhavan MM, Emami-Abarghoie M, Safary M, Sadighi- Moghadam B, Vafaei AA, Bandegi AR. and Rashidy-Pour A. Serotonergic and noradrenergic lesions suppress the enhancing effect of maternal exercise during pregnancy on learning and memory in rat pups. Neuroscience 2008; 151: 1173-1183. [17] Dunn AL, Reigle TG, Youngstedt SD, Armstrong RB. and Bishman RK. Brain noreinephrine and metabolites after treadmill training and wheel running in rats. Med Sci Sports Exerc 1996; 28: 204-209. [18] Vafaei AA. and Rashidy-Pour A. The effect of reversible abolition of Basolateral amygdala on hippocampal dependent spatial memory processes in rats. J of Shahid Sadoughi Univ Med Sci 2004; 12: 40-51 (Persian). [19] Vafaei AA, Rashidy-Pour A, Sharifi MR, Alaei H, Nobahar M. and Smaeili MH. Effects of reversible inactivation of bilateral basolateral amygdala area on memory storage in rat. J Qazvin Univ Med Sci 1999; 12: 20-27 (Persian). [20] Bucherelli C, Tassoni G. and Bures J. Time dependent disruption of passive avoidance acquisition by post-training intraamygdala injection of tetrodotoxin in rats. Neurosci Lett 1992; 140: 231-234. [21] Phelps EA. Human emotion and memory: interactions of the amygdala and hippocampal complex. Curr Opin Neurobiol 2004; 14: 198-202. [22] Cahill L. Amygdala complex lesion differentially effect retention of tasks using appetitive and aversive reinforcement. Behav Neur1994; 104: 532-543. [23] Liu YF, Chen HI, Wu CL, Kuo YM, Yu L, Huang AM. and et al. Differential effects of treadmill running and wheel running on spatial or aversive learning and memory: roles of amygdalar brain-derive neurotrophic factor and synaptotagmin I. J Physiol 2009; 587: 3221-3231. [24] Chen HI, Lin LC, Yu L, Liu YF, Kuo YM, Huang AM. and et al. Treadmill exercise enhances passive avoidance learning in rats: the role of down-regulated serotonin system in the limbic system. Neurobiol Learn Mem 2008; 89: 489-496. [25] Dishman RK, Renner KJ, White-Welkley JE, Burke KA. and Bunnell BN. Treadmill exercise training augments brain norepinephrine response to familiar and novel stress. Brain Res Bull 2000; 52: 337-342. [26] Akirav I. and Richter-Levin G. Mechanisms of amygdala modulation of hippocampal plasticity. J Neurosci 2002; 22: 9912-9921. [27] Introini-Collison I, Saghafi D, Novack GD. and McGaugh JL. Memory-enhancing effects of post-training dipivefrin and epinephrine: involvement of peripheral and central adrenergic receptors. Brain Res 1992; 572: 81-86. منابع [1] Luo CX, Jiang J, Zhou QG, Zhu XJ, Wang W, Zhang ZJ. and et al. Voluntary exercise-induced neurogenesis in the postischemic dentate gyrus is associated with spatial memory recovery from stroke. J Neurosci Res 2007; 85: 1637-1646. [2] Zheng H, Liu Y, Li W, Yanga B, Chena D, Wang X. and et al. Beneficial effects of exercise and its molecular mechanisms on depression in rats. Behav Brain Res 2006; 168: 47-55. [3] Lambert TJ, Fernandez SM. and Frick KM. Diverent types of environmental enrichment have discrepant effects on spatial memory and synaptophysin levels in female mice. Neurobiol Learn Mem 2005; 83: 206-216. [4] Vouimba RM, Yaniv D. and Richter-Levin G. Glucocorticoid receptors and β-adrenoceptors in basolateral amygdala modulate synaptic plasticity in hippocampal dentate gyrus, but not in area CA1. Neuropharmacology 2007; 52: 244-252. [5] Roozendaal B. Stress and memory: Opposing effects of glucocorticoid on memory consolidation and memory retrieval. Neurobiol Learn Mem 2002; 78: 578-595. [6] Otawa M, Arai H. and AtomY. Molecular aspects of adrenal regulation for circadian glucocorticoid synthesis by chronic voluntary exercise. Life Sci 2007; 80: 725-731. [7] Ebrahimi S, Rashidy-Pour A, Vafaei AA. and Akhavan MM. Central beta-adrenergic receptors play an important role in the enhancing effect of voluntary exercise on learning and memory in rat. Behav Brain Res 2009. [8] Adolphs R, Tranel D. and Buchanan TW. Amygdala damage impairs emotional memory for gist but not details of complex stimuli. Nat Neurosci 2005; 8: 512-518. [9] Anderson AK. and Phelps EA. Lesions of the human amygdala impair enhanced perception of emotionally salient events. Nature 2001; 411: 305-309. [10] Hurlemann R, Hawellek B, Matusch A, Kolsch H, Wollersen H, Madea B. and et al. Noradrenergic modulation of emotion-induced forgetting and remembering. J Neurosci 2005; 25: 6343-6349. [11] Vafaei AA. and Rashidy-Pour A. The role of basolateral amygdala adrenergic receptors in hippocampus dependent spatial memory in rat. Daru 2008; 16: 18-22. [12] Roozendaal B. and McGaugh JL. Amygdala nuclei lesions differentially affect glucocorticoid-induced memory enhancement in an inhibitory avoidance task. Neurobiol Learn Mem 1996; 65: 1-8. [13] Robinson MJ. and Franklin KB. Central but not peripheral beta-adrenergic antagonism blocks reconsolidation for a morphine place preference. Behav Brain Res 2007; 182: 129-134. [14] V anhoomissen JD, Holmes PV, Zellner AS, Poudevigne A. and Dishman RK. Effects of β-adrenoreceptor blockade during chronic exercise on contextual fear conditioning and mrna for 140
اثرات تخريب هسته قاعدهاي- جانبي آميگدال بر مهار... شيما ابراهيمي و همكاران Influence of basolateral amygdala lesion on the inhibitory effects of propranolol on voluntary exercise- induced enhancement of learning and memory Shima Ebrahimi (M.Sc) 1, Ali Rashidy-Pour (Ph.D) *1, Abbas Ali Vafaei (Ph.D) 1, Maziar Mohammad Akhavan (Ph.D) 2, Saeed Haghighi (M.Sc) 3 1- Laboratory of Learning and Memory, Research Center and Department of Physiology, School of Medicine, Semnan University of Medical Sciences, Semnan, Iran. 2- Skin research center- Laboratory of protein and enzyme, Shahid Beheshti University (M.C), Shohada-e Tajrish Hospital, Shahrdari St., 1989934148, Tehran, Iran 3 Dept of Histology, School of Medicine, Semnan University of Medical Sciences, Semnan, Iran. (Received: 16 Sep 2009 Accepted: 24 Nov 2009) Introduction: The beneficial effects of physical activity and exercise on brain functions such as improvement in learning and memory are well documented. In a recent study, we have found that blockade of beta-adrenergic receptors by propranolol attenuates an improvement of learning and memory by exercise. However, the anatomical sites of propranolol actions are not known. The aim of this study was to determine the role of the Basolateral amygdala (BLA) in the inhibitory effects of propranolol on the beneficial effects of exercise on learning and memory. Material and Methods: In order to block the beta-adrenergic receptors, male mice were received the beta-antagonist propranolol (10 mg/kg), before each night of five consecutive nights of exercise. The BLA lesion was made by electrolytic lesion (2mA, 2 s). Learning and memory were tested on the Morris water maze task using a two-trials-per-day for five consecutive days. A probe trial was performed two days after the last training day. Results: Our results showed that propranolol reversed the exercise-induced improvement in learning and memory in rat. This effect was not blocked by the BLA lesion. However, lesion of the BLA alone blocked exercise-induced enhancement of learning and memory. Conclusion: These findings indicate beta-adrenergic receptors located outside the BLA may mediate the effects of exercise on learning and memory. Also, the BLA play an important role in the mediating the effects of physical activity on learning and memory. Key words: Exercise, Spatial memory, Propranolol, Basolateral Amygdala * Corresponding author Fax: +98 231 3354186 ; Tel: +98 231 3354186 Rashidy-pour@sem-ums.ac.ir 141