Alterations in antioxidant status, protein concentration, acetylcholinesterase, Na+, K+-ATPase and Mg2+-ATPase activities in rat brain after forced swimming: factors that can improve swimming performance

This item is provided by the institution :

Repository :
National Archive of PhD Theses
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

PhD thesis (EN)

2011 (EN)
Επιδράσεις της διάρκειας κολύμβησης στην οξειδωτική κατάσταση και στις δραστικότητες των ενζύμων ακετυλοχολινεστεράση, (Na+, K+)-ATPάση, Mg2+-ATPάση σε εγκέφαλο ενήλικων επιμύων: παράγοντες που μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση κολύμβησης
Alterations in antioxidant status, protein concentration, acetylcholinesterase, Na+, K+-ATPase and Mg2+-ATPase activities in rat brain after forced swimming: factors that can improve swimming performance

Τσακίρης, Θεόδωρος

BACKGROUND:Forced exercise is associated with oxidative stress. L-carnitine (L-Car) and L-cysteine (L-Cys) administration reduces free-radical production and changes neural activity. The aim of the study was to investigate 1) if exercise stress (short [2 h] or prolonged [5 h] forced swimming in rats) could modulate brain total antioxidant status (TAS), tissue protein concentration, and the activities of acetylcholinesterase (AChE), Na+, K+-ATPase, and Mg2+-ATPase and 2) whether L-Cys (5 mg/kg) or L-Car (300 mg/Kg) intraperitoneal administration can ameliorate the previous parameters.METHODS:The study had three parts. In the first part the aim was to investigate the exercise effect in adult male rats. Rats exercised for 0 h, 2 h, or 5 h (n = 7 in each group) and the results were compared with a control group doing no exercise. In the second and third part rats exercised for 0 h, 2 h, or 3 h with L-Car (SWCar), L-Cys (SWCys) or saline (SW) administration. The control groups were L-Car, L-Cys and saline administrated rats resting in cage (SEDCar, SEDCys and SED respectively). Rats were injected with L-Car or L-Cys 3 h or 6 h respectively before exercise. TAS, protein concentration, and enzyme activities were measured spectrophotometrically.RESULTS:Protein concentration was decreased by 15% (p < 0.01) and by 30 % (p < 0.001) respectively after 2 h and 5 h of forced swimming. TAS was decreased by 20 % after 2 h (p<0.01) and 25% after 5 h of exercise (p < 0.001). AChE was inhibited by 30% (p<0.001) and 45% (p<0.001) respectively. Na+, K+-ATPase and Mg2+-ATPase activity were stimulated by 80% (p<0.001) and 40% (p<0.001) respectively, after 2 h of swimming and by 100% (p<0.001) and 60% (p<0.001) respectively, after 5h of exercise. Similar results were found in the other two parts of the study for the effect of exercise. L-Car and L-Cys administration resulted in a profound restoration of TAS and protein concentration after exercise. AChE and Na+, K+-ATPase were inhibited immediately after L-Car administration followed by a gradual increase at rest. AChE was more inhibited in exercise groups but the inhibition was smaller in SWCar than in SW condition. Na+, K+-ATPase was inhibited in SWCar condition contrary to SW in which it was found increased. AChE decreased immediately and Na+, K+-ATPase was lower 6 h after L-Cys administration at rest. Exercise didn’t affect any of the enzymes in SWCys condition. Mg2+-ATPase activity was unchanged in the L-Car and L-Cys groups at rest but there was a restoration vs. control after exercise. In an in vitro study, L-Car incubation of brain homogenates for rats previously treated with L-Car and exercised caused an increase in Na+, K+-ATPase and AChE activities , whereas the enzyme activities of untreated animals remained unaltered.CONCLUSIONS:Exercise can cause a reduction in brain TAS, protein concentration and AChE activity, and an activation of Na+, K+-ATPase and Mg2+-ATPase in brain because of extreme neural action and ROS production. L-Car and L-Cys administration may reduce free-radical production in the rat brain, limiting enzymatic changes and protein degradation caused by forced swimming. This L-Car or L-Cys protection might improve swimming ability.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ:Η έντονη άσκηση σχετίζεται με την ανάπτυξη οξειδωτικού στρες. Η χορήγηση L-καρνιτίνης (L-Car) και L-κυστεΐνης (L-Cys) μειώνει την παραγωγή ελευθέρων ριζών και μεταβάλλει την νευρική δραστηριότητα. Ο σκοπός της μελέτης ήταν να διερευνηθεί 1) αν η άσκηση (μικρής [2 ώρες] ή μεγάλης [5 ώρες] διάρκειας κολύμβηση σε επίμυες) μπορεί να μεταβάλλει την ολική αντιοξειδωτική κατάσταση του εγκεφάλου (TAS), τη συγκέντρωση πρωτεϊνών και τη δραστηριότητα των ενζύμων ακετυλοχολινεστεράση (AChE), Na+, K+-ATPάση, και Mg2+-ATPάση και 2) αν η ενδοπεριτοναϊκή χορήγηση L-Cys (5 mg/kg) ή L-Car (300 mg/Kg) μπορεί να επηρεάσει τις προηγούμενες παραμέτρους.ΜΕΘΟΔΟΣ:Η μελέτη περιλάμβανε τρία μέρη. Στο πρώτο μέρος εξετάστηκαν οι επιδράσεις της άσκησης σε ενήλικους αρσενικούς επίμυες. Οι επίμυες κολύμπησαν για 0, 2 ή 5 ώρες (n = 7 σε κάθε ομάδα) και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με την ομάδα ελέγχου που δεν ασκήθηκε. Στο δεύτερο και τρίτο μέρος οι επίμυες ασκήθηκαν για 0, 2, ή 3 ώρες αφού τους είχε χορηγηθεί L-Car (SWCar), L-Cys (SWCys) ή φυσιολογικός ορός (SW). Οι ομάδες ελέγχου έλαβαν L-Car, L-Cys ή φυσιολογικό ορό στην ηρεμία (SEDCar, SEDCys ή SED αντίστοιχα). Στους επίμυες η L-Car και η L-Cys χορηγήθηκαν 3 ή 6 ώρες αντίστοιχα πριν την έναρξη της άσκησης. Η TAS, η συγκέντρωση πρωτεϊνών και η δραστηριότητα των ενζύμων προσδιορίστηκαν φωτομετρικά.ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ:Η συγκέντρωση των πρωτεϊνών μειώθηκε κατά 15 % (p<0.01) και 30 % (p<0.001) μετά από 2 και 5 ώρες κολύμβησης. Αντίστοιχα η TAS μειώθηκε κατά 20% μετά τις 2 ώρες (p<0.01) και 25% μετά από 5 ώρες άσκησης (p<0.001). Η δραστικότητα της AChE ελαττώθηκε κατά 30 % (p<0.001) και 45 % αντίστοιχα (p<0.001). Η Na+, K+-ATPάση και η Mg2+-ATPάση είχαν αυξημένη δραστηριότητα κατά 80 % (p<0.001) και 40 % (p<0.001) αντίστοιχα μετά από 2 ώρες κολύμβησης και κατά 100 % (p<0.001) και 60 % (p<0.001) αντίστοιχα μετά από 5 ώρες άσκησης. Παρόμοια αποτελέσματα βρέθηκαν και στα άλλα δυο μέρη της μελέτης για την επίδραση της άσκησης. Η χορήγηση L-Car και L-Cys ανέστειλε την πτώση της TAS και της συγκέντρωσης πρωτεϊνών εξαιτίας της άσκησης. Η AChE και η Na+, K+-ATPάση παρουσίασαν ανεσταλμένη δραστηριότητα αμέσως μετά τη λήψη L-Car ακολουθούμενη από σταδιακή αύξηση κατά την ηρεμία. Η δραστηριότητα της AChE μειώθηκε περαιτέρω στις ομάδες που ασκήθηκαν αλλά η ελάττωση ήταν μικρότερη στην ομάδα SWCar από ότι στην SW. Η δραστικότητα της Na+, K+-ATPάσης ελαττώθηκε στην ομάδα SWCar σε αντίθεση με την ομάδα SW που αυξήθηκε. Η δραστικότητα της AChE μειώθηκε άμεσα, και της Na+, K+-ATPάσης ελαττώθηκε 6 ώρες μετά τη λήψη L-Cys στην ηρεμία. Η άσκηση όμως δεν μετέβαλε περαιτέρω την δραστηριότητα των ενζύμων στην ομάδα που έλαβε την L-Cys. Η δραστηριότητα της Mg2+-ATPάσης δεν μεταβλήθηκε από τη χορήγηση L-Car ή L-Cys στην ηρεμία αλλά το ένζυμο είχε ανεσταλμένη δράση με τη χορήγηση των δυο ουσιών μετά την άσκηση. Σε in vitro μελέτη, η προσθήκη L-Car στο ομογενοποίημα των εγκεφάλων αύξησε τη δραστηριότητα της Na+, K+-ATPάσης και της AChE στους επίμυες στους οποίους είχε χορηγηθεί L-Car ενδοπεριτοναϊκά, ενώ σε αυτούς που είχε χορηγηθεί φυσιολογικός ορός δεν υπήρξαν μεταβολές.ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ:Η άσκηση μπορεί να ελαττώσει την TAS, τη συγκέντρωση πρωτεϊνών και τη δραστικότητα της AChE και να αυξήσει τη δραστικότητα της Na+, K+-ATPάσης και της Mg2+-ATPάσης στον εγκέφαλο εξαιτίας της έντονης νευρικής δραστηριότητας και της παραγωγής ελευθέρων ριζών. Η χορήγηση L-Car ή L-Cys μπορεί να μειώσει την παραγωγή των ελεύθερων ριζών περιορίζοντας τις μεταβολές στην ενζυματική δραστηριότητα καθώς και την πρωτεϊνική καταστροφή στον εγκέφαλο των επιμύων, γεγονότα που προκαλεί η έντονη κολύμβηση. Η ανωτέρω προστατευτική επίδραση της L-καρνιτίνης ή της L-κυστεΐνης ίσως να βελτιώνει την ικανότητα κολύμβησης.

Mg2+ - ATPαση
Κολυμβόντα ποντίκια
Οξειδωτικό στρες εγκεφάλου
Συγκέντρωση πρωτεϊνών εγκεφάλου
Na+, K+ ATPαση
(Na+, K+)-ATPase
Swimming rats
Brain oxidative stress
Brain protein concentration

Εθνικό Κέντρο Τεκμηρίωσης (ΕΚΤ) (EL)
National Documentation Centre (EKT) (EN)



National and Kapodistrian University of Athens
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών (ΕΚΠΑ)

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)