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

Abstract

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.