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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.5.2018.tde-11092018-153547
Document
Author
Full name
Natália Gomes Gonçalves
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Lin, Chin Jia (President)
Torrão, Andréa da Silva
Júnior, Miguel José Rangel
Oliveira, Gabriela Pintar de
Title in Portuguese
Síndrome metabólica e declínio cognitivo: papel do exercício físico
Keywords in Portuguese
Coativador 1-alfa do receptor gama ativado por proliferador de peroxissomo
Exercício físico
Frutose
Hipocampo
Memória operacional
Metformina
Músculo esquelético
Abstract in Portuguese
Evidências disponíveis na literatura sugerem uma conexão entre ingestão de frutose, síndrome metabólica e declínio cognitivo. Na sociedade ocidental, o aumento de casos de síndrome metabólica ocorreu em paralelo ao aumento do consumo de excesso de frutose na dieta. Além disso, animais que consomem excesso de frutose em sua dieta apresentam alterações típicas de resistência à insulina em seus cérebros, além de desenvolverem declínio cognitivo. Sabe-se que exercício físico é capaz de prevenir atrofia do hipocampo e atenuar declínio cognitivo. O objetivo desse estudo foi avaliar se exercício aeróbico é capaz de prevenir o declínio cognitivo associado a um excesso de frutose na dieta e investigar os mecanismos pelos quais isso poderia ocorrer. Ratos Wistar machos foram divididos em quatro grupos: controle sedentário, exercício, frutose sedentário e frutose+exercício. A memória operacional foi testada através do labirinto de Barnes. A sinalização de insulina e de moléculas relacionadas ao exercício foram avaliados no hipocampo e no músculo quadríceps através de Western Blot e PCR em tempo real. A ingestão de excesso de frutose induziu declínio cognitivo que não foi atenuado pelo exercício. O hipocampo dos animais que ingeriram frutose não apresentou deficiência na sinalização de insulina, mas apresentou leve diminuição em BDNF e sinaptofisina, o que foi acompanhado de diminuição significativa da expressão de PGC1alfa tanto no músculo quanto no hipocampo. O musculo quadríceps dos animais alimentados com frutose também mostrou uma diminuição significativa na expressão da miocina irisina (FNDC5) e de genes ligados à autofagia, ao transporte de glicose (GLUT4) e à oxidação de ácidos graxos (NR4A3, PPAR?, Erralfa). Treino aeróbico foi incapaz de reverter todas essas alterações. Em contraste, tratamento metformina foi capaz de prevenir o declínio cognitivo de animais que ingeriram excesso de frutose. Podemos concluir que ingestão de frutose prejudicou a expressão de genes críticos à adaptação do músculo ao exercício e, como resultado, atenuou efeitos benéficos do exercício no cérebro. Tratamento com metformina preveniu a queda na expressão de FNDC5 e BDNF e, consequentemente, o declínio cognitivo em ratos alimentados com frutose através de uma ação direta no cérebro, apesar de não prevenir os efeitos deletérios da frutose no músculo esquelético
Title in English
Metabolic syndrome and cognitive decline: role of physical exercise
Keywords in English
Exercise training
Fructose
Hippocampus
Metformin
Muscle skeletal
Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha
Working memory
Abstract in English
Available evidence in the literature suggests a link between fructose ingestion, Metabolic Syndrome and cognitive impairment. In Western society, the rise in the frequency of Metabolic Syndrome was paralleled by a rise in consumption of a high fructose diet. Moreover, molecular alterations typically related to insulin resistance have been found in brains of fructose-induced insulin-resistant rats, and these rodents also develop cognitive deterioration. Physical exercise is well known to prevent hippocampal atrophy and to attenuate cognitive decline. The objective of this study was to evaluate if aerobic training can ameliorate cognitive decline associated with excessive fructose ingestion and to investigate the pathways through which this might occur. Male Wistar rats were divided into four groups: sedentary control, exercise, sedentary fructose, fructose+exercise. Working memory was assessed on the Barnes Maze. Intracellular insulin and exercise-related signaling molecules of the hippocampus and quadriceps femori were assayed using Western blot and Real time PCR. Fructose ingestion induced cognitive decline which was not attenuated by exercise. Insulin signaling was not impaired in the hippocampus in the fructose-fed animals, but there was a slight decrease in BDNF and synaptophysin in the hippocampus, accompanied by a significant decrease in exercise-induced expression of PGC1alpha both in the hippocampus and the muscle of exercised animals that ingested fructose. The quadriceps femori of fructose-fed animals also showed a significant decrease in expression of the myokine irisin (FNDC5) and of genes related to autophagy, glucose transport (GLUT4) and fatty acid oxidation (NR4A3, PPAR?, Err alpha). Exercise training was unable to reverse all of these alterations. Contrarily, metformin administration ameliorated cognitive decline in fructose-fed rats. We conclude that fructose feeding impaired expression of genes that are critical to skeletal muscle adaptation to exercise, which in turn attenuated the beneficial effects of exercise in the brain. Treatment with metformin was able to prevent the decline in expression of FNDC5 and BDNF ameliorating cognitive decline in fructose fed rats by direct action in the brain, despite being unable to reverse the effects of fructose feeding in the muscle
 
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Publishing Date
2018-09-12
 
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