Isolamento social na pré-puberdade como fator programador do metabolismo e interação com alimento confortante

Abstract

Fatores ambientais em períodos precoces do desenvolvimento podem levar a alterações persistentes no sistema nervoso central e no sistema endócrino-metabólico. O período pré-púbere é uma fase crítica do desenvolvimento, quando o encéfalo passa por diversos processos fundamentais, e intervenções ambientais durante essa fase de intensa maturação cerebral podem influenciar a susceptibilidade a doenças ou a resiliência na idade adulta. O estresse por isolamento social destaca-se como um dos mais potentes estressores durante o desenvolvimento e pode levar a alterações a longo-prazo no comportamento social e cognitivo. O estresse também pode prejudicar o metabolismo oxidativo. Outro fator ambiental importante são os alimentos ricos em carboidratos simples, os quais, por um lado, são “alimentos confortantes”, ou seja, redutores dos efeitos do estresse, mas também podem desencadear alterações no metabolismo periférico e celular neural. Com base no exposto acima, o objetivo desta tese foi investigar os efeitos do estresse por isolamento social com acesso ou não a um alimento palatável no período pré-púbere (durante o 21-28 dia pós-natal) sobre aspectos metabólicos e neuroquímicos, e investigar memória espacial e possíveis alterações celulares no córtex pré-frontal e no hipocampo de ratos juvenis e adultos. Para alcançar esse objetivo, foram avaliados consumo calórico, parâmetros metabólicos, e o neuropeptideo Y hipotalâmico em ratos jovens e adultos, verificando possíveis mudanças sexo-específicas. Também foram analisados parâmetros do metabolismo energético, do estresse oxidativo, índice de fragmentação do ADN celular e morte celular no hipocampo e no córtex pré-frontal de ratos machos juvenis e adultos. A fim de tentar verificar se as alterações encontradas no metabolismo celular poderiam afetar o comportamento, foram avaliadas a memória espacial e a atividade motora apenas de ratos adultos. Os resultados mostraram que as fêmeas, mesmo antes da puberdade, foram mais propensas a utilizar alimentos confortantes quando expostas ao estresse. Já ratos machos foram mais propensos à programação metabólica a longo-prazo, induzida pela exposição precoce ao alimento palatável, possivelmente relacionada à hipoadiponectinemia. Ambas as estruturas encefálicas estudadas, apresentaram uma programação no metabolismo celular neural a longo-prazo. O isolamento social induziu desequilíbrio entre os sistemas antioxidantes, e induziu uma redução da atividade da enzima Na+,K+-ATPase no córtex pré-frontal. A exposição precoce à dieta palatável não foi capaz de prevenir esses efeitos a longo-prazo. No hipocampo de ratos jovens, o isolamento social induziu desequilíbrio oxidativo, aumentou o potencial mitocondrial, o índice de fragmentação ao ADN e a apoptose. Diferentemente dos achados no córtex pré-frontal, o consumo da dieta palatável aumentou atividade de enzimas antioxidantes e preveniu diversos dos efeitos do estresse no hipocampo de ratos jovens. Nos ratos adultos, o isolamento social aplicado no período pré-púbere levou ao desequilíbrio oxidativo a longo-prazo. Houve também, um aumento no número de células necróticas no hipocampo desses animais. A ingestão de alimento palatável durante a exposição ao estresse atenuou alguns efeitos do estresse, incluindo as alterações nas atividades dos complexos respiratórios, no índice de fragmentação do ADN celular e no número de células necróticas. Esses efeitos podem estar relacionados com o aumento no imunoconteúdo de receptores de glicocorticoides no hipocampo, que observamos ter sido induzido pela dieta palatável. No entanto, a essa dieta induziu algumas alterações no metabolismo celular neural, per se, aumentando o índice de fragmentação ao ADN celular, o número de células em apoptose inicial e diminuindo o número de células vivas. De modo interessante, não houve diferenças com relação à memória espacial ou à atividade motora. De uma forma geral, esta tese mostrou que intervenções precoces durante o desenvolvimento do animal podem programar o metabolismo ao longo da vida. Os machos foram mais susceptíveis aos efeitos induzidos pelo consumo precoce de alimento palatável quando avaliados parâmetros do metabolismo a longo-prazo. Com relação aos achados no metabolismo neural, diferenças em resposta à exposição ao estresse e à dieta palatável foram observadas no hipocampo e no córtex pré-frontal. O hipocampo mostrou-se mais susceptível a influências de fatores ambientais precoces. Houve claros efeitos sobre o equilíbrio oxidativo e a função mitocondrial mesmo na idade adulta, muito tempo após as intervenções terem cessado; a dieta palatável foi capaz de prevenir vários dos efeitos do estresse no período pré-púbere.

to persistent changes in the central nervous system and in the endocrine-metabolic system. The pre-puberty is a critical stage of development, because the brain is undergoing many fundamental processes and functional organization. Environmental interventions during these periods of intense brain maturation may influence disease susceptibility or resilience in adulthood. Social isolation is one of the most potent stressors during development, and can lead to long-term changes in social behavior, cognitive behavior, and also changes in metabolic parameters. Another important environmental factor that may affect development are foods rich in simple carbohydrates, which are known as comfort foods, since they are able to reduce the effects of stress, however they may as well change peripheral and neural metabolism. Based on the above, the aim of this thesis was to investigate the effects of stress by social isolation in the pre-puberty (during 21-28 postnatal day), with or without the access to a palatable food, on metabolic and neurochemical aspects, and to investigate possible spatial memory and cellular changes in the prefrontal cortex and in the hippocampus of juvenile and adult rats. To achieve this goal, we evaluated caloric intake, metabolic parameters and hypothalamic neuropeptide Y in juvenile and adult rats, verifying possible sex-specific differences. Were also analyzed parameters of energy metabolism, oxidative stress, DNA fragmentation index and cell death in the hippocampus and prefrontal cortex of male juvenile and adult rats. In order to verify whether the possible alterations in cellular metabolism could affect behavior we assessed spatial memory and motor activity. With respect to metabolic parameters, we observed that females, even before puberty, were more likely to use comfort foods when exposed to stress. Male rats were more prone to the long-term metabolic programming induced by early exposure to palatable food, possibly related to hypoadiponectinemia. Both brain structures studied presented long-term alterations in neural cell metabolism. Social isolation induced imbalance between antioxidant systems, and a reduction of Na+, K+-ATPase activity in the prefrontal cortex. The palatable diet was not able to prevent these long-term effects. In the hippocampus of juveniles, social isolation induced oxidative imbalance, increased the mitochondrial potential, the DNA fragmentation index and apoptosis. Unlike the findings in the prefrontal cortex, in hippocampus the consumption of palatable diet increased activity of antioxidant enzymes and prevented many of the effects of stress in juvenile rats. In hippocampus of adult rats, social isolation in the prepubertal period led to long-term oxidative imbalance, and increased number of necrotic cells. The intake of palatable food during exposure to stress attenuated some of the effects of stress, including changes in the activities of respiratory complexes, the index of cellular DNA fragmentation and the number of necrotic cells. These effects may be related to the increased immunocontent of glucocorticoid receptors in the hippocampus induced by the palatable diet. However, this diet also induced changes per se in neural cell metabolism, including increased DNA fragmentation and apoptosis, and reduced number of live cells. Interestingly, there were no differences on spatial memory and motor activity. Generally, this thesis has shown that early interventions during the pre-pubertal period can program metabolism throughout life. Male rats were more susceptible to consumption of palatable food when long-term metabolic changes were evaluated. Differences in response to stress exposure and palatable diet were observed in hippocampus and prefrontal cortex. The hippocampus was shown to be more susceptible to influences of early environmental factors. There were clear effects on mitochondrial function and oxidative balance in the adulthood, long after the intervention had ceased; the palatable diet was able to prevent many of the effects of stress in the prepubertal period.