Efeito de diferentes protocolos de exercício físico sobre a função motora e a morfologia de estruturas associadas ao movimento em ratos submetidos à hipóxia-isquemia encefálica neonatal

Abstract

A hipóxia-isquemia encefálica (HIE) neonatal é uma das principais causas de mortalidade e morbidade neonatal, contribui para a incapacidade geral, levando ao comprometimento motor e de estruturas relacionadas. Os modelos animais disponíveis para mimetizar essa patologia mostram resultados contraditórios, especialmente relacionados à função motora, dificultando assim a translação dos resultados encontrados. Da mesma forma, estudos pré-clínicos que avaliem os benefícios de protocolos de exercício que já são utilizados na clínica como forma de tratamento para esta patologia, ainda são escassos. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos de diferentes protocolos de exercício físico (aeróbico e acrobático) sobre a função motora, o córtex sensoriomotor, o trato corticoespinal, medula espinal, junções neuromusculares e músculo esquelético em ratos Wistar machos submetidos a um evento hipóxico-isquêmico encefálico no período neonatal. O protocolo experimental teve início no 7º dia pós-natal (DPN), quando ratos Wistar machos foram submetidos à HIE neonatal de acordo com o modelo proposto por Rice- Vannuci. A partir do 22º DPN até o 60º DPN, foram realizados os protocolos de exercício (aeróbico ou acrobático) e foram definidos então seis grupos experimentais: grupo controle não exercitado (CT), grupo controle submetido a treinamento em esteira (CTT), grupo controle submetido a treinamento acrobático (CTA), grupo HIE não exercitado (HIE), grupo HIE submetido ao treinamento em esteira (HIET) e grupo HIE submetido ao treinamento acrobático (HIEA). Após o fim do treinamento, a função motora geral dos animais foi avaliada através dos testes: Campo aberto, Escada horizontal e Rotarod. Também foram avaliados a capacidade de utilização, a preferência e a força dos membros anteriores dos animais através do Pasta Matrix Reaching Task (PMRT). Após a realização dos testes comportamentais, os animais foram eutanasiados e os encéfalos, fragmentos da medula espinal, nervo isquiático e músculo plantar foram coletados para análise morfológica. Também foi realizada a técnica de imunohistoquímica com marcação das proteínas sinaptofisina (SYP), NeuN e proteína glial fibrilar ácida (GFAP) no córtex motor primário. Nossos principais resultados mostraram que a HIE causou atrofia cerebral, déficits de aprendizado, comprometimento na locomoção observado no teste da escada horizontal e menor utilização/preferência do membro afetado pela lesão demonstrado pelo teste PMRT. 8 Em relação à plasticidade celular, foi possível observar um aumento no número de astrócitos e da proteína SYP no córtex motor nos ratos HIE no lado ipsilateral à lesão. Não encontramos alterações morfológicas no córtex sensoriomotor, no nervo isquiático, na medula espinal, nas junções neuromusculares e no músculo esquelético dos animais submetidos ao modelo de HIE neonatal, tampouco efeitos do exercício físico sobre esses parâmetros. Contudo, um efeito benéfico do treinamento acrobático foi evidenciado nos animais HIE, demonstrado pela melhora na locomoção avaliada no teste da Escada horizontal e uma diminuição da atrofia cerebral. Esses resultados mostram evidências pré-clínicas de que o exercício acrobático pode ser uma boa opção terapêutica após eventos de HIE neonatal, sendo responsável pela melhora de aspectos cognitivos e motores.

The neonatal hypoxia-ischemia encephalopathy (HIE) is the major cause of neonatal mortality and morbidity, contributing to an overall disability, leading to motor impairment and damage to related structures. The animal models available to mimic this pathology show contradictory results, especially related to motor function, making it difficult to transition the results to humans. Similarly, preclinical studies that evaluate the benefits of exercise protocols that are already used in the clinic as a form of treatment for this pathology are still scarce. In this context, the aim of this study was to evaluate the effects of different physical exercise protocols (aerobic and acrobatic) on motor function, sensorimotor cortex, corticospinal tract, spinal cord, neuromuscular junctions and skeletal muscle in male Wistar rats submitted to a hypoxic-ischemic event in the neonatal period. The experimental protocol started on the 7th postnatal day (PND) when male Wistar rats were submitted to neonatal HIE according to the model proposed by Rice-Vannuci. From the 22nd PND to the 60th PND, the exercise protocols (aerobic and acrobatic) were performed and six experimental groups were defined: control group non-exercised (CT), control group submitted to treadmill training (CTT), control group submitted to acrobatic training (CTA), HIE group non-exercised (HIE), HIE group submitted to treadmill training (HIET) and HIE group submitted to acrobatic training (HIEA). After the end of the training, the general motor function of the animals was evaluated through the tests: Open field, horizontal ladder and Rotarod. The utilization, preference, and strength of the animals' forelimbs were also evaluated through the Matrix Reaching Task (PMRT). After the end of the behavioral tests, the animals were euthanized and brains, spinal cord, sciatic nerve, and plantar muscle fragments were collected for morphological analysis. The immunohistochemistry technique with the labeling of synaptophysin (SYP), NeuN and glial fibrillary acidic protein (GFAP) was also performed in the primary motor cortex. Our main results showed that HIE caused cerebral atrophy, learning deficits, impairment in locomotion observed in the horizontal ladder test, and lower use/preference of forelimb affected by the lesion demonstrated by the PMRT test. Regarding cell plasticity, it was possible to observe an increase in the number of astrocytes and SYP protein in the motor cortex in HIE rats on the ipsilateral side to the lesion. We did not find morphological changes in the sensorimotor cortex, sciatic nerve, 10 spinal cord, neuromuscular junctions and skeletal muscle of the animals submitted to the neonatal HIE model, also were not observed physical exercise effects on these parameters. However, a beneficial effect of acrobatic training was evidenced in the HIE animals, demonstrated by the improvement in locomotion evaluated in the Horizontal Ladder test and a decrease in cerebral atrophy. These results show preclinical evidence that acrobatic exercise may be a good therapeutic option after neonatal HIE events, and is responsible for the improvement of cognitive and motor aspects.