نقش نورون های حسی پیاز بویایی در بهبود حافظه کاری رت های نر بالغ به دنبال تمرین ورزشی هوازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
فرزانه زینلی 1
محمد شریعت زاده جنیدی 2
جلال الدین نوروزی 1
رضا قراخانلو 1
محمدرضا رئوفی 1
1 دانشگاه تربیت مدرس
2 پژوهشگاه تربیت بدنی و علوم ورزشی
10.22089/spj.2023.14384.2237
چکیده
اهداف: تنفس از طریق بینی دارای فواید بسیاری برای سلامتی، به خصوص در هنگام فعالیت ورزشی است. گیرنده‌های حسی پیاز بویایی (OSNs) به تحریکات مکانیکی ناشی از جریان هوا پاسخ می‌دهند و پاسخ آنها با شدت جریان هوا همبستگی دارد. این اطلاعات منجربه ایجاد نوساناتی در پیاز بویایی می‌شود که به سایر نواحی مغز، از جمله مناطق مرتبط عملکرد شناختی، منتقل می‌شود. بنابراین، به نظر می‌رسد بخشی از اثرات تمرین هوازی بر حافظه به‌واسطه تحریک پیاز بویایی انجام می‌گیرد. بر این‌اساس، این مطالعه به بررسی نقش OSNs در بهبود حافظه کاری به دنبال تمرین ورزشی هوازی می‌پردازد.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه از 28 موش صحرایی نر نژاد ویستار (12-14 هفته، با وزن 250-300 گرم) استفاده شد. پس‌‌از الکترودگذاری در پیاز بویایی و هیپوکامپ، حیوانات به 4 گروه تقسیم شدند و به منظور تخریب OSNs از تزریق متیمازول (300 میلی‌گرم/کیلوگرم) استفاده شد. پس از تکمیل پروتکل تمرین (7 هفته/ 5 روز در هفته)، آزمون رفتاری همزمان با ثبت پتانسیل‌های میدانی موضعی به منظور بررسی حافظه کاری انجام و برای بررسی نتایج از روش آماری آنالیز واریانس دوطرفه استفاده شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که تخریب OSNs در اپیتلیوم بینی به طور معنی‌داری منجربه کاهش ظرفیت حافظه کاری شد (P=0.04). ازطرف دیگر، تمرین ورزشی هوازی منجر به افزایش توان فرکانسی در محدوده دلتا و تتا و بهبود حافظه گردید (P=0.01).
نتیجه‌گیری: ما پیشنهاد می‌کنیم که تحریک غیر تهاجمی OSNs در طول تنفس بینی ممکن است به عنوان یک مکانیسم برای بهبود حافظه کاری از طریق فعالیت ورزشی معرفی شود.
کلیدواژه‌ها
تمرین ورزشی هوازی
حافظه کاری
تنفس بینی
پتانسیل‌های میدانی موضعی

موضوعات

  1. Erickson KI, Hillman C, Stillman CM, Ballard RM, Bloodgood B, Conroy DE, et al. Physical activity, cognition, and brain outcomes: a review of the 2018 physical activity guidelines. Medicine and science in sports and exercise. 2019;51(6):1242.
  2. Bherer L, Erickson KI, Liu-Ambrose T. A review of the effects of physical activity and exercise on cognitive and brain functions in older adults. Journal of aging research. 2013;2013.
  3. Snigdha S, De Rivera C, Milgram NW, Cotman CW. Exercise enhances memory consolidation in the aging brain. Frontiers in aging neuroscience. 2014;6:3.
  4. Liu-Ambrose T, Eng JJ. Exercise training and recreational activities to promote executive functions in chronic stroke: a proof-of-concept study. Journal of Stroke and Cerebrovascular Diseases. 2015;24(1):130-7.
  5. Angevaren M, Aufdemkampe G, Verhaar HJ, Aleman A, Vanhees L. Physical activity and enhanced fitness to improve cognitive function in older people without known cognitive impairment. Cochrane database of systematic reviews. 2008(2).
  6. Hillman CH, Erickson KI, Kramer AF. Be smart, exercise your heart: exercise effects on brain and cognition. Nature reviews neuroscience. 2008;9(1):58-65.
  7. Buchman A, Boyle P, Yu L, Shah R, Wilson R, Bennett D. Total daily physical activity and the risk of AD and cognitive decline in older adults. Neurology. 2012;78(17):1323-9.
  8. Yolanda S, Pamungkas GC, Andraini T, Santoso DIS, Sidik SB, Widhowati LN. Effect of aerobic exercise on short-and long-term memory in adult male wistar rats. International Journal of Applied Pharmaceutics. 2020;12(Special Issue 3):15-8.
  9. Liu Y, Yan T, Chu JM-T, Chen Y, Dunnett S, Ho Y-S, et al. The beneficial effects of physical exercise in the brain and related pathophysiological mechanisms in neurodegenerative diseases. Laboratory Investigation. 2019;99(7):943-57.
  10. Romero B, Coburn JW, Brown LE, Galpin AJ. Metabolic Demands Of Heavy Metal Drumming. Medicine & Science in Sports & Exercise. 2015;47(5S):765-6.
  11. Nielsen H, Boesen M, Secher N. Near‐infrared spectroscopy determined brain and muscle oxygenation during exercise with normal and resistive breathing. Acta Physiologica Scandinavica. 2001;171(1):63-70.
  12. Bennett WD, Zeman KL, Jarabek AM. Nasal contribution to breathing with exercise: effect of race and gender. Journal of Applied Physiology. 2003;95(2):497-503.
  13. LaComb CO, Tandy RD, Lee SP, Young JC, Navalta JW. Oral versus nasal breathing during moderate to high intensity submaximal aerobic exercise. International Journal of Kinesiology & Sports Science. 2017;5(1).
  14. Allen R. The health benefits of nose breathing. 2017.
  15. Nguyen Chi V, Muller C, Wolfenstetter T, Yanovsky Y, Draguhn A, Tort AB, et al. Hippocampal Respiration-Driven Rhythm Distinct from Theta Oscillations in Awake Mice. J Neurosci. 2016;36(1):162-77.
  16. Buzsaki G, Moser EI. Memory, navigation and theta rhythm in the hippocampal-entorhinal system. Nat Neurosci. 2013;16(2):130-8.
  17. Vanderwolf CH, Szechtman H. Electrophysiological correlates of stereotyped sniffing in rats injected with apomorphine. Pharmacol Biochem Behav. 1987;26(2):299-304.
  18. Franco K, Litaker D, Locala J, Bronson D. The cost of delirium in the surgical patient. Psychosomatics. 2001;42(1):68-73.
  19. Girard TD, Jackson JC, Pandharipande PP, Pun BT, Thompson JL, Shintani AK, et al. Delirium as a predictor of long-term cognitive impairment in survivors of critical illness. Critical care medicine. 2010;38(7):1513.
  20. Grosmaitre X, Santarelli LC, Tan J, Luo M, Ma M. Dual functions of mammalian olfactory sensory neurons as odor detectors and mechanical sensors. Nature neuroscience. 2007;10(3):348-54.
  21. Heck DH, Kozma R, Kay LM. The rhythm of memory: how breathing shapes memory function. Journal of Neurophysiology. 2019;122(2):563-71.
  22. Desai R, Tailor A, Bhatt T. Effects of yoga on brain waves and structural activation: A review. Complementary therapies in clinical practice. 2015;21(2):112-8.
  23. Ito J, Roy S, Liu Y, Cao Y, Fletcher M, Lu L, et al. Whisker barrel cortex delta oscillations and gamma power in the awake mouse are linked to respiration. Nature communications. 2014;5(1):3572.
  24. Yanovsky Y, Ciatipis M, Draguhn A, Tort AB, Brankačk J. Slow oscillations in the mouse hippocampus entrained by nasal respiration. Journal of Neuroscience. 2014;34(17):5949-64.
  25. Zelano C, Jiang H, Zhou G, Arora N, Schuele S, Rosenow J, et al. Nasal respiration entrains human limbic oscillations and modulates cognitive function. Journal of Neuroscience. 2016;36(49):12448-67.
  26. Hensch TKJNRN. Critical period plasticity in local cortical circuits. 2005;6(11):877.
  27. Paxinos G, Watson CR, Emson PC. AChE-stained horizontal sections of the rat brain in stereotaxic coordinates. Journal of neuroscience methods. 1980;3(2):129-49.
  28. Genter MB, Deamer NJ, Blake BL, Wesley DS, Levi PE. Olfactory toxicity of methimazole: dose-response and structure-activity studies and characterization of flavin-containing monooxygenase activity in the Long-Evans rat olfactory mucosa. Toxicologic pathology. 1995;23(4):477-86.
  29. Zeynali F, Raoufy MR, Gharakhanlou R. Olfactory Sensory Neurons Facilitate Aerobic Exercise-Induced Spatial Memory Improvement. Basic and Clinical Neuroscience.0-.
  30. Chae C-H, Jung S-L, An S-H, Jung C-K, Nam S-N, Kim H-T. Treadmill exercise suppresses muscle cell apoptosis by increasing nerve growth factor levels and stimulating p-phosphatidylinositol 3-kinase activation in the soleus of diabetic rats. Journal of physiology and biochemistry. 2011;67:235-41.
  31. Powers SK, Criswell D, Lawler J, Martin D, Lieu F-K, Ji LL, et al. Rigorous exercise training increases superoxide dismutase activity in ventricular myocardium. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 1993;265(6):H2094-H8.
  32. Salimi M, Tabasi F, Nazari M, Ghazvineh S, Salimi A, Jamaati H, et al. The olfactory bulb modulates entorhinal cortex oscillations during spatial working memory. The Journal of Physiological Sciences. 2021;71:1-9.
  33. Ogawa T, Okihara H, Kokai S, Abe Y, Karin Harumi UK, Makiguchi M, et al. Nasal obstruction during adolescence induces memory/learning impairments associated with BDNF/TrkB signaling pathway hypofunction and high corticosterone levels. Journal of Neuroscience Research. 2018;96(6):1056-65.
  34. Wang X-Q, Wang G-W. Effects of treadmill exercise intensity on spatial working memory and long-term memory in rats. Life sciences. 2016;149:96-103.
  35. Uysal N, Kiray M, Sisman A, Camsari U, Gencoglu C, Baykara B, et al. Effects of voluntary and involuntary exercise on cognitive functions, and VEGF and BDNF levels in adolescent rats. Biotechnic & Histochemistry. 2015;90(1):55-68.
  36. Ghazvineh S, Salimi M, Nazari M, Garousi M, Tabasi F, Dehdar K, et al. Rhythmic air-puff into nasal cavity modulates activity across multiple brain areas: A non-invasive brain stimulation method to reduce ventilator-induced memory impairment. Respiratory Physiology & Neurobiology. 2021;287:103627.
  37. Li J-Y, Kuo TB, Hung C-T, Yang CC. Voluntary exercise enhances hippocampal theta rhythm and cognition in the rat. Behavioural Brain Research. 2021;399:112916.
  38. Li J-Y, Kuo TB, Yen J-C, Tsai S-C, Yang CC. Voluntary and involuntary running in the rat show different patterns of theta rhythm, physical activity, and heart rate. Journal of neurophysiology. 2014;111(10):2061-70.
  39. Li J-Y, Kuo TB, Yang CC. Aged rats show dominant modulation of lower frequency hippocampal theta rhythm during running. Experimental gerontology. 2016;83:63-70.
  40. Smith PJ, Blumenthal JA, Hoffman BM, Cooper H, Strauman TA, Welsh-Bohmer K, et al. Aerobic exercise and neurocognitive performance: a meta-analytic review of randomized controlled trials. Psychosomatic medicine. 2010;72(3):239.
  41. Colgin LL. Rhythms of the hippocampal network. Nature Reviews Neuroscience. 2016;17(4):239-49.

 

فیزیولوژی ورزشی
دوره 16، شماره 61
فروردین 1403
صفحه 17-30

  • تاریخ دریافت 23 بهمن 1401
  • تاریخ بازنگری 21 فروردین 1402
  • تاریخ پذیرش 05 اردیبهشت 1402