Caracterização da atividade física espontânea, flexilidade metabólica e homeostase glicêmica de camundongos durante o envelhecimento

O Brasil caminha para um perfil demográfico cada vez mais envelhecido. O declínio no nível de atividade física que acompanha o processo de envelhecimento pode contribuir tanto para a alteração da composição corporal (redução da massa livre de gordura e aumento da massa de tecido adiposo) quanto para as doenças metabólicas, como o diabetes mellitus tipo 2, cuja prevalência aumenta com a idade. A atividade física espontânea (SPA), definida como movimentos corporais para a realização de atividades rotineiras (excetuando-se esportes e atividades de academia), é um importante componente do gasto energético, podendo representar mais de 50% da energia total diária gasta. Um dos sinalizadores mais importantes do status energético do corpo é o hormônio insulina, que ao agir no hipotálamo, tem como efeito reduzir a ingestão alimentar e parece aumentar a SPA. Dessa maneira, em função do potencial da insulina na regulação da atividade locomotora, o objetivo desse trabalho foi verificar se existe relação temporal entre alteração da sensibilidade à insulina (determinada través do teste de tolerância à insulina e da flexibilidade metabólica) e SPA em camundongos durante o processo de envelhecimento. Camundongos machos C57bl/6 (n=10) com 21 dias de idade foram alimentados com dieta padrão (AING-93G) por 10 meses. A SPA, o gasto energético e a flexibilidade metabólica foram avaliados no 1º, 4º, 8º e 10º mês. Utilizou-se um sistema à base de sensores infravermelhos (Harvard Apparatus) para analisar a SPA e, para o registro do gasto energético e da flexibilidade metabólica, foi utilizado um sistema de calorimetria indireta (Oxylet, Harvard Apparatus). Testes de tolerância à glicose (GTT –2 g de glicose/Kg) e à insulina (ITT –0.5 UI de insulina regular humana/Kg) intraperitoneal foram realizados no 4º e 8º mês. Para a análise estatística foram utilizados o teste t-student e ANOVA para medidas repetidas, com nível de significância pré-estabelecido de 5% (p<0,05). Houve um declínio significativo da SPA e do gasto energético à partir do 8º mês, coincidindo com a queda da sensibilidade a insulina avaliada pelo ITT. A flexibilidade metabólica, ao contrário do esperado, foi significativamente maior no 8º mês. O envelhecimento aumentou significativamente a área abaixo da curva (AUC) glicêmica durante o GTT, mostrando que os camundongos desenvolveram intolerância à glicose. Os resultados indicam que a sensibilidade à insulina determinada pelo ITT, mas não pela flexibilidade metabólica, é sensível ao processo de envelhecimento, e que a queda da sensibilidade à insulina parece estar envolvida na redução da SPA em camundongos em processo de envelhecimento.Brazil moves towards a demographic profile increasingly aged. The decline in physical activity that accompanies aging can contribute to both a change in body composition (decreased fat-free mass and increased adipose tissue mass) and metabolic diseases such as type 2 diabetes mellitus, whose prevalence increases with age. Spontaneous physical activity (SPA), defined as body movements to perform daily activities (except for sports and gym activities), is an important component of the energy expenditure and may represent more than 50% of total daily energy expenditure. One of the most important signals of the energy status of the body is the hormone insulin, which act on the hypothalamus reducing food intake and it seems to increase SPA. Thus, due the potential of insulin to regulate locomotor activity, the aim of this study was to establish the temporal relationship between changes in insulin sensitivity (determined by the insulin tolerance test and metabolic flexibility) and SPA in mice during the aging process. Male mice C57Bl/6 (n = 10) 21 days-old were fed a standard diet (Aing-93G) for 10 months. The SPA, energy expenditure and metabolic flexibility were assessed at 1, 4, 8 and 10 months. We used a system based on infrared sensors (Harvard Apparatus) to analyze SPA and an indirect calorimetry system (Oxylet, Harvard Apparatus) to record energy expenditure and metabolic flexibility. Intraperitoneal glucose (GTT -2 g glucose / kg) and insulin (ITT -0.5 IU human regular insulin/kg) tolerance tests were performed at 4 and 8 months. For statistical analysis, the Student t test and ANOVA for repeated measures, with pre-established level of significance of 5% (p <0.05) were used. There was a significant decline in SPA and energy expenditure from the 8th month on, coinciding with the decline in insulin sensitivity assessed by ITT. The metabolic flexibility, contrary to expectations, was significantly higher in the 8th month. Aging significantly increased the area under the curve (AUC) for glucose during GTT, showing that mice developed glucose intolerance. The results indicate that insulin sensitivity determined by ITT, but not by metabolic flexibility, is sensitive to the aging process, and that the decrease in insulin sensitivity appears to be involved in the reduction of SPA in aging mic

Central and peripheral effects of physical exercise without weight reduction in obese and lean mice

To investigate the central (hypothalamic) and peripheral effects of exercise without body weight change in diet-induced obesity (DIO). Twelve-week-old male C57Bl/6 mice received a control (C) or a high-fat diet (H). Half of them had free access to running wheels for 5 days/week for 10 weeks (CE) and HE, respectively). Hypothalamic expression of genes related to energy homeostasis, and leptin (Stat3 and p-Stat3) and insulin (Akt and p-Akt) signaling were evaluated. Glucose and leptin tolerance, peripheral insulin sensitivity, and plasma insulin, leptin and adiponectin were determined. Perigonadal and retroperitoneal fat depots were increased by diet but reduced by exercise despite lack of effect of exercise on body weight. Blood glucose during intraperitoneal glucose tolerance test (ipGTT) was higher and glucose decay during intraperitoneal insulin tolerance test (ipITT) was lower in H and HE compared with C and CE. Exercise increased liver p-Akt expression and reduced fast glycemia. High-fat diet increased plasma insulin and leptin. Exercise had no effect on insulin but decreased leptin and increased adiponectin. Leptin inhibited food intake in all groups. Hypothalamic total and p-Stat3 and Akt were similar amongst the groups despite higher plasma levels of leptin and insulin in H and HE mice. High-fat diet modulated gene expression favoring a positive energy balance. Exercise only marginally changed the gene expression. Exercise induced positive changes (decreased fast glycemia and fat depots; increased liver insulin signaling and adiponectin concentration) without weight loss. Thus, despite reducing body weight could bring additional benefits, the effects of exercise must not be overlooked when weight reduction is not achieved.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Univ Fed Sao Paulo, Programa Posgrad Interdisciplinar Ciencias Saude, Santos, SP, BrazilUniv Fed Sao Paulo, Programa Posgrad Alimentos Nutr & Saude, Santos, SP, BrazilUniv Estadual Campinas Unicamp, Inst Biol, Dept Biol Func & Estrutural, Campinas, SP, BrazilUniv Fed Sao Paulo, Inst Saude & Soc, Dept Biociencias, Santos, SP, BrazilUniv Fed Sao Paulo, Programa Posgrad Interdisciplinar Ciencias Saude, Santos, SP, BrazilUniv Fed Sao Paulo, Programa Posgrad Alimentos Nutr & Saude, Santos, SP, BrazilUniv Fed Sao Paulo, Inst Saude & Soc, Dept Biociencias, Santos, SP, BrazilFAPESP: 2011/05932-3FAPESP: 2013/01624-8Web of Scienc

Controle central da atividade física espontânea em camundongos submetidos ou não à restrição calórica durante o processo de envelhecimento

A atividade física espontânea (AFE) engloba toda forma de atividade física, seja em casa, no trabalho ou no lazer. Apesar de negligenciada, ela é um componente importante do balanço energético. Dados anteriores do nosso grupo, relatam um declínio natural da AFE no início da meia idade. Atualmente, a regulação central da AFE é desconhecida, mas existem candidatos para a sua neuro regulação, como é o caso do neuropeptídeo orexina A (OXA). A restrição calórica (RC) retarda as alterações associadas com o envelhecimento, tem efeito neuroprotetor e parece modular positivamente a AFE. Com base no exposto, nosso objetivo foi de verificar se a RC de 30% é capaz de impedir o declínio da AFE durante o envelhecimento e identificar quais áreas do sistema nervoso central (SNC) estão envolvidas. Para tal, camundongos machos C57BL6/J com 4 meses de idade foram distribuídos em grupo controle (alimentado ad libitum até os 10 meses de vida, n =10) e restrito (submetido a RC de 30% até os 10 meses de vida, n=10). A AFE, distância percorrida (DP), velocidade média (VM), porcentagem do tempo em repouso (TR) e a food anticipatory activity (FAA) foram analisados mensalmente, por 24 horas consecutivas. Além disso, parâmetros metabólicos como a evolução da massa corporal, ganho de peso e ingestão alimentar também foram verificados. Ao final do período experimental, os animais realizaram os testes comportamentais de campo aberto e o labirinto em cruz elevado. Após eutanásia, foram analisadas as seguintes áreas do SNC: núcleo accubems (NAcc), núcleo paraventricular do hipotálamo (PVH), núcleo lateral do hipotálamo (LHA), núcleo arqueado do hipotálamo (ARC), substância negra e núcleo dorsal da rafe (DRN). Para entendermos o papel da RC nessas regiões, analisamos os seguintes marcadores, por imunoperoxidase: ΔFosB (atividade neuronal), fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) e o 8-hidroxideoxiguanosina (8-OHdG, estresse oxidativo). Reconhecendo a importância da OXA na regulação da AFE, sua expressão foi avaliada por imunofluorescência, assim como a sua dupla marcação com o marcador de morte (caspase 3) e sobrevivência celular (Bcl-2) no LHA. A nossa hipótese era que a RC de 30% fosse capaz de reduzir o declínio da AFE durante o envelhecimento e que tal efeito estivesse relacionado com maior atividade neuronal, BDNF e por consequência, uma menor marcação de estresse oxidativo nas áreas encefálicas associadas com a regulação positiva da AFE, incluindo as que expressam OXA. Como resultado, observamos que a RC de 30% imposta durante a vida adulta até o início da meia idade, aumenta consideravelmente a AFE, tanto em quantidade quanto em intensidade. A RC também demonstrou ser capaz de aumentar a DP e diminuir a porcentagem do TR. No entanto, grande parte dessas mudanças aconteceu durante o ciclo claro dos animais, mas sem associações relevantes nos testes comportamentais. Nós também observamos que a FAA é um importante componente da locomoção, mas não foi o único responsável pelo seu aumento nos animais restritos. Em conjunto ao aumento da AFE no protocolo de RC, nós observamos um aumento da atividade neuronal no NAcc e LHA dos animais restritos. Este por sua vez, foi acompanhado também de um aumento dos níveis de BDNF no NAcc, mas com uma diminuição no ARC, nos camundongos submetidos à RC. Além disso, também observamos um aumento da expressão de OXA no LHA dos camundongos submetidos à RC, sem diferenças significativas na dupla marcação de OXA/caspase 3 ou OXA/Bcl-2 no LHA. Não foram observadas diferenças nos níveis de 8OHdG entre os grupos. Como conclusão, acreditamos que a RC de 30% pode ser uma intervenção viável e econômica para aumentarmos a AFE. Além disso, a RC de 30% foi capaz de aumentar a atividade neuronal, o BDNF e a OXA em regiões que são responsáveis pela neuro regulação da AFE. Contudo, ainda é preciso entender melhor como a RC altera o ciclo circadiano e se mesmo quando seu protocolo é interrompido, se os seus benefícios prevalecem.Spontaneous physical activity (SPA) englobes all forms of physical activity, whether at home, work or leisure. Even neglected, SPA is an important component of the energy balance. Previous data from our group report a natural decline in SPA in early middle age. Currently, the central regulation of SPA is unclear, but there are candidates for its neuro regulation, such as the neuropeptide orexin-A (OXA). In parallel, caloric restriction (CR) delays the changes associated with aging, has a neuroprotective effect and seems to positively modulate the SPA. Based on this scenario, we aimed to verify whether the CR of 30% can prevent the decline in the SPA during aging and to identify which areas of the central nervous system (CNS) are involved. For this purpose, C57bl6/j male mice at 4 months of age were divided into a control group (fed ad libitum until 10 months of age, n =10) and restricted (submitted to CR of 30% until 10 months of age, n = 10). SPA, distance travelled (DT), average speed (AS), resting time (RT) and the food anticipatory activity (FAA) were analyzed monthly, for 24 consecutive hours. In addition, metabolic parameters such as the evolution of body mass, weight gain, and food intake were also verified. In the end, the animals performed the behavioral tests open field and the elevated plus maze. After euthanasia, the following areas of the CNS were analyzed: the nucleus accubems (NAcc), the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVH), the lateral nucleus of the hypothalamus (LHA), the arcuate nucleus of the hypothalamus (ARC), the substantia nigra and the dorsal raphe nucleus (DRN). To understand the role of CR in these regions, we analyzed the following markers by immunoperoxidase: ΔFosB (neuronal activity), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), and 8- hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG, oxidative stress). Recognizing the importance of OXA in the regulation of SPA, its expression was evaluated by immunofluorescence, as well as its double labeling with the marker of death (caspase 3) and cell survival (Bcl-2) in LHA. We hypothesized that the CR 30% was able to reduce the decline in SPA during aging and that this effect was related to greater neuronal activity, BDNF, and, consequently, a lower marker of oxidative stress in the brain areas associated with the positive regulation of SPA, including those expressing OXA. As a result, we observed that the CR 30% submitted throughout adult life until early middle age considerably increases the SPA levels, both in quantity and intensity. CR has also been shown to be able to increase the DT and decrease the percentage of RT. However, most of these changes took place during the animals' light cycle, but with no relevant associations on behavioral tests. We also observed that FAA is an important component of locomotion, but it was not solely responsible for its increase in CR animals Together with the increase in SPA in the CR protocol, we observed an increase in neuronal activity in the NAcc and LHA of the CR mice. It was also accompanied by an increase in BDNF levels in NAcc, but with a decrease in ARC, in the CR group. In addition, we also observed an increase in OXA expression in the LHA of mice submitted to CR, with no significant differences in the double labeling of OXA/pro caspase and OXA/Bcl-2 in the LHA. No differences in 8OHdG levels were observed between groups. In conclusion, CR may be a viable and low-cost-effective approach to increasing SPA. In addition, CR was able to increase neuronal activity, BDNF, and OXA in the target areas. However, it is still necessary to better understand how CR alters the circadian cycle and whether, even when its protocol is interrupted, its benefits will remain.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)FAPESP: 2017/26075-8FAPESP: 2021/10671-