Επίδραση περιβαλλοντικών παραγόντων σε διαδικασίες πλαστικότητας του κεντρικού νευρικού συστήματος

Abstract

In the current thesis we investigated the early neuroendocrine and behavioral responses elicited in adult male and female Wistar rats, following a short term fat - enriched diet protocol, consisted of 20 % w/w fat administered for 1 week, which was consequently followed by an acute swimming stress of 5 minutes duration. We observed that the stress response axis in male rats is affected by swimming stress, which increased plasma corticosterone levels, as well as hypothalamic GR mRNA expression levels. Stress combined with the fat - enriched diet did not affect plasma corticosterone, but it abolished the previously observed increase in hypothalamic GR mRNA levels. On the other hand, in the female animals a clear activation of the stress axis, in terms of plasma corticosterone levels occurred following fat - diet, which was perceived as a stressor by them. The elicited increase was similar to the one observed following stress, but there was no additive effect of these two insults, implying an exhaustion of the stress response system in female rats. We observed a site - specific pattern of alterations in GR mRNA expression levels in the two sexes. GR mRNA levels in female rats were decreased in the hippocampus, following fat - diet, stress or their combination, while in males GR mRNA levels were affected in the hypothalamus. Plasma levels of hormones that regulate food intake and energy expenditure, namely leptin and insulin were also severely affected. Plasma insulin levels were decreased in both male and female rats in the groups subjected to the swimming stress independently of the diet protocol used. Plasma leptin levels were increased in both sexes following the fat - enriched regime, but consequent stress abolished the previously observed effect in the females. Plasma glucose was increased in the group of male animals that underwent both fat diet and acute stress, while in females there was a clear reduction of glucose levels as a result of fat enriched diet. Male animals under fat - enriched regime confronted forced swimming by diminishing their active behavior (swimming) and increasing their passive behavioral responses (floating), compared to male control group. Females on the same diet differentially responded to the forced swimming, by increasing their active behavior (swimming), without altering the time of floating. In the open field test we observed that females on normal diet are more active compared to the males on the same diet, in terms of moving, standing, sniffing and rearing frequencies. This behavioral pattern was modified after allowing one week fat - enriched diet regime. Males receiving fat - enriched diet became more active in terms of horizontal locomotion, compared to females in the same dietary protocol and they became more explorative, compared to males that received normal diet. On the other hand females receiving fat enriched diet were less active, both in horizontal and in vertical locomotion, compared to female animals receiving control diet, suggesting a reduction in their explorative mood. Accordingly, fat enriched diet furnished even for a short term period of 1 week, can severely influence adult rats’ neuroendocrine equilibrium and behavioral responses. The observed alterations are distinct among males and females and consist part of the homeostatic mechanism to encounter the imbalance induced by the provided diet. Acute stress when combined to the imbalanced diet can either abolish diet - induced responses, or have no effect, or alternatively it can bring out a discrete response not previously elicited neither by fat - enriched diet, nor by stress alone.

Στην παρούσα διατριβή ερευνήσαμε τις πρώιμες νευροενδοκρινικές και συμπεριφορικές αποκρίσεις που εκλύονται, τόσο σε αρσενικούς όσο και σε θηλυκούς ενήλικους επίμυες μετά από τη χορήγηση υπερλιπιδικής δίαιτας με 20 % κατά βάρος περιεκτικότητα σε λιπαρά για 1 εβδομάδα και την επακόλουθη υποβολή σε εφάπαξ στρες εξαναγκασμένης κολύμβησης διάρκειας 5 λεπτών. Ο άξονας του στρες στα αρσενικά πειραματόζωα επηρεάζεται μόνο από το στρες της κολύμβησης, το οποίο αυξάνει τα επίπεδα της κορτικοστερόνης πλάσματος, ανεξάρτητα από τον τύπο της προσλαμβανόμενης δίαιτας. Παράλληλα τα επίπεδα του mRNA του υποδοχέα της (GR), στον υποθάλαμο αυξάνουν στα ζώα που υφίστανται το στρες, ενώ αυτή η αύξηση αναιρείται στα ζώα που πριν από το στρες διατράφηκαν με την υπερλιπιδική δίαιτα. Στα θηλυκά ζώα, ο άξονας του στρες ενεργοποιείται από τη δίαιτα, την οποία τα ζώα την αντιλαμβάνονται ως στρεσσογόνο ερέθισμα, ενώ ο άξονας εξαντλείται και δεν ενισχύονται περαιτέρω τα επίπεδα της κορτικοστερόνης στην κυκλοφορία, όταν η λιπαρή δίαιτα συνδυάζεται με το στρες κολύμβησης. Τα επίπεδα mRNA των υποδοχέων GR στα θηλυκά ζώα μειώνονται στον ιππόκαμπο, αλλά όχι στον υποθάλαμο, τόσο από την δίαιτα, όσο και από το στρες κολύμβησης. Σε ό,τι αφορά τις ενδοκρινικές παραμέτρους που σχετίζονται με την πρόσληψη της τροφής, τα επίπεδα της κυκλοφορούσας ινσουλίνης δεν επηρεάζονται από την βραχυχρόνια δίαιτα, αλλά μειώνονται και στα δυο φύλα μετά από το εφάπαξ στρες. Η λεπτίνη αυξάνει και στα δυο φύλα μετά από την χορήγηση της υπερλιπιδικής δίαιτας. Ωστόσο, στα θηλυκά πειραματόζωα, το επακόλουθο στρες κολύμβησης αναιρεί την παρατηρούμενη αυτή αύξηση της λεπτίνης. Η γλυκόζη στα αρσενικά πειραματόζωα αυξάνει όταν η υπερλιπιδική δίαιτα συνδυάζεται με το στρες της κολύμβησης, ενώ στα θηλυκά μειώνεται ως αποτέλεσμα της υπερλιπιδικής δίαιτας. Τα αρσενικά πειραματόζωα σε υπερλιπιδική δίαιτα, προκειμένου να αντιμετωπίσουν το στρες της εξαναγκασμένης κολύμβησης, επέδειξαν μειωμένη ενεργητική συμπεριφορά (κολύμβηση) και αυξημένη παθητική συμπεριφορά (επίπλευση) σε σύγκριση με τα αρσενικά ζώα - μάρτυρες. Η υπερλιπιδική δίαιτα επηρεάζει με διαφορετικό τρόπο την απόκριση των θηλυκών πειραματόζωων στο στρες της κολύμβησης. Τα θηλυκά ζώα σε υπερλιπιδική δίαιτα αυξάνουν την ενεργητική συμπεριφορά κολύμβησης, χωρίς όμως να μεταβάλλουν σημαντικά το χρονικό διάστημα κατά το οποίο παραμένουν παθητικά (σε επίπλευση). Στη δοκιμασία του ανοιχτού πεδίου, οι θηλυκοί επίμυες που λάμβαναν τη συνήθη δίαιτα εμφάνισαν μεγαλύτερη δραστηριότητα - στις παραμέτρους της συχνότητας κίνησης, ακινησίας, όσφρησης και ανόρθωσης - σε σύγκριση με τους αρσενικούς επίμυες της ίδιας δίαιτας. Αυτή η διαφυλική διαφορά στην εξερευνητική συμπεριφορά αναστρέφεται όταν οι επίμυες λάβουν υπερλιπιδική δίαιτα για επτά ημέρες. Τα αρσενικά πειραματόζωα σε υπερλιπιδική δίαιτα, εμφανίζουν μεγαλύτερη οριζόντια κινητικότητα, σε σύγκριση με τα θηλυκά. Επίσης, εκδηλώνουν πιο έντονη εξερευνητική συμπεριφορά σε σύγκριση με τα αρσενικά πειραματόζωα της συνήθους δίαιτας. Αντίθετα οι θηλυκοί επίμυες στην υπερλιπιδική δίαιτα εμφανίζουν μειωμένη οριζόντια, και κατακόρυφη κινητικότητα σε σύγκριση με τα θηλυκά ζώα - μάρτυρες και μειωμένη εξερευνητική διάθεση. Συμπερασματικά, η διατροφή με αυξημένα λιπαρά, ακόμα και για μικρό χρονικό διάστημα μπορεί να επιφέρει σημαντικές αλλαγές στο νευροενδοκρινικό σύστημα και τη συμπεριφορά ενήλικων επίμυων. Οι αλλαγές αυτές είναι διακριτές στα δυο φύλα και μέρος του ομοιοστατικού μηχανισμού αντιμετώπισης της αλλαγής στη διατροφή. Το στρες όταν συνδυάζεται με την τροποποιημένη δίαιτα, άλλοτε αναιρεί την αλλαγή που προκαλείται από τη δίαιτα μόνη της, άλλοτε δεν τροποποιεί καμμία παράμετρο και άλλοτε οδηγεί στην εκδήλωση μιας αλλαγής που δεν είχε παρατηρηθεί να προκαλείται προηγουμένως από την δίαιτα, ή το στρες.