Efeito combinado do exercício físico e da degradação da matriz extracelular na plasticidade do córtex cerebral após isquemia

O acidente vascular cerebral (AVC) é a maior causa de mortes e incapacidades neurológicas no Brasil, e mais de 80% deles são decorrentes de evento isquêmico. Os sobreviventes de AVC apresentam uma variedade de déficits motores, cognitivos e sensoriais, que prejudicam suas atividades de vida diária, limitando assim sua independência. Portanto, torna-se cada vez mais necessário elaborar estratégias terapêuticas que promovam a recuperação funcional de pacientes acometidos por AVC. Após isquemia do tecido nervoso, ocorre no meio extracelular a super expressão de moléculas inibitórias a regeneração neuronal e à plasticidade sináptica, como os proteoglicanos de sulfato de condroitina (PGSCs), o principal componente das redes perineuronais (RPNs). A remoção destas moléculas com a ação da enzima condroitinase ABC (ChABC) tem sido usada como estratégia para induzir a plasticidade neuronal. Outro fator que tem sido utilizado para estimular a neuroplasticidade é o exercício físico específico para o membro afetado após AVC. O exercício físico está relacionado à liberação de neurotrofinas, importantes para a regeneração do sistema nervoso. Portanto, a remoção dos PGSCs junto com o exercício físico pode potencializar a indução da plasticidade cerebral e recuperação funcional após lesão isquêmica experimental na área sensório-motora de ratos. Para testar nossa hipótese, utilizamos n=16 ratos (Ratus norvergicus) da linhagem Wistar, divididos nos seguintes grupos experimentais (todos com sobrevida de 21 dias após AVC isquêmico): Grupo Controle ou BSA (Isquemia experimental, implante de Elvax saturado com BSA); Grupo Exercício (Isquemia experimental, implante de Elvax saturado com BSA + exercício físico específico); Grupo ChABC (Isquemia experimental, implante de Elvax saturado com ChABC); e Grupo ChABC + Exercício (Isquemia experimental, implante de Elvax saturado com ChABC + exercício físico específico). A lesão isquêmica foi induzida através de microinjeções do vasoconstritor Endotelina-1 (ET-1) no córtex sensório-motor, na representação da pata anterior. Logo em seguida foi implantado uma microfatia de polímero de Etileno vinil acetato saturado com ChABC (grupos ChABC e ChABC + Exercício) ou BSA (grupos Controle e Exercício). Foram avaliadas a área de lesão e a degradação dos PGSCs, além da recuperação funcional da pata afetada através do teste da exploração vertical e do teste da escada horizontal. Avaliamos a área de lesão (mm²) com auxílio do programa ImageJ (NIH, USA), delimitando a área com palor celular e também marcada com azul de colanil que estava presente na solução de injeção do peptídeo vasoconstritor ET-1 e verificamos que não houve diferença significativa no tamanho da área de lesão entre os grupos Controle (0,48±0,12), Exercício (0,46±0,05), ChABC (0,50±0,18) e ChABC + Exercício (0,55±0,05) (ANOVA, pós-teste de Tukey, ***p<0,001; **<0,01; *p<0,5). Animais que foram submetidos à remoção enzimática dos PGSCs apresentaram imunomarcação para o anticorpo anti-condroitin-4-sulfato (C4S) na área de lesão ao final da sobrevida, não havendo evidencias de degradação de PGSCs nos grupos Controle e Exercício. Verificamos ainda no teste do cilindro que a indução da lesão isquêmica não provocou perda funcional ampla, não alterando o comportamento exploratório, nem a frequência de uso da pata anterior afetada dos animais após a lesão (grupo Controle: pré-lesão ou baseline (0,33±0,10), 3 (0,29±0,17), 7 (0,30±0,10), 14 (0,29±0,16) e 21 (0,27±0,13) dias após a lesão; grupo Exercício: pré-lesão ou baseline (0,30±0,12), 3 (0,32±0,24), 7 (0,19±0,37), 14 (0,31±0,10) e 21 (0,32±0,09) dias após a lesão; grupo ChABC: pré-lesão ou baseline (0,34±0,07), 3 (0,20±0,11), 7 (0,23±0,07), 14 (0,33±0,14) e 21 (0,39±0,16) dias após a lesão; grupo ChABC + Exercício: pré-lesão ou baseline (0,34±0,04), 3 (0,20±0,09), 7 (0,26±0,04), 14 (0,18±0,08) e 21 (0,27±0,04) dias após a lesão) (ANOVA, pós-teste de Tukey, ***p<0,001; **<0,01; *p<0,5). O grupo que teve apenas a remoção dos PGSCs apresentou um melhor desempenho motor no teste da escada horizontal, mantendo sua frequência de acertos quando comparado aos demais grupos, sendo que ao final da sobrevida de 21 dias, os grupos Controle e ChABC + Exercício alcançaram uma recuperação espontânea (equivalente ao teste pré-lesão), se aproximando do grupo ChABC. Apenas o grupo tratado somente com Exercício não alcançou a recuperação espontânea, apresentando um desempenho motor significativamente inferior aos demais grupos em todos os momentos de reavaliação (grupo Controle: pré-lesão ou baseline (7,70±0,54), 3 (5,30±0,71), 7 (5,4±1,14), 14 (5,20±0,37) e 21 (6,70±0,48) dias após a lesão; grupo Exercício: pré-lesão ou baseline (8,40±0,28), 3 (4,30±0,48), 7 (4,75±0,50), 14 (5,35±0,41) e 21 (5,05±0,67) dias após a lesão; grupo ChABC: pré-lesão ou baseline (7,65±0,97), 3 (6,90±0,65), 7 (7,80±0,37), 14 (7,15±0,87) e 21 (7,45±0,32) dias após a lesão; e grupo ChABC + Exercício: pré-lesão ou baseline (8,10±0,22), 3 (3,65±1,48), 7 (4,95±1,06), 14 (7,35±0,37) e 21 (6,70±0,48) dias após a lesão (ANOVA, pós-teste de Tukey, ***p<0,001; **<0,01; *p<0,5). Portanto, a remoção dos PGSCs, o exercício físico forçado precoce e sua associação não influenciaram no tamanho da área de lesão após isquemia focal no córtex sensório-motor. Porém, apenas a remoção dos PGSCs das redes perineuronais melhorou precocemente o desempenho motor do membro afetado após isquemia focal no córtex sensório-motor. Enquanto que a remoção dos PGSCs associada ao exercício físico melhorou o desempenho motor do membro afetado após a lesão, porém essa melhora foi tardia. E o exercício físico aplicado precocemente após isquemia focal no córtex sensório-motor prejudicou o desempenho motor do membro afetado.

ABSTRACT: Cerebrovascular diseases are major cause of neurological disability and death in Brazil, and more than 80% of them are caused by ischemic stroke. The survivors subsist with a variety of sensory, cognitive and motor deficits. Therefore, it becomes necessary to develop therapeutic strategies to promote functional recovery in this patients. After ischemia, there is an increase in the inhibitory molecules expression as proteoglycans of chondroitin sulfate (CSPGs) presents in the extracellular matrix of the nervous tissue. The removal of these molecules, as well as physical exercise, have been used as strategy to induce another window of brain plasticity and improve functional recovery. In this work, we running experimental ischemic injury on sensorimotor areas forepaw representation (S1/M1) and tested associations between removal of CSPGs and physical exercise in n=16 Wistar rats (Rattus norvegicus). To delivery drugs to the forepaw representation in the cerebral cortex, we used a biomembrane previously ChABC-saturated or BSA-saturated and all animals had 21 days of survival divided in: Control group or BSA; Exercise group; ChABC group; and ChABC + Exercise group. The lesion area was no different across groups (control: 0,48±0,12; exercise: 0,46±0,05; ChABC: 0,50±0,18; ChABC+exercise: 0,50±0,18; ANOVA and Tukey post-test). Animals that were subjected to CSPGs enzymatic removal showed immunostaining for anti-chondroitin-4-sulphate (C4S) antibody in lesion area at the end of survival, with no evidence of CSPGs degradation in Control and Exercise groups. We evaluated the functional recovery of affected paw running vertical exploration test and ladder rung walking test. The vertical exploration test showed ischemic injury did not cause extensive functional loss, not changing exploratory behavior, or the use frequency of the affected forepaw after injury (Control group: baseline (0,03±0,10), 3d (0,29±0,17), 7d (0,30±0,10), 14d (0,29±0,16) e 21d (0,27±0,13) days after injury; Exercise group: baseline (0,30±0,12), 3d (0,32±0,24), 7d (0,19±0,37), 14d (0,31±0,10) e 21d (0,32±0,09) days after injury; ChABC group: baseline (0,34±0,07), 3d (0,20±0,11), 7d (0,23±0,07), 14d (0,33±0,14) e 21d (0,39±0,16) after injury; ChABC + Exercício group: baseline (0,34±0,04), 3d (0,20±0,09), 7d (0,26±0,04), 14d (0,18±0,08) e 21d (0,27±0,04) after injury (ANOVA and Tukey post-test). The group that only had removing CSPGs presented a better performance on Ladder rung walking test but at the end of the 21-day survival, the control groups and ChABC + Exercise reached a spontaneous recovery (equivalent to pre-injury test) reaching the ChABC group. The group treated with Exercise did not achieve the spontaneous recovery showing a motor performance significantly lower than other groups at all times of reevaluation (baseline: 8,40±0,28; 3d: 4,30±0,48; 7d: 4,75±0,50; 14d 5,35±0,41; 21d: 5,05±0,67; ANOVA and Tukey post-test). We conclude that the removal of CSPGs early improves motor performance in the affected forepaw after stroke on sensoriomotor cortex but associate with specific physical exercise doesn’t improve functional recovery.