Exercício físico de baixa intensidade na terapêutica da dor neuropática e regeneração nervosa periférica: efeitos neurobiológicos e estudo dos mecanismos de ação

• Main Author: Bobinski, Franciane
• Other Authors: Universidade Federal de Santa Catarina
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: 2015
• Subjects: Neurociências; Exercicios fisicos; Dor; Nervo ciático; Macrofagos; Serotonina; Interleucina-4
• Online Access: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/136317

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Florianópolis, 2015. === Made available in DSpace on 2015-11-10T03:06:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335890.pdf: 4250281 bytes, checksum: 004bb973ec3e808464d0a46de21270f5 (MD5) Previous issue date: 2015 === A dor neuropática que surge em decorrência da lesão de nervos espinais é caracterizada por uma resposta anormal das vias de transmissão da dor. Além disso, as alterações geradas pela desnervação muscular prejudicam a função motora, que juntamente com a dor neuropática diminuem a qualidade de vida dos pacientes. O exercício físico regular é capaz de beneficiar positivamente a saúde física e mental, melhorando a qualidade de vida e diminuindo a incidência de doenças crônicas relacionadas ao estilo de vida sedentário. O exercício físico também é eficaz na reabilitação de pacientes após lesões de nervos espinais, por manter as propriedades musculares e promover a recuperação funcional. No entanto, apesar da grande relevância clínica, poucos estudos identificaram o efeito benéfico do exercício na dor neuropática e recuperação funcional, bem como os seus mecanismos neurobiológicos. O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito anti-hiperalgésico e neuroregenerativo do exercício físico de baixa intensidade, realizado na esteira, após a lesão por esmagamento do nervo isquiático em camundongos. Para isto, camundongos Swiss e BALB/cJ selvagens (WT) e BALB/cJ knockouts para IL-4 (IL-4-/-) machos foram submetidos à lesão do nervo isquiático, e, três dias após a lesão, foram submetidos a um programa de exercício físico de baixa intensidade na esteira (30 min/dia, velocidade de 10 m/min, 5 dias/semana), por duas semanas. O exercício físico apresentou importante efeito anti-hiperalgésico reduzindo os comportamentos relacionados à dor neuropática quando avaliados nos testes de von Frey, fuga/esquiva e campo aberto. Parte do efeito neurobiológico do exercício físico é dependente das células do sistema imunológico que migram para o nervo lesionado, pois, a analgesia produzida pelo exercício foi prevenida pela fucoidina (100 µg/animal, i.p.), a qual inibe a migração de leucócitos da circulação sanguínea para o local da lesão. Além disso, o exercício físico promoveu o aumento das concentrações das citocinas anti-inflamatórias, IL-4 e IL-1ra, e das neurotrofinas BDNF e ß-NGF, no nervo isquiático, e IL-4, IL-5 e IL-1ra na medula espinal, bem como, reduziu as concentrações do BDNF e ß-NGF na medula espinal. O efeito anti-hiperalgésico do exercício físico observado em camundongos BALB/cJ WT foi reduzido em camundongos IL-4-/-, confirmando o importante papel da IL-4 neste efeito. Ademais, foi demonstrado que a IL-4 pode modular o perfil fenotípico de macrófagos, pois, camundongos WT exercitados mostraram maior marcação para macrófagos M2a/c, enquanto os camundongos IL-4-/- exercitados apresentaram maior marcação para macrófagos M1. Estes achados fornecem evidências de que o exercício físico promove a alteração fenotípica de macrófagos via liberação da IL-4, o que pode induzir uma resposta das células Th2 e reduzir a dor neuropática, a inflamação e auxiliar no processo de regeneração nervosa. Além disso, foi observado o aumento da expressão da PMP22 no nervo isquiático de animais exercitados, indicando maior concentração de mielina nos axônios em regeneração. O efeito anti-hiperalgésico do exercício físico foi dependente da redução da ativação de astrócitos e microglia na medula espinal. A analgesia causada pelo exercício físico também foi prevenida pelo PCPA (100 mg/kg i.p., um inibidor da síntese de serotonina [5-HT]), mas não pelo AMPT (100 mg/kg i.p., um inibidor da síntese de catecolaminas), sugerindo importante papel do sistema serotoninérgico no efeito do exercício. Ademais, o exercício físico promoveu aumento da concentração de 5-HT e seu metabólito, o ácido 5-hidroxi-indolacético (5-HIAA) no tronco encefálico, e este efeito foi prevenido pelo PCPA. O conteúdo de noradrenalina (NA) foi aumentado com o exercício físico, mas não o de dopamina (DA), e o PCPA também preveniu este aumento, demonstrando a interação entre os sistemas serotoninérgico e noradrenérgico. No entanto, a expressão gênica das enzimas triptofano hidroxilase 2 (Tph2) e dopamina beta hidroxilase (Dbh) não foram alteradas após a lesão, nos animais submetidos ou não ao exercício físico. O exercício também foi capaz de aumentar a expressão gênica dos receptores 5-HT1AR, 5-HT1BR, 5-HT2AR, 5-HT2CR e 5-HT3AR no tronco encefálico. Por fim, o exercício físico reduziu a densidade dos transportadores de serotonina (SERT) nos núcleos da rafe (RPa, RMg e Rob), os quais estavam aumentados após a lesão, sendo este efeito dependente da redução da IL-1ß e do TNF-a, no tronco encefálico. Em conjunto, estes resultados mostram o efeito terapêutico do exercício físico na redução da dor neuropática e regeneração nervosa, através de mecanismos que dependem da ativação do sistema neuroimunológico no local da lesão e na medula espinal, bem como a ativação do sistema endógeno descendente de controle da dor, em especial, da neurotransmissão serotoninérgica no tronco encefálico.<br> === Abstract : Neuropathic pain which arises as a result of spinal nerve injury is characterized by an abnormal response of the pain transmission routes. In addition, changes generated by muscle denervation impair motor function, which together with neuropathic pain reduce the quality of life of these patients. Regular physical exercise can positively benefit physical and mental health, improving the quality of life and reducing the incidence of chronic diseases associated with sedentary lifestyle. Physical exercise is also effective in the rehabilitation of patients after spinal nerve injuries through support muscle properties and promotes functional recovery. However, despite the great clinical relevance, few studies have identified the beneficial effect of exercise on neuropathic pain and functional recovery, as well as it neurobiological mechanisms. The aim of this work was to study the anti-hyperalgesic and neuroregenerative effect of low-intensity exercise, performed on the treadmill, after the sciatic nerve crush injury in mice. Then, Swiss and BALB/cJ wild-types (WT) and BALB/cJ IL-4 knockouts (IL-4-/-) males mice were subjected to sciatic nerve injury, after that, three days after injury, mice performed low-intensity exercise on the treadmill (30 min/day, speed of 10 m/min, 5 days/week), for two weeks. Physical exercise showed significant anti-hyperalgesic effect reducing neuropathic pain-related behaviors when assessed by von Frey, escape/avoidance and open field test. Part of the neurobiological effect of physical exercise is dependent on immune cells that migrate to the injured nerve, because the analgesia produced by exercise was prevented by fucoidin (100 µg/mouse, i.p.), that inhibits leukocytes migration from bloodstream to the site of injury. Furthermore, physical exercise promoted increasing concentrations of anti-inflammatory cytokines levels, IL-4 and IL-1ra, and neurotrophins BDNF and ß-NGF, in the sciatic nerve, and IL-4, IL-5 and IL-1ra in the spinal cord, as well as it reduced ß-NGF and BDNF levels in the spinal cord. The noted analgesic effect of physical exercise in BALB/cJ WT mice was reduced in IL-4-/- mice, it confirming the important role of IL-4 on this effect. Furthermore, it was shown that IL-4 can modulate the phenotypic profile of macrophages, because WT exercised mice showed stronger staining for M2a/c macrophages, while IL-4-/- exercised mice presented marked staining for M1 macrophages. These findings provide evidence that physical exercise promotes the phenotypic switch of macrophages by release of IL-4, which can induces Th2 cells response and reducing neuropathic pain, inflammation and helps nerve regeneration process. Furthermore, an increased PMP22 level in the sciatic nerve of exercised animals was observed, indicating higher concentration of myelin in regenerating axons. The anti-hyperalgesic effect of physical exercise was dependent on reduction of astrocytes and microglia activation in the spinal cord. The analgesia caused by physical exercise was also prevented by PCPA (100 mg/kg i.p., an inhibitor of serotonin [5-HT] synthesis), but not by AMPT (100 mg/kg i.p., an inhibitor of catecholamine synthesis), it suggesting the important role of the serotonergic system in the effect of exercise. Furthermore, physical exercise promotes increased 5-HT concentration and its metabolite, the 5-hydroxy-indoleacetic acid (5-HIAA) in the brainstem, and its effect was prevented by the PCPA. The noradrenaline (NA) content was increased by physical exercise, but not the dopamine (DA) content, and the PCPA also prevented this increase, demonstrates the interaction between serotonergic and noradrenergic systems. However, tryptophan hydroxylase 2 (Tph2) and dopamine beta hydroxylase (Dbh) enzymes gene expression were not changed after injury, in the animals submitted or not to physical exercise. The exercise was also able of increasing 5-HT1AR, 5-HT1BR, 5-HT2AR, 5-HT2CR e 5-HT3AR receptors gene expression in the brainstem. Finally, physical exercise reduced serotonin transporter (SERT) density in the raphe nuclei (RPa, RMg and ROb), which were increased after injury, and this effect was dependent of IL-1ß and TNF-a reduced levels in the brainstem. Together, these results demonstrate the therapeutic effect of physical exercise on neuropathic pain reducing and nerve regeneration, through mechanisms that depending on the neuroimmune system activation at the site of injury and spinal cord, as well as the activation of endogenous descending pain control system, especially of serotonergic neurotransmission in the brainstem.