Associação de cafeína e exercício físico como estratégia terapêutica nos prejuízos comportamentais e neuroquímicos observados em um modelo animal do transtorno do déficit de atenção e hiperatividade (TDAH)

Abstract

O transtorno do déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) é um transtorno do neurodesenvolvimento que afeta 5% das crianças e adolescentes e 2,5% dos adultos em todo o mundo. Além dos sintomas clássicos (desatenção e/ou hiperatividade/impulsividade), outras comorbidades psiquiátricas estão frequentemente associadas ao TDAH, como depressão e ansiedade. Atualmente, os tratamentos farmacológicos para o TDAH, como o metilfenidato, são paliativos e focados na melhoria dos déficits comportamentais, com baixa eficácia nos comprometimentos emocionais. Inicialmente, o presente estudo avaliou a influência da idade (adolescência e idade adulta) sobre o desempenho em testes cognitivos e emocionais em ratos das linhagens Wistar (linhagem controle) e ratos espontaneamente hipertensos (SHR), um modelo animal validado do TDAH. Quando comparados aos animais da linhagem Wistar, os SHRs apresentaram prejuízos comportamentais, incluindo comprometimento olfatório, déficits na memória de reconhecimento de curto prazo e memória de reconhecimento espacial. Além disso, os SHRs apresentaram comportamentos do tipo-depressivo e anedônico. A linhagem SHR também apresentou níveis reduzidos da proteína associada ao sinaptossoma 25 (SNAP-25) no hipocampo e no córtex pré-frontal (CPF) em comparação aos ratos Wistar. O comprometimento cognitivo e emocional persistiu desde a adolescência até a idade adulta. Além disso, o presente estudo também avaliou os efeitos da associação de cafeína (um antagonista não seletivo dos receptores para adenosina) e exercício físico voluntário como estratégia terapêutica sobre os prejuízos comportamentais e neuroquímicos observados em animais SHRs. Ratos adolescentes (30 dias de idade) e adultos (4-5 meses de idade) da linhagem SHR foram divididos aleatoriamente em grupos controle (sedentário) ou exercitados (equipado com uma roda de corrida). Os grupos receberam água ou cafeína (0,3 mg/ml na água de beber) durante seis semanas (n= 7-10/grupo). Em seguida foi realizada uma bateria de testes comportamentais. Após os testes comportamentais, os animais foram eutanasiados e foi realizada a coleta de amostras para ensaios bioquímicos por Western blotting e cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). A cafeína e o exercício físico, de maneira independente, melhoraram a memória de curto prazo e diminuíram o comportamento tipo depressivo. A ingestão crônica de cafeína e o exercício físico não alteraram a atividade locomotora e os comportamentos de ansiedade tanto para os animais tratados na adolescência quanto na idade adulta. De maneira interessante, a associação de cafeína e exercício recuperou a capacidade de discriminação olfatória dos SHR em ambas as idades. A cafeína associada o exercício também aumentou o comportamento hedônico dos SHR adultos, mas não alterou o comportamento hedônico na adolescência. Os animais tratados na adolescência (da adolescência à idade adulta) apresentaram um aumento nos níveis de dopamina no estriado e maiores níveis de serotonina no hipocampo e no CPF. Não foram observadas diferenças nas vias mediadas pelo fator neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF). A cafeína e o exercício físico induziram mudanças nas proteínas sinápticas, sendo observado um aumento na densidade de SNAP-25 e de sintaxina no CPF e hipocampo nos animais tratados na adolescência e idade adulta. A densidade do transportador vesicular glutamatérgico 1 (VGLUT1) aumentou no hipocampo dos animais do grupo cafeína/exercício. Os resultados do presente estudo indicam que a cafeína e o exercício físico promovem benefícios importantes na cognição e em respostas de emocionalidade, além de promover o aumento da neurotransmissão dopaminérgica e serotoninérgica e plasticidade sináptica no SNC de SHRs, o que poderia contribuir para a abordagem terapêutica no TDAH.

Abstract : Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a persistent neurodevelopmental disorder that affects 5% of children and adolescents and 2.5% of adults worldwide. In addition to classic symptoms (inattention and/or hyperactivity impulsivity) many psychiatric comorbidities are frequently associated to ADHD, such as depression and anxiety. The current pharmacological treatments for ADHD (e.g., methylphenidate) are palliative and focused in the improvement of behavioral deficits, with low efficacy on emotional impairments. The current study evaluated the influence of age (adolescence and adulthood) on cognitive and emotional responses in Wistar (control strain) and spontaneously hypertensive rats (SHR), a validated model of ADHD. When compared to Wistar strain, SHR displayed behavioral impairments, including olfactory deficit, poor performance in short-term recognition memory and spatial recognition memory. Besides, SHR exhibited depressive- and anhedonic-like behaviors. SHR strain presented low levels of synaptosome associated protein 25 (SNAP-25) in hippocampus and prefrontal cortex (PFC). Cognitive and emotional impairments were persistent from adolescence to adulthood. Moreover, the present study also evaluated the effects of the association of caffeine (a non-selective adenosine receptor antagonist) plus voluntary physical exercise as therapeutic strategy to improve behavioral and neurochemical impairments observed in SHR. Adolescent (30 days old) and adult (4-5 month old) male inbred SHR were assigned randomly to a sedentary control group or a voluntary exercise group (equipped with a running wheel). Both groups received water or caffeine (0.3 mg/ml in drinking water) during six weeks (n=7-10/group). After chronic caffeine intake plus voluntary running, a battery of behavioral tests was performed. After behavioral tests, the animals were euthanized for biochemical assays using Western blotting analysis and high performance liquid chromatography (HPLC). Caffeine and physical exercise, in an independent manner, improved short-term memory and decreased depressive-like behavior. Chronic caffeine intake plus physical exercise did not alter locomotor activity and anxiety-like behaviors in both adolescence and adult-treated rats. Interestingly, association of caffeine plus exercise recovered olfactory ability of SHR in both ages. Caffeine plus physical exercise also increased hedonic-like behavior in adult SHR, but did not alter hedonic behavior in adolescence rat. Adolescence treated rat (from adolescence to adulthood) presented an increase in dopamine levels in the striatum and serotonin levels in the hippocampus and PFC. No differences were observed in brain derived neurotrophic factor (BDNF)-mediated pathways. Caffeine plus physical exercise induced changes in synaptic proteins. Namely, it was observed an increase in the SNAP-25 and syntaxin density in PFC and hippocampus for both age groups. Vesicular glutamate transporter 1 (VGLUT1) density was increased in the hippocampus of caffeine plus exercise group. The present results indicate that caffeine plus physical exercise confers benefits in cognition and emotional state, and also enhance dopaminergic neurotransmission in CNS, which could contribute to the therapeutic approach of ADHD.