tytuł: | Neurophysiological mechanisms underlying increased performance of bank voles selected for high swim-induced aerobic metabolism |
wariant tytułu: |
Mechanizmy neurofizjologiczne leżące u podstaw zwiększonej wydolności nornic rudych selekcjonowanych na wysoki metabolizm tlenowy uzyskiwany podczas pływania |
autor: | Jaromin Ewa |
recenzent: | Langfort Józef, Turlejski Krzysztof |
promotor: | Koteja Paweł |
instytucja sprawcza: | Uniwersytet Jagielloński. Wydział Biologii. Instytut Nauk o Środowisku |
miejsce powstania: |
Kraków |
data obrony : | 2019-11-07 |
strony: | 105 |
sygnatura : |
Dokt. 2019/239 |
uwagi: | Bibliogr. s. 98-105 |
język: | angielski |
abstrakt w j. polskim: | Poziom aktywności fizycznej zależy zarówno od biomechanicznych i fizjologicznych ograniczeń organizmu (np, sity mięśni), jak i cech behawioralnych (np. motywacji, która jest "generowana" przez układ nerwowy). Celem pracy było zbadanie, czy ewolucja zwiększonej wydolności tlenowej może być wsparta przez ewolucję motywacji do podjęcia aktywności fizycznej, Hipotezy dotyczące roli sygnalizacji monoaminergicznej (dopaminergicznej, noradrenergicznej, serotoninergicznej) lub endokannabinoidowej w regulacji motywacji do podejmowania wysiłku były testowane w oparciu o unikalny model zwierzęcy - linie nornic rudych (Myodesglareolus) selekcjonowane w kierunku wysokiego tempa metabolizmu tlenowego uzyskiwanego podczas pływania (linie A) oraz nieselekcjonowane linie kontrolne (linie C), W pokoleniu 19 nornice z linii A osiągnęły o 61% wyższy metabolizm tlenowy podczas pływania (VChs^m) niż nornice z linii C. Ponieważ podczas pomiarów nornice mogły energicznie pływać lub po prostu unosić się na powierzchni wody, poziom VO2swim zależał zarówno od wydolności tlenowej jak i motywacji do podjęcia intensywnej aktywności. Poziom metabolizmu osiągany podczas wysiłku, który zależy głównie od wydolności tlenowej (wymuszony bieg na bieżni, VO2^rn) był wyższy niż VChswim u nornic z linii C (korygowane na masę ciała LSM ± SE [mlC^/min]: bieg: 4,73±0,13, pływanie: 4,31±0,13; p=0,008), podczas gdy nornice z linii A osiągnęły podobny poziom VO2run i VO2 swim (bieg: 6,09±0,13, pływanie: 6,31±0,13; p=0,13), W kolejnych pokoleniach wyniki były podobne, Zatem pod wpływem selekcji zmianie uległa zarówno wydolność tlenowa, jak i mechanizmy neuronalne odpowiedzialne za motywację do podjęcia intensywnej aktywności fizycznej, W celu testowania hipotezy badano wpływ manipulacji farmakologicznej na VO2 swim, Użyto nieselektywnego inhibitora wychwytu zwrotnego (RI) dopaminy/noradrenaliny (DARI/NERI, bupropion), selektywnych RI dopaminy (DARI, wanokseryna), serotoniny (SSRI, fluoksetyna), noradrenaliny (NERI, reboksetyna) i endokannabinoidów (eCBRI, AM404) oraz antagonistę receptora endokannabinoidowego CB1 (CBlAnta, rimonabant), DARI/NERI i CB1Anta nie wpłynęły znacząco na mierzone cechy, DARI, SSRI, NERI i eCBRI obniżyły poziom VO2 swim u nornic z linii A i C (spadek % w porównaniu z pomiarem po zastrzyku kontrolnym, pozbawionym leku: DARI 8%, p<0,001; SSRI 6%, p<0,001; NERI 8%, p<0,001; eCBRI 4%, p=0,03). Wyniki sugerują, że zarówno sygnalizacja monoaminergiczna jak i endokannabinoidowa bierze udział w kontroli motywacji do podejmowania wysiłku fizycznego, Brak różnicy w odpowiedzi na zastrzyk z DARI, SSRI i eCBRI pomiędzy nonicami z linii A i C sugeruje, że dopamina, serotoninia i endonkannabinoidy nie miały udziału w ewolucji zwiększonej wydolności tlenowej w przedstawionym modelu zwierzęcym. Jednak proporcjondna odpowiedź na lek (stosunek VO2swim uzyskany po zastrzyku zawierającym lek do VO2swim po zastrzyku kontrolnym) różniła się między liniami A i C dla NERI (o 8% silniejszy efekt w liniach C w stosunku do linii A: p = 0,008), Wynik sugeruje, że nora&endina miała udział w ewolucji zwiększonej wydolności tlenowej w przedstawionym modelu zwierzęcym. Ponieważ eksperyment eweolucyjny nadal trwa, wyniki kolejnych badań (np. badanie zawartości neurotransmiterów w tkance mózgowej) mogą pomóc w znalezieniu odpowiedzi na pytanie który mechanizm neurobiologiczny bierze udział w zmienionej motywacji do aktywności nornic z linii A. |
abstrakt w j. angielskim: | The level of physical activity achieved in a given situation depends on both physiological abilities (e.g. muscle strength) and behavioral characteristics (e.g. motivation), The objective of the study was to test the hypothesis that evolution of increased aerobic exercise performance can be facilitated by evolution of motivation to undertake physical activity mediated by monoaminergic (dopaminergic, noradrenergic, serotoninergic) or endocannabinoid signaling, The study was based on a unique model: four lines of bank voles (Myodes glareolus) selected for high swim-induced aerobic metabolism ("aerobic" A lines) and four lines of unselected voles ("control" C lines), In generation 19, voles from the A lines achieved 61% higher aerobic metabolism during swimming (VO2swim) than voles from C lines, Because the voles could vigorously swim or just float on the water surface, the level of VO2swim depended both on aerobic capacity and motivation to undertake intensive activity, C-lines voles achieved higher level of metabolism during an exercise that depends mainly on aerobic capacity (forced running, VO2run) than during swimming (mass-adjusted LSM±SE [mlO2/min]; run: 4.73±0.13, swim: 4.31±0.13; p=0,008), while A-lines voles achieved similar VO2run and VO2swim (^m: 6.09±0.13, swim: 6.31±0.13, p=0,13), Thus, the selection changed both aerobic capacity and neuronal mechanisms behind motivation to undertake activity, In a set of pharmacological manipulation experiments the influence of a nonselective reuptake inhibitor (RI) of dopamine/noradrenaline (DARI/NERI, bupropion), selective RIs of dopamine (DARI, vanoxerine), serotonin (SSRI, fluoxetine), noradrenaline (NERI, reboxetine) and endocannabinoids (eCBRI, AM404), and an endocannabinoid receptor CB1 antagonist (CB1Anta, rimonabant) on VO2 swim was investigated, DARI/NERI and CB1Anta had no significant effect on the measured traits, DARI, SSRI, NERI and eCBRI decreased VO2 swim in voles from A and C lines (% decrease compared with saline: DARI 8%, p<0,001; SSRI 6%, p<0,001; NERI 8%, p<0,001; eCBRI 4%, p=0,03), The results suggest that all the three monoamines and endocannabinoids are involved in signaling pathways controlling the motivation to be active, Because there was no significant difference in the response to DARI, SSRI and eCBRI between voles from A and C lines, the results did not support the hypothesis that an alternation of dopaminergic, serotoninergic or endocannabinoid signaling pathway have played a role in the evolution of increased aerobic exercise performance in the experimental evolution model, However, the proportional response (the ratio of a VO2swim achieved after drug to that after vehicle) differed between selection directions in case of NERI (8% stronger effect in C lines when compared to A lines: p=0,008), Thus, noradrenaline could have played a role in the evolution of increased aerobic exercise performance in the animal model, As the selection experiment is continued, further studies (for example analyses of neurotransmitters content in brain tissue) can answer the question which neurobiological mechanism underlies the evolutionary changes in motivation to be active. |
słowa kluczowe w j. polskim: | motywacja, wysiłek fizyczny, monoaminy, endokannabinoidy, ewolucja eksperymentalna |
słowa kluczowe w j. angielskim: | motivation, excercise, monoamines, endocannabinoids, experimental evolution |
wydział: instytut / zakład / katedra: | Wydział Biologii : Instytut Nauk o Środowisku |
typ: | rozprawa doktorska |