Although vascular contributions to dementia and Alzheimer's disease (AD) are increasingly recognized, the potential brain oxygenation disruption associated with AD and whether preventive strategies to maintain tissue oxygenation are beneficial remain largely unknown. This study aimed to examine (1) whether brain oxygenation is compromised by the onset of AD and (2) how voluntary exercise modulates the influence of AD on brain oxygenation. In vivo 2-photon phosphorescence lifetime microscopy was used to investigate local changes of brain tissue oxygenation with the progression of AD and its modulation by exercise in the barrel cortex of awake transgenic AD mice. Our results show that cerebral tissue oxygen partial pressure (PO2) decreased with the onset of AD. Reduced PO2 was associated with the presence of small near-hypoxic areas, an increased oxygen extraction fraction, and reduced blood flow, observations that were all reverted by exercise. AD and age also increased the spatial heterogeneity of brain tissue oxygenation, which was normalized by exercise. Ex vivo staining also showed fewer amyloid-β (Aβ) deposits in the exercise group. Finally, we observed correlations between voluntary running distance and cerebral tissue oxygenation/blood flow, suggesting a dose-response relationship of exercise on the brain. Overall, this study suggests that compromised brain oxygenation is an indicator of the onset of AD, with the emergence of potential deleterious mechanisms associated with hypoxia. Furthermore, voluntary exercise enhanced the neurovascular oxygenation process, potentially offering a means to delay these changes.

中文翻译：

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自愿运动增加脑组织氧合并在阿尔茨海默病小鼠模型中空间均质化氧气输送

尽管越来越多地认识到血管对痴呆和阿尔茨海默病 (AD) 的贡献，但与 AD 相关的潜在脑氧合破坏以及维持组织氧合的预防策略是否有益在很大程度上仍然未知。本研究旨在检查 (1) 脑氧合是否因 AD 发作而受到损害，以及 (2) 自愿运动如何调节 AD 对脑氧合的影响。体内 2 光子磷光寿命显微镜用于研究脑组织氧合随 AD 进展的局部变化及其通过运动在清醒转基因 AD 小鼠的桶状皮层中的调节。我们的结果表明脑组织氧分压（PO2）随着 AD 的发生而降低。减少的 PO2 与小的近缺氧区域的存在有关，增加的氧气提取分数和减少的血流量，这些观察结果都通过运动恢复。AD 和年龄也增加了脑组织氧合的空间异质性，这可以通过运动正常化。离体染色还显示运动组中淀粉样蛋白-β (Aβ) 沉积物较少。最后，我们观察到自主跑步距离与脑组织氧合/血流量之间的相关性，表明运动对大脑的剂量反应关系。总的来说，这项研究表明，脑氧合受损是 AD 发作的一个指标，与缺氧相关的潜在有害机制的出现。此外，自愿运动增强了神经血管氧合过程，可能提供一种延缓这些变化的方法。观察结果全部通过运动恢复。AD 和年龄也增加了脑组织氧合的空间异质性，这可以通过运动正常化。离体染色还显示运动组中淀粉样蛋白-β (Aβ) 沉积物较少。最后，我们观察到自主跑步距离与脑组织氧合/血流量之间的相关性，表明运动对大脑的剂量反应关系。总的来说，这项研究表明，脑氧合受损是 AD 发作的一个指标，与缺氧相关的潜在有害机制的出现。此外，自愿运动增强了神经血管氧合过程，可能提供一种延缓这些变化的方法。观察结果全部通过运动恢复。AD 和年龄也增加了脑组织氧合的空间异质性，这可以通过运动正常化。离体染色还显示运动组中淀粉样蛋白-β (Aβ) 沉积物较少。最后，我们观察到自主跑步距离与脑组织氧合/血流量之间的相关性，表明运动对大脑的剂量反应关系。总的来说，这项研究表明，脑氧合受损是 AD 发作的一个指标，与缺氧相关的潜在有害机制的出现。此外，自愿运动增强了神经血管氧合过程，可能提供一种延缓这些变化的方法。AD 和年龄也增加了脑组织氧合的空间异质性，这可以通过运动正常化。离体染色还显示运动组中淀粉样蛋白-β (Aβ) 沉积物较少。最后，我们观察到自主跑步距离与脑组织氧合/血流量之间的相关性，表明运动对大脑的剂量反应关系。总的来说，这项研究表明，脑氧合受损是 AD 发作的一个指标，与缺氧相关的潜在有害机制的出现。此外，自愿运动增强了神经血管氧合过程，可能提供一种延缓这些变化的方法。AD 和年龄也增加了脑组织氧合的空间异质性，这可以通过运动正常化。离体染色还显示运动组中淀粉样蛋白-β (Aβ) 沉积物较少。最后，我们观察到自主跑步距离与脑组织氧合/血流量之间的相关性，表明运动对大脑的剂量反应关系。总的来说，这项研究表明，脑氧合受损是 AD 发作的一个指标，与缺氧相关的潜在有害机制的出现。此外，自愿运动增强了神经血管氧合过程，可能提供一种延缓这些变化的方法。我们观察到自主跑步距离与脑组织氧合/血流量之间的相关性，表明运动对大脑的剂量反应关系。总的来说，这项研究表明，脑氧合受损是 AD 发作的一个指标，与缺氧相关的潜在有害机制的出现。此外，自愿运动增强了神经血管氧合过程，可能提供一种延缓这些变化的方法。我们观察到自主跑步距离与脑组织氧合/血流量之间的相关性，表明运动对大脑的剂量反应关系。总的来说，这项研究表明，脑氧合受损是 AD 发作的一个指标，与缺氧相关的潜在有害机制的出现。此外，自愿运动增强了神经血管氧合过程，可能提供一种延缓这些变化的方法。