Caracterização das vias neurais e mecanismos envolvidos nas respostas cardiovasculares e respiratórias induzidas pela apneia obstrutiva em ratos

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Data
2013-07-31
Autores
Ferreira, Caroline Borges [UNIFESP]
Orientadores
Cravo, Sergio Luiz Domingues Cravo [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
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Resumo
Objective: This study characterized the main mechanisms and neural pathways involved in cardiorespiratory responses induced by apnea. We used two approaches: a functional study in decerebrate rats to characterize the cardiorespiratory adjustments induced by apnea and the role of chemoreceptors and pulmonary afferents, and a neuroanatomical study in awake rats to map the brainstem areas activated by apnea. Methods/Results/Conclusion: We used 10 Wistar rats for the functional study. The rats were anesthetized with halothane, a tracheotomy was performed, the femoral artery and vein were cannulated, and ECG electrodes were inserted. The rat was then decerebrated by a transection at the supra-colicular level, and anesthesia was withdrawn. To verify the contribution of the peripheral chemoreceptors, apneas lasting 14 s were made under control conditions, under conditions of hyperoxia, and after temporary ligation of the common carotid arteries. To verify the contribution of afferents from the lungs and chest wall, apneas were made after neuromuscular blockade. The role of glutamate receptors in the dorsolateral NTS was analyzed by comparison of the effects of apnea before and after microinjection of kynurenic acid. Apnea induced oscillation of arterial pressure (AP) and bradycardia. Hyperoxia did not alter arterial pressure responses, but reduced the bradycardic response. Carotid ligation did not alter the cardiovascular responses to apnea. Apneas made after neuromuscular blockade induced a pressor response and bradycardia. Ligation of the carotid arteries increased the pressor response but did not affect the bradycardic response. Kynurenic acid reduced bradycardic and respiratory effort responses induced by apnea, but did not affect changes in AP and respiratory rate. The results indicate that: 1. bradycardia and respiratory effort induced by obstructive apnea are organized in the brainstem; 2. afferents of peripheral chemoreceptors may contribute but are not essential for these responses; and 3. lung and/or chest wall afferents are important for the cardiorespiratory adjustments to apnea. For the anatomical study, 16 rats were anesthetized with ketamine and xylazine for implant of a tracheal balloon, a femoral vein cannula, and ECG electrodes. A week later, 14 s apneas were induced every 2 min for 1 h. The control groups received the same surgical procedures but were not exposed to apneas. Rats were perfused 30 min after the end of the apneas, and the brain was removed for processing of Fos (marker of neuronal activity) and TH (marker of catecholaminergic neurons). In another group of rats, the carotid chemoreceptors were inactivated by ligation of the carotid body arteries, 7 days after implantation of the tracheal balloon. Two days later, apneas were induced as described above. The neuroanatomical study showed that apnea induced Fos immunoreactivity (ir-Fos) in the commissural NTS (cNTS) and intermediate NTS (inNTS), in the rostral and caudal ventrolateral medulla, and in the dorsolateral and ventrolateral pons. Apnea induced activation of catecholaminergic neurons in the C1, A1, A2, C2 and A7 groups. Inactivation of carotid chemoreceptors reduced ir-Fos in the cNTS and inNTS, but not in the ventrolateral medulla and pontine region. Chemoreceptor inactivation also reduced Fos expression in catecholaminergic groups. These results indicate that: 1. apnea activates catecholaminergic and non-catecholaminergic neurons in regions that control and maintain respiratory and autonomic activity; 2. inactivation of the carotid chemoreceptors did not affect ir-Fos in the ventrolateral medulla and pons, suggesting that other mechanisms contribute to the activation of the respiratory centers. These findings may contribute to understanding of the mechanisms by which obstructive sleep apnea leads to cardiovascular disease.
Objetivo: Este estudo buscou caracterizar os principais mecanismos e as vias neurais envolvidas nas respostas cardiorrespiratórias induzidas pela apneia obstrutiva. Para tanto foram realizadas duas abordagens: um estudo funcional em ratos descerebrados para caracterizar os ajustes cardiorrespiratórios, investigar o papel dos quimioceptores e de aferentes pulmonares nas respostas à apneia e um estudo neuroanatômico em ratos intactos e acordados para mapear as áreas bulbo-pontinas ativadas pela apneia. Métodos/Resultados/Conclusão: Para o estudo funcional foram utilizados 10 ratos Wistars inicialmente anestesiados com halotana para traqueostomia, cateterização de artéria e veia femoral e implante de eletrodos de ECG. Em seguida os ratos foram descerebrados por transecção a nível supra-colicular e a anestesia foi retirada. Apneias de 14 s foram realizadas como controle. Para verificar a contribuição dos quimioceptores periféricos foram realizadas apneias sob condição de hiperóxia e ligadura temporária das artérias carótidas comuns. Para verificar a contribuição dos aferentes pulmonares e de caixa torácica foram realizadas apneias após bloqueio neuromuscular. O papel dos receptores glutamatérgicos do NTS dorsolateral também foram analisados comparando os efeitos da apnéia antes e após microinjeção de ácido quinurênico. Apneia induziu oscilação da pressão arterial (PA) e bradicardia. A hiperóxia não alterou as respostas de PA, mas reduziu a resposta bradicárdica. A ligadura carotídea não alterou as respostas cardiovasculares induzidas pela apneia. Apneias sob bloqueio neuromuscular induziu resposta pressora e bradicárdica. Ligadura carotídea sob esta condição aumentou a resposta pressora, mas não afetou a resposta bradicárdica. O quinurênico reduziu a bradicardia e o esforço respiratório induzido pela apneia sem afetar a PA e frequência respiratória. Para o estudo neuroanatômico, os ratos foram anestesiados com cetamina e xilazina para implante do balão traqueal, cânula em veia e artéria femoral e eletrodos de ECG. Uma semana depois foram induzidas apneias de 14 s a cada 2 min por 1 hora (n = 4). O grupo controle (n = 4) recebeu os mesmos procedimentos cirúrgicos, mas não foram expostos às apneias. Após 30 min do término dos experimentos os ratos foram perfundidos e o encéfalo removido para processamento de Fos (marcador da atividade neuronal) e TH (marcador de neurônios catecolaminérgicos). Sete dias depois do implante do balão traqueal em outro grupo de ratos (n = 8) os quimioceptores carotídeos foram inativados por ligadura da artéria que irriga o corpúsculo carotídeo. Após 2 dias, os ratos foram submetidos ao mesmo protocolo de controle e apneia descritos acima. A apneia induziu imunorreatividade para Fos (ir-Fos) no NTS commissural (NTSc) e intermediário (NTSin), no quadrante ventrolateral do bulbo e em porções ventrolateral e dorsolateral da ponte. Apneia induziu ativação de neurônios do grupamento catecolaminérgico de C1, A1, A2, C2 e A7. A inativação do quimioceptor reduziu ir-Fos do NTS e a ativação de neurônios catecolaminérgicos, mas não modificou a ativação da porção ventrolateral do bulbo e das regiões pontinas estudadas. Estes resultados indicam que: 1. a bradicardia e o esforço respiratório são organizados nos níveis bulbo-pontinos; 2. os aferentes dos quimioceptores periféricos podem contribuir, mas não são essenciais a estas respostas; 3. os aferentes pulmonares e/ou da caixa torácica constituem aferentes importantes na indução dos ajustes cardiorrespiratórios à apnéia; 4 . a apneia ativa neurônios catecolaminérgicos e não catecolaminérgicos das regiões responsáveis pelo controle e manutenção da atividade autonômica e respiratória; 5. a inativação dos quimioceptores carotídeos não alterou a ir-Fos do quadrante ventrolateral do bulbo e da ponte sugerindo que outros mecanismos poderiam contribuir para a ativação neuronal destas regiões. Esses achados podem contribuir para futuro entendimento dos principais mecanismos pelos quais a apneia obstrutiva do sono induz o desenvolvimento de comorbidades cardiovasculares.
Descrição
Citação
FERREIRA, Caroline Borges. Caracterização das vias neurais e mecanismos envolvidos nas respostas cardiovasculares e respiratórias induzidas pela apneia obstrutiva em ratos. 2013. 82 f. Dissertação (Mestrado) - Escola Paulista de Medicina, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), São Paulo, 2013.