Mecanismos Cardio-Respiratórios Integrados na Região Bulbar: Participação da Área Pressora Caudal, dos Núcleos do Trato Solitário e do Núcleo Retrotrapezóide
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Date
2009-01-28
Authors
Takakura, Ana Carolina Thomaz [UNIFESP]
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Colombari, Eduardo [UNIFESP]
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Tese de doutorado
Journal Title
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Volume Title
Abstract
Cardiovascular responses are integrated at different levels of the central nervous system (CNS). In the brainstem, there are different areas related to the cardiovascular control. It is well known that in the ventrolateral medulla there are, at least, three important regions involved with cardiovascular control: the rostral ventrolateral medulla (RVLM), the caudal ventrolateral medulla (CVLM) and the caudal pressor area (CPA). The RVLM is the main source of excitatory input to sympathetic preganglionic neurons playing a crucial role for tonic and reflex control of the cardiovascular system. The caudal ventrolateral medulla (CVLM) contains the GABAergic sympathoinhibitory neurons that project to RVLM. Besides these two regions, the NTS is the site of the first synapse of the viscerosensory afferent fibers in the brainstem including those related to cardiovascular and respiratory afferents. Besides the circuitry described above, more recent studies have also shown a new site, the CPA, located in the caudal end of the ventrolateral medulla, which provides excitatory signals that affect sympathetic activity to the cardiovascular system in rats. Therefore, the aim of the present study was to investigate the involvement of the NTS (commissural and/or intermediate regions) on the stimulation or inhibition of the CPA. Male Holtzman rats (280-350 g; n = 6-8) anesthetized with urethane (1.2 g/kg, i.v.) were used. Unilateral microinjection of L-glutamate (1 mM - 100 nL) into the CPA resulted in an increase in mean arterial pressure (MAP, D = +28 ± 3 mmHg, vs. controle: D = +2 ± 2 mmHg, p<0.05) and heart rate (HR, D = +20 ± 1 bpm, vs. controle: D = +3 ± 3 bpm, p<0.05). Electrolytic lesions of the commissural NTS (commNTS) (1 mA x 10s) abolished the pressor and tachycardic responses at 10 (D = +5 ± 7 mmHg and D = +4 ± 3 bpm), 30 (D = +7 ± 3 mmHg and D = +6 ± 3 bpm) and 60 minutes (D = +11 ± 3 mmHg and D = +5 ± 1 bpm) produced by injection of L-glutamate into the CPA. In the same way, muscimol (GABA-A receptor agonist) (2 mM - 60 nL) injected into the commNTS abolished the pressor and tachycardic responses at 10 (D = +5 ± 5 mmHg and D = +5 ± 3 bpm), 30 (D = +8 ± 5 mmHg and D = +7 ± 2 bpm) and 60 minutes (D = +11 ± 6 mmHg and D = +5 ± 2 bpm) produced by injection of L-glutamate into the CPA. On the other hand, the injection of Lglutamate unilaterally into the CPA 10, 30 and 60 minutes after the injection of muscimol into the intermediate NTS produced no change on MAP increase (D = +11± 2, +27 ± 4 and +24 ± 7 mmHg, respectively) and HR (D = +30 ± 12, +32 ± 15 and +24 ± 8 bpm, respectively). It seems that the activation of the CPA depends on the integrity of the commNTS neurons. Does the CPA integrity depend on NTS activation? Bilateral injection of muscimol (GABA-A agonist, 2 mM – 60 nl) into the CPA produced a decrease in MAP (D = -18 ± 2 mmHg, p<0.05) and HR (D = -21 ± 6 bpm, p<0.05). The depressor and bradycardia responses produced by L-glutamate into the commNTS was abolished at 10 (D = -5 ± 3 mmHg and D = +8 ± 9 bpm), 30 (D = -5 ± 2 mmHg and D = +7 ± 4 bpm) and 60 minutes (D = -6 ± 4 mmHg and D = +10 ± 6 bpm) after muscimol injection into the CPA. On the other hand, the depressor and bradicardic responses produced by L-glutamate into the intermediate NTS was not changed at 10 (D = -41 ± 9 mmHg and D = -67 ± 26 bpm), 30 (D = -31 ± 12 mmHg and D = -23 ± 4 bpm) and 60 minutes (D = -32 ± 8 mmHg and D = -21 ± 3 bpm) after muscimol injection into the CPA. Our next question was to know if the inhibition of the CPA will change the cardiovascular reflexes. Baroreflex curves were generated by lowering MAP with sodium nitroprusside (30 mg/kg) and increasing MAP by constricting an abdominal aortic snare. The relationship between MAP and sympathetic nerve discharge (SND) (baroreflex curves) revealed no change after muscimol injection into the CPA. After inhibition of the CPA, the baroreflex operated around a comparable MAP (MAP50) in all groups of rats. The lower and upper plateau, as well the baroreflex range was not different from the control group. The chemoreflex was actvated by i.v. injections of sodium cyanide (NaCN – 50 mg/kg). The activation of chemoreflex with NaCN produced a rise in MAP (D = +16 ± 4 mmHg, vs. saline D = +2 ± 2 mmHg, p<0.05), an increase in SND (D = +236 ± 11% of resting, p<0.01) and an increase in phrenic nerve discharge (PND). Muscimol injection into the CPA reduced the pressor (D = +9 ± 2 mmHg, vs. saline D = +18 ± 4 mmHg, p<0.05), sympathoexcitatory (D = +88 ± 18%, vs. saline D = +217 ± 33 %, p<0.01) and the increase in PND produced by chemoreflex activation with NaCN. Carotid chemoreceptor afferents terminate predominantly in commNTS. The next experiment was designed to test and to confirm the interaction between the commNTS and the CPA neurons by anatomical approaches. We tested whether glutamatergic or GABAergic. The rats were exposed to hypoxia (8% O2, n = 5) or to normal air (n = 4). Fos-immunoreactivity was used to identify commNTS neurons that were activated by hypoxia. NTS or CPA neurons were classified as glutamatergic or GABAergic based on whether they contained VGLUT2 mRNA or GAD67 mRNA. The vast majority of the commNTS (64 ± 13%), intermediate NTS (41 ± 9%) and CPA (26 ± 9%) neurons that were immunoreactive for Fos contained VGLUT2 mRNA, whereas only a small proportion of the same class of neurons contained GAD-67 mRNA (commNTS: 7 ± 4%; intermediate NTS: 16 ± 9% and CPA: 5 ± 3%). Therefore, our results are the first to show the existence of an interaction between the commNTS and CPA in terms of cardiovascular control. However we know that commNTS neurons receive inputs from peripheral chemoreceptors and the stimulation of commNTS depends on CPA integrity. These data suggest that CPA contributes to resting MAP, sSND and to the sympathoexcitatory effect during stimulation of peripheral chemoreceptors.
Respostas cardiovasculares podem ser integradas em diferentes níveis do sistema nervoso central (SNC). No bulbo existem várias áreas importantes para o controle cardiovascular. Sabe-se que, na superfície ventrolateral do bulbo, existem pelo menos três regiões relevantes ao controle cardiovascular: região rostroventrolateral (RVL), região caudoventrolateral (CVL) e a área pressora caudal (APC). A região RVL tem importante função na manutenção do tônus vasomotor e a região CVL interfere na regulação da pressão arterial (PA) por modular a atividade da região RVL. Além disso, essas duas regiões participam na interação de reflexos cardiovasculares, que incluem a participação de outra estrutura bulbar (Núcleos do Trato Solitário - NTS) como primeira sinapse de fibras aferentes reflexas. A APC foi recentemente descoberta e interfere na regulação da PA por modular a atividade dos neurônios das regiões RVL e CVL. Desse modo, o presente estudo procurou investigar a participação do NTS (região comissural e intermediária) nas respostas produzidas pela estimulação ou inibição da APC. Foram utilizados ratos Holtzman (280-350 g; n = 6-8) anestesiados com uretana (1,2 g/kg, i.v.). Um cateter foi inserido na artéria e veia femoral desses animais para registro de pressão arterial, freqüência cardíaca e injeção de drogas. Em alguns animais, foi registrada a atividade elétrica do nervo esplâncnico e do nervo frênico. Os animais foram adaptados a um aparelho estereotáxico e submetidos a uma craniotomia parcial para injeções de drogas. Num primeiro grupo experimental, os animais foram submetidos a lesão fictícia ou eletrolítica (1 mA x 10s) do NTS comissural (NTScom). A injeção unilateral do aminoácido excitatório L-glutamato (1 mM - 100 nl) na APC produziu resposta pressora (D = +28 ± 3 mmHg, vs. controle: D = +2 ± 2 mmHg, p<0,05) e taquicárdica (D = +20 ± 1 bpm, vs. controle: D = +3 ± 3 bpm, p<0,05). As respostas pressora e taquicárdica promovidas pela injeção unilateral de L-glutamato na APC foram abolidas 10 (D = +5 ± 7 mmHg e D = +4 ± 3 bpm, respectivamente), 30 (D = +7 ± 3 mmHg e D = +6 ± 3 bpm, respectivamente) e 60 minutos (D = +11 ± 3 mmHg e D = +5 ± 1 bpm, respectivamente) após a lesão eletrolítica do NTScom. Da mesma maneira, no grupo de animais que recebeu a injeção do agonista GABA-A muscimol no NTScom, as respostas pressora e taquicárdica promovidas pela injeção unilateral de L-glutamato na APC foram abolidas 10 (D = +5 ± 5 mmHg e D = +5 ± 3 bpm, respectivamente), 30 (D = +8 ± 5 mmHg e D = +7 ± 2 bpm, respectivamente) e 60 minutos (D = +11 ± 6 mmHg e D = +5 ± 2 bpm, respectivamente) após a injeção de muscimol. Por outro lado, as respostas pressora e taquicárdica promovidas pela injeção unilateral de L-glutamato na APC não foram modificadas 10 (D = +11 ± 2 mmHg e D = +30 ± 12 bpm, respectivamente), 30 (D = +27 ± 4 mmHg e D = +32 ± 15 bpm, respectivamente) e 60 minutos (D = +24 ± 7 mmHg e D = +24 ± 8 bpm, respectivamente) após as injeções bilaterais de muscimol no NTS intermediário. Dessa forma, as repostas de estimulação da APC parecem depender da integridade dos neurônios localizados no NTScom. Sendo assim, será que a integridade da APC é importante para as respostas de estimulação do NTScom? Apenas as injeções bilaterais do agonista GABAérgico muscimol (2 mM - 100 nl) na APC promoveu queda de PAM (D = -18 ± 6 mmHg, p<0,05) e FC (D = - 21 ± 8 bpm, p<0,05). As respostas depressora e bradicárdica promovidas pela injeção unilateral de L-glutamato no NTScom foram abolidas 10 (D = -5 ± 3 mmHg e D = +8 ± 9 bpm, respectivamente), 30 (D = -5 ± 2 mmHg e D = +7 ± 4 bpm, respectivamente) e 60 minutos (D = -6 ± 4 mmHg e D = +10 ± 6 bpm, respectivamente) após as injeções bilaterais de muscimol na APC. Da mesma maneira do ocorrido com as respostas de estimulação da APC, as respostas depressora e bradicárdica promovidas pela injeção unilateral de L-glutamato no NTS intermediário não foram modificadas 10 (D = -41 ± 9 mmHg e D = -67 ± 26 bpm, respectivamente), 30 (D = -31 ± 12 mmHg e D = -23 ± 4 bpm, respectivamente) e 60 minutos (D = -32 ± 8 mmHg e D = -21 ± 3 bpm, respectivamente) após as injeções bilaterais de muscimol na APC. Nossa próxima questão era saber se a inibição da APC promoveria alterações nos reflexos cardiovasculares. A curva do barorreflexo foi construída com injeções endovenosas de uma dose depressora de nitroprussiato de sódio (30 mg/kg) e com a inflação de um balão na aorta torácica. A relação de atividade simpática e PAM (curva do barorreflexo) não revelou nenhum efeito significativo alterado após as injeções bilaterais de muscimol na APC. Após a inibição da APC o barorreflexo continuou operando nos mesmos valores de PAM50 quando comparado ao grupo controle. Os valores de platô superior e inferior, bem como o ganho também não tiveram diferença quando comparados com o grupo controle. A ativação do quimiorreflexo foi realizada com injeções endovenosas de cianeto de sódio (NaCN – 50 mg/kg). A ativação do quimiorreflexo com NaCN produziu resposta pressora (D = +16 ± 4 mmHg, vs. salina D = +2 ± 2 mmHg, p<0,05), aumento da atividade simpática do nervo esplâncnico (D = +236 ± 11% em relação ao controle, p<0,01) e aumento da atividade do nervo frênico. Muscimol injetado bilateralmente na APC promoveu uma redução da resposta pressora (D = +9 ± 2 mmHg, vs. salina D = +18 ± 4 mmHg, p<0,05), da resposta simpatoexcitatória (D = +88 ± 18%, vs. salina D = +217 ± 33 %, p<0,01) e do aumento da atividade do nervo frênico produzido pela ativação dos quimiorreceptores periféricos com NaCN. As aferências dos quimiorreceptores periféricos terminam predominantemente no NTScom. Para corroborar a interação existente entre os neurônios do NTScom e a APC, o próximo experimento foi realizado para testar se os neurônios localizados no NTS ou na APC, ativados por hipóxia, são predominantemente glutamatérgicos ou gabaérgicos. Os animais foram expostos a situações de hipóxia (8% O2, n = 5) ou normóxia (ar ambiente, n = 4). A imunorretividade para a proteína Fos foi utilizada para identificação dos neurônios ativados por hipóxia. Os neurônios glutamatérgicos ou gabaérgicos foram definidos devido à expressão, via hibridzação in situ, de VGLUT2 mRNA ou GAD67 mRNA, respectivamente. A maioria dos neurônios que expressam Fos após hipóxia são glutamatérgicos na região do NTScom (64 ± 13%) e NTS intermediário (41 ± 9%). Na região da APC, dos neurônios que expressam Fos após hipóxia, somente uma pequena parcela (26 ± 9%) são glutamatérgicos. Apenas uma pequena quantidade de neurônios que expressam Fos também expressam GAD67 mRNA na região do NTScom (7 ± 4%), na região do NTS intermediário (16 ± 9%) e na APC (5 ± 3%). A imunorreatividade para a proteína Fos foi praticamente inexistente nos animais que foram expostos ao ar ambiente. Diante disso, os nossos resultados são os primeiros a mostrar a existência da interação entre a região comissural do NTS e a APC no que diz respeito ao controle cardiovascular. Sabe-se que a região do NTScom contém neurônios de segunda ordem que recebem as aferências dos quimiorreceptores periféricos e que as respostas de estimulação do NTScom parecem depender da integridade da APC. Logo, os resultados do presente estudo também mostraram que a inibição da APC foi capaz de reduzir as respostas simpatoexcitatórias e respiratórias após a estimulação dos quimiorreceptores periféricos. Por outro lado, a inibição da APC não foi capaz de reduzir as respostas de ativação do barorreflexo.
Respostas cardiovasculares podem ser integradas em diferentes níveis do sistema nervoso central (SNC). No bulbo existem várias áreas importantes para o controle cardiovascular. Sabe-se que, na superfície ventrolateral do bulbo, existem pelo menos três regiões relevantes ao controle cardiovascular: região rostroventrolateral (RVL), região caudoventrolateral (CVL) e a área pressora caudal (APC). A região RVL tem importante função na manutenção do tônus vasomotor e a região CVL interfere na regulação da pressão arterial (PA) por modular a atividade da região RVL. Além disso, essas duas regiões participam na interação de reflexos cardiovasculares, que incluem a participação de outra estrutura bulbar (Núcleos do Trato Solitário - NTS) como primeira sinapse de fibras aferentes reflexas. A APC foi recentemente descoberta e interfere na regulação da PA por modular a atividade dos neurônios das regiões RVL e CVL. Desse modo, o presente estudo procurou investigar a participação do NTS (região comissural e intermediária) nas respostas produzidas pela estimulação ou inibição da APC. Foram utilizados ratos Holtzman (280-350 g; n = 6-8) anestesiados com uretana (1,2 g/kg, i.v.). Um cateter foi inserido na artéria e veia femoral desses animais para registro de pressão arterial, freqüência cardíaca e injeção de drogas. Em alguns animais, foi registrada a atividade elétrica do nervo esplâncnico e do nervo frênico. Os animais foram adaptados a um aparelho estereotáxico e submetidos a uma craniotomia parcial para injeções de drogas. Num primeiro grupo experimental, os animais foram submetidos a lesão fictícia ou eletrolítica (1 mA x 10s) do NTS comissural (NTScom). A injeção unilateral do aminoácido excitatório L-glutamato (1 mM - 100 nl) na APC produziu resposta pressora (D = +28 ± 3 mmHg, vs. controle: D = +2 ± 2 mmHg, p<0,05) e taquicárdica (D = +20 ± 1 bpm, vs. controle: D = +3 ± 3 bpm, p<0,05). As respostas pressora e taquicárdica promovidas pela injeção unilateral de L-glutamato na APC foram abolidas 10 (D = +5 ± 7 mmHg e D = +4 ± 3 bpm, respectivamente), 30 (D = +7 ± 3 mmHg e D = +6 ± 3 bpm, respectivamente) e 60 minutos (D = +11 ± 3 mmHg e D = +5 ± 1 bpm, respectivamente) após a lesão eletrolítica do NTScom. Da mesma maneira, no grupo de animais que recebeu a injeção do agonista GABA-A muscimol no NTScom, as respostas pressora e taquicárdica promovidas pela injeção unilateral de L-glutamato na APC foram abolidas 10 (D = +5 ± 5 mmHg e D = +5 ± 3 bpm, respectivamente), 30 (D = +8 ± 5 mmHg e D = +7 ± 2 bpm, respectivamente) e 60 minutos (D = +11 ± 6 mmHg e D = +5 ± 2 bpm, respectivamente) após a injeção de muscimol. Por outro lado, as respostas pressora e taquicárdica promovidas pela injeção unilateral de L-glutamato na APC não foram modificadas 10 (D = +11 ± 2 mmHg e D = +30 ± 12 bpm, respectivamente), 30 (D = +27 ± 4 mmHg e D = +32 ± 15 bpm, respectivamente) e 60 minutos (D = +24 ± 7 mmHg e D = +24 ± 8 bpm, respectivamente) após as injeções bilaterais de muscimol no NTS intermediário. Dessa forma, as repostas de estimulação da APC parecem depender da integridade dos neurônios localizados no NTScom. Sendo assim, será que a integridade da APC é importante para as respostas de estimulação do NTScom? Apenas as injeções bilaterais do agonista GABAérgico muscimol (2 mM - 100 nl) na APC promoveu queda de PAM (D = -18 ± 6 mmHg, p<0,05) e FC (D = - 21 ± 8 bpm, p<0,05). As respostas depressora e bradicárdica promovidas pela injeção unilateral de L-glutamato no NTScom foram abolidas 10 (D = -5 ± 3 mmHg e D = +8 ± 9 bpm, respectivamente), 30 (D = -5 ± 2 mmHg e D = +7 ± 4 bpm, respectivamente) e 60 minutos (D = -6 ± 4 mmHg e D = +10 ± 6 bpm, respectivamente) após as injeções bilaterais de muscimol na APC. Da mesma maneira do ocorrido com as respostas de estimulação da APC, as respostas depressora e bradicárdica promovidas pela injeção unilateral de L-glutamato no NTS intermediário não foram modificadas 10 (D = -41 ± 9 mmHg e D = -67 ± 26 bpm, respectivamente), 30 (D = -31 ± 12 mmHg e D = -23 ± 4 bpm, respectivamente) e 60 minutos (D = -32 ± 8 mmHg e D = -21 ± 3 bpm, respectivamente) após as injeções bilaterais de muscimol na APC. Nossa próxima questão era saber se a inibição da APC promoveria alterações nos reflexos cardiovasculares. A curva do barorreflexo foi construída com injeções endovenosas de uma dose depressora de nitroprussiato de sódio (30 mg/kg) e com a inflação de um balão na aorta torácica. A relação de atividade simpática e PAM (curva do barorreflexo) não revelou nenhum efeito significativo alterado após as injeções bilaterais de muscimol na APC. Após a inibição da APC o barorreflexo continuou operando nos mesmos valores de PAM50 quando comparado ao grupo controle. Os valores de platô superior e inferior, bem como o ganho também não tiveram diferença quando comparados com o grupo controle. A ativação do quimiorreflexo foi realizada com injeções endovenosas de cianeto de sódio (NaCN – 50 mg/kg). A ativação do quimiorreflexo com NaCN produziu resposta pressora (D = +16 ± 4 mmHg, vs. salina D = +2 ± 2 mmHg, p<0,05), aumento da atividade simpática do nervo esplâncnico (D = +236 ± 11% em relação ao controle, p<0,01) e aumento da atividade do nervo frênico. Muscimol injetado bilateralmente na APC promoveu uma redução da resposta pressora (D = +9 ± 2 mmHg, vs. salina D = +18 ± 4 mmHg, p<0,05), da resposta simpatoexcitatória (D = +88 ± 18%, vs. salina D = +217 ± 33 %, p<0,01) e do aumento da atividade do nervo frênico produzido pela ativação dos quimiorreceptores periféricos com NaCN. As aferências dos quimiorreceptores periféricos terminam predominantemente no NTScom. Para corroborar a interação existente entre os neurônios do NTScom e a APC, o próximo experimento foi realizado para testar se os neurônios localizados no NTS ou na APC, ativados por hipóxia, são predominantemente glutamatérgicos ou gabaérgicos. Os animais foram expostos a situações de hipóxia (8% O2, n = 5) ou normóxia (ar ambiente, n = 4). A imunorretividade para a proteína Fos foi utilizada para identificação dos neurônios ativados por hipóxia. Os neurônios glutamatérgicos ou gabaérgicos foram definidos devido à expressão, via hibridzação in situ, de VGLUT2 mRNA ou GAD67 mRNA, respectivamente. A maioria dos neurônios que expressam Fos após hipóxia são glutamatérgicos na região do NTScom (64 ± 13%) e NTS intermediário (41 ± 9%). Na região da APC, dos neurônios que expressam Fos após hipóxia, somente uma pequena parcela (26 ± 9%) são glutamatérgicos. Apenas uma pequena quantidade de neurônios que expressam Fos também expressam GAD67 mRNA na região do NTScom (7 ± 4%), na região do NTS intermediário (16 ± 9%) e na APC (5 ± 3%). A imunorreatividade para a proteína Fos foi praticamente inexistente nos animais que foram expostos ao ar ambiente. Diante disso, os nossos resultados são os primeiros a mostrar a existência da interação entre a região comissural do NTS e a APC no que diz respeito ao controle cardiovascular. Sabe-se que a região do NTScom contém neurônios de segunda ordem que recebem as aferências dos quimiorreceptores periféricos e que as respostas de estimulação do NTScom parecem depender da integridade da APC. Logo, os resultados do presente estudo também mostraram que a inibição da APC foi capaz de reduzir as respostas simpatoexcitatórias e respiratórias após a estimulação dos quimiorreceptores periféricos. Por outro lado, a inibição da APC não foi capaz de reduzir as respostas de ativação do barorreflexo.
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Citation
TAKAKURA, Ana Carolina Thomaz. Mecanismos Cardio-Respiratórios Integrados na Região Bulbar: Participação da Área Pressora Caudal, dos Núcleos do Trato Solitário e do Núcleo Retrotrapezóide. 2009. Tese (Doutorado) - Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), São Paulo, 2009.