O padrão respiratório é formado por 3 fases: inspiração, pós-inspiração, e expiração ativa. Os mecanismos neurais de controle respiratório são organizados por um sistema de neurônios localizados no bulbo. Evidências sugerem o envolvimento dos neurônios quimiossensíveis do núcleo retrotrapezóide (RTN) no controle da expiração ativa. Portanto, o objetivo desta dissertação foi esclarecer a existência de uma projeção do RTN para o a região que contém os neurônios pré-motores do grupamento respiratório ventrolateral caudal (cVRG), o fenótipo dos neurônios e os neurotransmissores envolvidos nessa projeção. Utilizaram-se ratos Wistar adultos, submetidos a procedimentos imunoistoquímicos e eletrofisiológicos. Os resultados mostraram evidências anatomofuncionais de projeções excitatórias da região do RTN para o cVRG. Esta projeção está ativa durante uma situação de hipercapnia, mas não envolve neurônios serotoninérgicos da rafe e tem pouco envolvimento dos neurônios quimiossensíveis do RTN. / The eupnoeic pattern of respiration consists of three phases: inspiration, post-inspiration and stage 2 of expiration (E2). The neural mechanisms for respiratory control are carefully organized by neuron system localized into the medulla oblongata and this system is highly sensitive to CO2. Evidences suggest the involvement of chemosensitive neurons of the retrotrapezoid nucleus (RTN) in the control of expiratory activity of the caudal ventral respiratory group (cVRG) (Janczewski e Feldman, 2006a). In this study, investigate the existence of a projection the RTN from cVRG, the phenotype of the neurons and the neurotransmitters involved in this projection. The experiments were performed in adult male Wistar rats, submitted to immunohistochemical and electrophysiological approaches. The results showed anatomofunctional evidences of excitatory projections from RTN to caudal ventral respiratory group region. This pathway is active during hypercapnia, has minimal involvement of Phox2b neurons of RTN and do not involve serotonergic neurons of raphe.

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Among various processes, the maturing of the catecholaminergic (CA) system shows to be an important factor in the control and modulation of respiratory rhythmogenesis. Studies have also shown that these neurons are widely distributed in the Central Nervous System (CNS), including the A1/C1, A2/C2, C3, A5, A6 and A7 regions, having numerous projections to many regions of the brain. However, the development of respiratory network as well as its effect on the control of ventilation, is not yet fully understood. Thus, understanding the participation of CA neurons in the respiratory control during postnatal development is of most importance for a better understanding of some clinical disorders including Rett Syndrome, Sudden Infant Death Syndrome (SIDS) and Central Congenital Hypoventilation Syndrome (CCHS). Therefore, this study aimed to investigate the involvement of CA neurons in the brainstem on respiratory control in normoxic normocapnic, hypercapnic and hypoxic conditions during the postnatal period of male and female neonatal rats, through chemical injury with conjugated saporin anti-dopamine beta-hydroxylase (DBH-SAP). Thus, DBH-SAP (42 ng/100 nL – 1L), saporin (SAP – 1L) or phosphate buffered solution vehicle (PBS, 0.01M, pH 7.4 – 1L) were injected into the 4th ventricle in male and female neonates Wistar rats P0-1. Pulmonary ventilation ( EV ) was recorded in unanesthetized neonates (P7-8) by pressure plethysmography during normocapnia, hypercapnia (7% CO2) and hypoxia (10% O2) at 10 and 20 min after the start of exposure. Our data demonstrate that lesion of brainstem CA neurons increased ventilation in males and females newborn under room air conditions. In addition, the ventilatory response to hypercapnia was significantly reduced in male (57%) and female (55%) lesioned neonatal rats (Male – SAP group: 212.8 ± 7.0; PBS group: 203.9 ± 10.3; lesioned group: 151.1 ± 7.4; P < 0,001; Female – SAP group: 218.2 ± 10.4; PBS group: 200.0 ± 6.4; lesioned group: 154.0 ± 9.6; P < 0,001; all values relative to % of baseline). Also, a similar reduction was observed in the hypoxic condition (Male – SAP group: 185.2 ± 15.3; PBS group: 167.4 ± 5.0; lesioned group: 110.8 ± 9.2; P < 0,001; Female – SAP group: 197.3 ± 11.8; PBS group: 179.5 ± 13.7; lesioned: 129.4 ± 5.9; P < 0,001; all values relative to % of baseline). Additionally, the values for metabolic rate of control and lesioned groups, both males and females, did not differ significantly, whether in normoxic normocapnic, hypercapnic or hypoxic conditions. These results suggest that brainstem CA neurons exert a tonic inhibitory role in neonatal ventilation and promote an important excitatory modulation in CO2 and O2 chemosensitivity in unanesthetized males and females neonatal rats (P7-8). / Sabe-se que o sistema respiratório, bem como suas vias de controle, sofrem significativo desenvolvimento no período pós-natal. Dentre vários processos, o amadurecimento do sistema catecolaminérgico (CA) mostra-se como um importante fator no controle e modulação da ritmogênese respiratória. Estudos demonstram que esses neurônios estão amplamente distribuídos pelo Sistema Nervo Central (SNC), incluindo as regiões A1/C1, A2/C2, C3, A5, A6 e A7, e que apresentam inúmeras projeções para várias regiões do encéfalo. No entanto, a participação dos neurônios CA no controle respiratório durante o desenvolvimento pós-natal não está bem esclarecido, e esse entendimento é de extrema importância para uma melhor compreensão de alguns problemas clínicos que inclui a Síndrome de Rett, Síndrome da Morte Súbita Infantil (SIDS) e a Síndrome da Hipoventilação Central Congênita (CCHS). Sendo assim, o presente estudo teve por objetivo investigar a participação dos neurônios CA do tronco encefálico no controle respiratório em situações normóxica normocápnicas, hipercápnicas e hipóxicas durante o período pós-natal de ratas e ratos (P7-8), por meio de lesão química com saporina conjugada com anti-dopamina beta-hidroxilase (DBHSAP). Assim, DBH-SAP (42 ng/100 nL – 1L), Saporina (SAP – 1 L) ou veículo solução fosfato tamponado (PBS 0,01 M, pH 7,4 – 1 L) foram injetados no 4° ventrículo de ratas e ratos neonatos Wistar P0-1. A ventilação pulmonar ( EV ) foi registrada em neonatos não anestesiados (P7-8) por pletismografia de pressão, durante normóxia normocápnica, hipercapnia (7% CO2) e hipóxia (10% O2) aos 10 e 20 min após o início da exposição. Nossos dados demonstram que a lesão dos neurônios catecolaminérgicos do tronco encefálico promove um aumento da ventilação em neonatos machos e fêmeas durante a normóxia normocápnica. A resposta ventilatória à hipercapnia foi significativamente reduzida em ratos neonatos lesados (57%) e ratas (55%) (Machos – grupo SAP: 212,8 ± 7,0; grupo PBS: 203,9 ± 10,3; grupo lesado: 151,1 ± 7,4; P < 0,001; Fêmeas – grupo SAP: 218,2 ± 10,4; grupo PBS: 200,0 ± 6,4; grupo lesado: 154,0 ± 9,6; P < 0,001; todos os valores relativos à % do basal). Uma redução similar foi observada na resposta ventilatória à hipóxia (Machos – grupo SAP: 185,2 ± 15,3; grupo PBS: 167,4 ± 5,0; grupo lesado: 110,8 ± 9,2; P < 0,001; Fêmeas – grupo SAP: 197,3 ± 11,8; grupo PBS: 179,5 ± 13,7; grupo lesado: 129,4 ± 5,9; P < 0,001; todos os valores relativos à % do basal). Adicionalmente, os valores referentes às taxas metabólicas de neonatos machos e fêmeas lesados e controles não diferiram significativamente, seja em condição de normóxia normocápnica, hipercapnia ou hipóxia. Esses resultados sugerem que os neurônios catecolaminérgicos localizados no tronco encefálico exercem um papel inibitório tônico sobre ventilação em neonatos P7-8 e apresentam uma importante modulação excitatória na resposta ventilatória ao CO2 e hipóxia em ratas e ratos neonatos (P7-8) não anestesiados.

O padrão respiratório é formado por 3 fases: inspiração, pós-inspiração, e expiração ativa. Os mecanismos neurais de controle respiratório são organizados por um sistema de neurônios localizados no bulbo. Evidências sugerem o envolvimento dos neurônios quimiossensíveis do núcleo retrotrapezóide (RTN) no controle da expiração ativa. Portanto, o objetivo desta dissertação foi esclarecer a existência de uma projeção do RTN para o a região que contém os neurônios pré-motores do grupamento respiratório ventrolateral caudal (cVRG), o fenótipo dos neurônios e os neurotransmissores envolvidos nessa projeção. Utilizaram-se ratos Wistar adultos, submetidos a procedimentos imunoistoquímicos e eletrofisiológicos. Os resultados mostraram evidências anatomofuncionais de projeções excitatórias da região do RTN para o cVRG. Esta projeção está ativa durante uma situação de hipercapnia, mas não envolve neurônios serotoninérgicos da rafe e tem pouco envolvimento dos neurônios quimiossensíveis do RTN. / The eupnoeic pattern of respiration consists of three phases: inspiration, post-inspiration and stage 2 of expiration (E2). The neural mechanisms for respiratory control are carefully organized by neuron system localized into the medulla oblongata and this system is highly sensitive to CO2. Evidences suggest the involvement of chemosensitive neurons of the retrotrapezoid nucleus (RTN) in the control of expiratory activity of the caudal ventral respiratory group (cVRG) (Janczewski e Feldman, 2006a). In this study, investigate the existence of a projection the RTN from cVRG, the phenotype of the neurons and the neurotransmitters involved in this projection. The experiments were performed in adult male Wistar rats, submitted to immunohistochemical and electrophysiological approaches. The results showed anatomofunctional evidences of excitatory projections from RTN to caudal ventral respiratory group region. This pathway is active during hypercapnia, has minimal involvement of Phox2b neurons of RTN and do not involve serotonergic neurons of raphe.

Quimioreceptores centrais (QC) e periféricos (QP) são células especializadas em detectar alterações de CO2, O2 e H+, e promover ajustes na ventilação e pressão arterial via sistema nervoso central. Avaliamos aqui a ação da sinalização purinérgica em áreas que apresentam essa propriedade (RTN, C1, NTScom e RPa) durante as respostas cardiorrespiratórias promovidas pela ativação dos quimiorreceptores, e a possível participação de astrócitos. Encontramos evidências que receptores P2 modulam a resposta de QC no RTN, enquanto que receptores P2Y1 e receptores glutamatérgicos, modulam a resposta de QP no C1, e que a sinalização purinérgica na região do NTScom ou na região RPa não contribui para resposta de QC. A manipulação farmacológica de astrócitos do RTN com fluorocitrato, mas não da região do NTScom e RPa, produz alterações respiratórias via receptores P2. Nossos achados evidenciam a importância e contribuem para descriminação dos mecanismos de ação da sinalização purinérgica na região bulbo ventrolateral rostral durante a ativação QC e QP. / Central (CC) and peripherals (PC) chemoreceptors are specialized cells to detect changes in CO2, O2 and H+, and produce adjustments in ventilation and blood pressure via the central nervous system. Here we evaluate the action of purinergic signaling in areas with this property (RTN, C1, commNTS, RPA) during the cardiorespiratory responses elicited by activation of chemoreceptors, and a possible role of astrocytes. We found evidence that P2 receptors modulate CC responses in RTN, while P2Y1 and glutamate receptors modulate PC responses in C1, and that the purinergic signaling in the RPa and commNTS region does not contribute to CC responses. The pharmacological manipulation of the RTN astrocytes, but not commNTS or RPa, with fluorocitrate produces respiratory changes via P2 receptors. Our findings show the importance and contribute to discrimination of the mechanisms of purinergic signaling in the rostral ventrolateral medulla during CC and PC activation.

Quimioreceptores centrais (QC) e periféricos (QP) são células especializadas em detectar alterações de CO2, O2 e H+, e promover ajustes na ventilação e pressão arterial via sistema nervoso central. Avaliamos aqui a ação da sinalização purinérgica em áreas que apresentam essa propriedade (RTN, C1, NTScom e RPa) durante as respostas cardiorrespiratórias promovidas pela ativação dos quimiorreceptores, e a possível participação de astrócitos. Encontramos evidências que receptores P2 modulam a resposta de QC no RTN, enquanto que receptores P2Y1 e receptores glutamatérgicos, modulam a resposta de QP no C1, e que a sinalização purinérgica na região do NTScom ou na região RPa não contribui para resposta de QC. A manipulação farmacológica de astrócitos do RTN com fluorocitrato, mas não da região do NTScom e RPa, produz alterações respiratórias via receptores P2. Nossos achados evidenciam a importância e contribuem para descriminação dos mecanismos de ação da sinalização purinérgica na região bulbo ventrolateral rostral durante a ativação QC e QP. / Central (CC) and peripherals (PC) chemoreceptors are specialized cells to detect changes in CO2, O2 and H+, and produce adjustments in ventilation and blood pressure via the central nervous system. Here we evaluate the action of purinergic signaling in areas with this property (RTN, C1, commNTS, RPA) during the cardiorespiratory responses elicited by activation of chemoreceptors, and a possible role of astrocytes. We found evidence that P2 receptors modulate CC responses in RTN, while P2Y1 and glutamate receptors modulate PC responses in C1, and that the purinergic signaling in the RPa and commNTS region does not contribute to CC responses. The pharmacological manipulation of the RTN astrocytes, but not commNTS or RPa, with fluorocitrate produces respiratory changes via P2 receptors. Our findings show the importance and contribute to discrimination of the mechanisms of purinergic signaling in the rostral ventrolateral medulla during CC and PC activation.