Made available in DSpace on 2016-06-02T19:22:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6335.pdf: 3771187 bytes, checksum: 3b53ad55024114e65e566f79ed09086b (MD5) Previous issue date: 2014-06-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The African sharptooth catfish Clarias gariepinus is a facultative air-breather with the ABO present in the 2nd and 3rd gill arches. Like other bimodal respirators, the African catfish presents cardiorespiratory adjustments to survive low PwO2. These regulations are modulated by gill O2 chemoreceptors monitoring the PwO2 and/or the PaO2. The present study analyzed the distribution, location and orientation of the branchial O2 chemoreceptors of C. gariepinus, and the role of these receptors on the cardiorespiratory function and the modulation of the heart autonomic control. C. gariepinus were divided into two experimental groups (Control GC, intact fish, and Experimental GD, with the 1st gill arches excised) and their cardiorespiratory variables were analyzed during graded hypoxia with and without access to the atmospheric air, internal and external NaCN injections and autonomic nervous system antagonists. During hypoxia without access to air, both GC and GD showed increases in the respiratory variables (fR, VT and 𝑉 𝐺 ). However, the GD displayed higher values, since normóxia until severe hypoxia, to compensate the decrease in the EO2 resulting from the ablation of the 1st gill arches. Furthermore, the decrease in EO2 was responsible for the decrease in 𝑉 O2 and, consequently, for the increase of the PcO2 from 61 mmHg (GC) to 79 mmHg (GD). The GD featured bradycardia similar to GC, however, their values were higher in all PwO2. In hypoxia with access to air, both groups showed decrease in the fR and VAMP in the mores hypoxic tensions. This was attributed to the increases in the fRA in GC which compensate the O2 uptake. However, the GC increases in fRA were attenuated by the excision of the 1st gill arches. Moreover, both groups developed bradycardia pre-RA (typical of aquatic respirator) and tachycardia post-RA (typical of aerial respirator). Internal and external NaCN injections caused bradycardia in both groups, while the internal injections increased the ventilator variables only in GC. Thus, it is concluded that C. gariepinus possess branchial O2 chemoreceptors modulating the fH distributed by all gill arches, monitoring both PwO2 and PaO2. Conversely, fR and VAMP are modulated by receptors located in the 1st gill arches monitoring exclusively the PaO2. Furthermore, NaCN internal injections elevated more the fRA in GC than the external ones, but with low effect on the fRA of GD. Thus, the fRA is primarily modulated by O2 chemoreceptors located in the 1st gill arches monitoring, predominantly, the PaO2. Injections blocking the autonomic system to the heart showed that the modulation of pre-AR bradycardia and post-AR tachycardia occurs due to variations in the vagal cholinergic tonus, which is elevated during bradycardia and reduced during tachycardia. The adrenergic tonus, in spite of the decrease in the post-AR, is lower than the cholinergic, suggests a "reflex adrenergic" arising from the peripheral vasoconstriction, important to optimize the perfusion of the ABOs. / O bagre-africano é um teleósteo de respiração bimodal com ABOs presentes nos 2os e 4os arcos branquiais. Como outros respiradores bimodais, o bagre-africano realiza ajustes cardiorrespiratórios para sobreviver em baixas PwO2. Estes são modulados por quimiorreceptores de O2 branquiais que monitoram a PwO2 e/ou PaO2. O presente estudo analisou a distribuição, localização e orientação dos quimiorreceptores de O2 branquiais de Clarias gariepinus, seu controle sobre a função cardiorrespiratória e a modulação do controle autonômico do coração. Para isto, C. gariepinus foi dividido em dois grupos (controle GC; experimental GD, com ablação do 1o par de arcos branquiais) e seus parâmetros cardiorrespiratórios foram analisados durante hipóxia sem e com acesso ao ar atmosférico, injeções internas e externas de NaCN e injeções antagonistas do sistema autonômico. Durante hipóxia sem acesso ao ar os GC e GD elevaram os parâmetros respiratórios (fR, VT e 𝑉 𝐺 ). Porém, o GD apresentou-os superestimados desde normóxia, a fim de compensar a queda na extração de O2 (EO2) resultante da ablação dos 1os arcos branquiais. Além disso, o decréscimo da EO2 foi responsável pela diminuição da 𝑉 O2 , e, consequentemente, pelo aumento da PcO2 de 61 mmHg para 79 mmHg, nos GC e GD, respectivamente. Ainda, o GD apresentou bradicardia semelhante ao GC, porém seus valores foram superestimados em todas as PwO2. Em hipóxia com acesso ao ar ambos os grupos demonstraram diminuição da fR e da VAMP nas últimas PO2 devido principalmente a aumentos da fRA no GC que compensaram a absorção de O2. Todavia, no GD o aumento da fRA foi atenuado pela ablação dos 1os arcos branquiais. Além disso, ambos os grupos apresentaram bradicardia pré-RA (típica de respirador aquático) e taquicardia pós-RA (típica de respirador aéreo). Injeções externas e internas de NaCN causaram bradicardia nos GC e GD, enquanto as injeções internas aumentaram os parâmetros ventilatórios apenas no GC. Desta forma, conclui-se que C. gariepinus apresenta quimiorreceptores de O2 branquiais, que modulam a fH, distribuídos por todos arcos branquiais e que monitoram tanto a PwO2 quanto a PaO2. Ao contrário, a modulação da fR e VAMP ocorre apenas por quimiorreceptores de O2 do 1o par de arcos branquiais e que monitoram apenas a PaO2. Ainda, injeções internas de NaCN elevaram mais a fRA no GC que as externas, porém tiveram pouco efeito sobre a fRA do GD. Assim, a fRA é modulada principalmente por quimiorreceptores de O2 dos 1os arcos branquiais que, predominantemente, monitoram a PaO2. Injeções bloqueadoras do sistema autonômico do coração de C. gariepinus demonstraram que a modulação tanto da bradicardia pré-RA quanto da taquicardia pós-RA ocorre pela variação do tônus vagal colinérgico, sendo este tônus elevado na bradicardia, porém reduzido na taquicardia. O tônus adrenérgico, apesar de diminuir pós-RA, esta queda é menor que a do tônus colinérgico, o que sugere um reflexo adrenérgico advindo da vasoconstrição periférica importante para os respiradores bimodais perfundirem melhor seus ABOs.

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No. of bitstreams: 1 DissFRB.pdf: 2007775 bytes, checksum: 565b90716d5baeeb8d5031d93f8e7c43 (MD5) Previous issue date: 2015-09-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Teleost fishes were the first vertebrates to possess double autonomic innervation of the heart, where a balance between adrenergic and cholinergic actions determine heart rate (ƒH). Among teleosts, air breathing (AB) fishes are unsual because they exhibit marked changes in ƒH associated with each air-breathing event, which appear to be under autonomic control. In these species, aerobic exercise typically causes increases in air-breathing frequency (fAB), but effects of exercise on ƒH, and on the changes in ƒH with AB events, have never been studied. This was, therefore, studied in the african catfish, Clarias gariepinus, a facultative air breathing species. In particular, to investigate autonomic control of cardiac responses to exercise, and whether pharmacological abolition of ƒH control had an influence on fAB responses to exercise. Two groups of C.gariepinus were implanted with ECG electrodes under benzocaine anaesthesia, used to measure ƒH during exercise, routine between AB events, and ƒH Pre-AB and ƒH Post-AB. A peritoneal cannula was inserted to inject antagonist drugs, propranolol and atropine. In Group 1 (n = 9; 126 ± 6g EPM), animals were submitted to three sequential swimming tests at speeds of 15, 30 and 45 cm.s-1 : Control, Propranolol and Double Blockade. Group 2 (n = 9; 137 ± 8g EPM) were submitted to the same sequential swimming tests, however with a reversal in drug injections : Control, Atropine and Double Blockade. Additionally to ƒH, ƒAB and the % of adrenergic and cholinergic tones were calculated at each velocity for each test. A clear positive relation between swimming speed and ƒAB was observed. Autonomic blockade did not have major effects on these ƒAB responses. Interestingly, however, injection of propranolol alone, in group 1, caused ƒAB to be higher than control values at speeds of 30 and 45 cm.s-1, an effect that was still measured at 45 cm.s-1 after Double Blockade in that group. In group 1, the ƒH Routine of Control and Propranolol protocols showed an increase with swimming speed. However, after Double Blockade, or just atropine in Group 2, ƒH Routine was high and did not vary with swimming speed. This reveals a profound dominance of cholinergic tone on ƒH during exercise. Similarly, in group 1, the ƒH Pre- AB increased with swimming speed in Control and Propranolol tests. The ƒH Post AB was high and varied less as speed was increased in Control and Propranolol test of Group 1. Once again Double Blockade tests, or just Atropine in Group 2, abolished all changes in ƒH associated with air-breathing, at all swimming speeds, confirming a dominance of inhibitory cholinergic control of fH responses. Calculation of autonomic tones around AB events verified that adrenergic tone does not vary from Pre to Post moments, all changes in fH are due to modulation of tone action. Therefore, C.gariepinus relies on AB events to maintain aerobic metabolisn during sustained exercise. Modulation of inhibitory cholinergic tone accounts for all variations in ƒH Routine during exercise, and for all changes in ƒH during AB events. Abolition of this cholinergic control did not, however, have a major influence on AB responses to exercise. / Os peixes teleósteos foram os primeiros vertebrados a possuírem inervação autonômica dupla no coração, onde um balanço entre a ação adrenérgica e colinérgica determina a frequência cardíaca (ƒH). Dentro dos teleósteos, peixes que realizam respiração aérea (RA) são interessantes modelos de estudo, uma vez que exibem notáveis alterações na ƒH associadas a cada evento de RA, que parecem estar sob controle autônomo. Nessas espécies, o exercício aeróbico geralmente causa um aumento na frequência de respiração aérea (ƒRA), mas os efeitos do exercício na ƒH e na ƒRA ainda não foram estudados. Assim, o presente estudo, utilizando-se de exemplares de bagre africano, Clarias gariepinus, um respirador aéreo facultativo, teve por objetivo investigar o papel do controle autonômico para os ajustes de ƒH relacionados à atividade física e à respiração aérea. Após a anestesia em solução de benzocaína, foram implantados eletrodos de ECG, utilizados para medir a ƒH em duas situações durante o exercício: Routine, medida entre eventos de RA, e ƒH Pré- RA e ƒH Pós-RA, em dois grupos de C. gariepinus. Uma cânula peritoneal foi inserida para realizar a injeção das drogas antagonistas, propranolol e atropina. No Grupo 1 (n = 9; 126 ± 6g EPM), os animais foram submetidos a três testes sequenciais de natação, nas velocidades de 15, 30 e 45 cm.s-1: Controle, Propranolol e Duplo Bloqueio. No Grupo 2 (n = 9; 137 ± 8g EPM), os animais foram submetidos ao mesmo protocolo sequencial de natação, porém com uma inversão na injeção das drogas antagonistas: Controle, Atropina e Duplo Bloqueio. Adicionalmente, a ƒH, ƒRA e a % de ação do tônus adrenérgico e colinérgico foram calculadas, em cada velocidade, para cada teste. Uma clara relação positiva entre as velocidades de natação e a ƒRA foi observada. O duplo bloqueio autonômico não teve efeitos na resposta da ƒRA. Interessantemente, a injeção somente de propranolol, no Grupo 1, fez com que a ƒRA observada nas duas últimas velocidades de natação, 30 e 45 cm.s-1, fossem maiores do que os valores encontrados no Controle, um resultado que também foi observado a 45 cm.s-1 após o duplo bloqueio nesse grupo. Adicionalmente, no Grupo 1, a ƒH Routine encontrada nos protocolos Controle e Propranolol apresentaram um aumento conforme aumentou-se velocidade de natação. Entretanto, após o duplo bloqueio, ou somente após injeção de atropina, no Grupo 2, a ƒH Routine encontrada foi maior e não variou conforme aumentou-se a velocidade de natação. Esses resultados revelam uma grande dominância do tônus colinérgico no controle da ƒH durante o exercício. Similarmente, no Grupo 1, a ƒH Pré-RA aumentou conforme se aumentou a velocidade de natação nos protocolos Controle e Propranolol. A ƒH Pós-RA, no Grupo 1, foi maior e variou menos conforme se aumentou a velocidade de natação nos protocolos Controle e Propranolol. Mais uma vez, no Grupo 2, os testes, após duplo bloqueio ou somente após injeção de atropina, aboliram todas as mudanças na ƒH associadas a cada evento de RA, em todas as velocidades de natação, confirmando a dominância do tônus colinérgico inibitório no controle das respostas cardíacas. Os cálculos dos tônus autonômico em torno de cada evento de RA verificaram que o tônus adrenérgico não variou nos momentos Pré e Pós, sendo todas as mudanças na ƒH devido à modulação da ação do tônus colinérgico. Portanto, C. gariepinus utiliza-se de eventos de RA para manter o metabolismo aeróbico durante o exercício físico sustentado. A modulação do tônus colinérgico inibitório foi responsável por todas as variações na ƒH Routine durante o exercício e por todas as mudanças na ƒH durante os eventos de RA. A abolição desse controle colinérgico não tem, porém, uma influência na frequência dos eventos de RA durante o exercício.