Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Hypoxia-ischemia (HI) neonatal is a major cause of morbidity and mortality during the perinatal period and it is an important risk factor for the development of a number of human neurological disorders, such as cerebral palsy, epilepsy, and motor and learning deficits. Cerebral HI results in hemodynamic, biochemical and neurophysiological alterations as a direct consequence of the lack of oxygen and glucose. The central nervous system presents a relatively high consumption of oxygen and glucose which relies almost exclusively on the oxidative phosphorylation process for the production of energy thus it is highly susceptible to hypoxic-ischemic insult. During the HI event, the rapid suppression in the process of oxidative phosphorylation initiates a series of poisonings that occur simultaneously and are directly related to the evolution of brain injury. Thus, knowing that the pathogenesis of neonatal HI is a highly complex and multifactorial event, this study aimed to investigate possible changes in the purinergic and cholinergic systems in the cerebral cortex of newborn rats subjected to HI, at different post-insult (immediately, 72 h and 8 days after neonatal HI),. Furthermore, analyzes were performed to assess the levels of lipid peroxidation and some peripheral markers of inflammation such as tumor necrosis factor alpha TNF-α; Interferon-gamma - IFN-γ; interleukins IL-1β and IL-6. Results demonstrated that immediately after HI, the activity of nucleotide triphosphate diphosphohydrolase (NTPDase) and 5 '-nucleotidase (5`-NT) cytosolic increased in the cerebral cortex. In synaptosomes, an increase in the activity of ecto-adenosine deaminase (ecto-ADA) was observed, while the activity of Na+/K+ ATPase was inhibited. There was no change in the expression of adenosine kinase (ADK). Interestingly, the Na+/K+ ATPase activity was correlated negatively with the cytosolic NTPDase activity and TBARS content. Our results showed an increase in lipid peroxidation levels immediately, 72 h and 8 days after HI. The activity of acetylcholinesterase (AChE) showed time-dependent changes in the cerebral cortex of these animals. The same was observed for AChE activity in erythrocytes and ADA. Regarding the levels of proinflammatory cytokines (TNF-α, IFN-γ, IL-1β and IL-6) investigated, all showed increased serum levels. Immediately after HI, the ADA activity showed a strong positive correlation with all cytokines analyzed. Eight days after HI there was an inflammatory process with increased activity of ADA, myeloperoxidase (MPO) and N-acetyl-glucosaminidase (NAG). In this same period, we observed that ADA1 isoenzyme was responsible for the increase in the ADA activity after HI insult. Interestingly, adenosine receptors A1 (A1Rs) and ADK protein expression showed a decrease 8 days after insult. Thus, the results described here suggest that neonatal HI alters the cholinergic and purinergic signaling in the cortex of newborn rats. However, the understanding of these events may help in the development of new therapies for hypoxic-ischemic brain injury. / A hipóxia-isquemia (HI) neonatal é uma das principais causas de morbidade e mortalidade durante o período perinatal, constituindo um fator de risco importante para o desenvolvimento de uma série de desordens neurológicas em humanos tais como, a paralisia cerebral, a epilepsia e déficits motores e de aprendizagem. A HI cerebral resulta em alterações hemodinâmicas, bioquímicas e neurofisiológicas como uma consequência direta da falta de oxigênio e glicose. O sistema nervoso central por possuir um consumo relativamente alto de oxigênio e glicose, dependendo quase que exclusivamente do processo de fosforilação oxidativa para a produção de energia, torna-se altamente suscetível ao insulto hipóxico-isquêmico. Durante o evento HI, a rápida supressão no processo de fosforilação oxidativa inicia uma série de eventos tóxicos que ocorrem simultaneamente e estão diretamente relacionados com a evolução da lesão cerebral. Assim, sabendo que a patogênese da HI neonatal é um evento multifatorial e altamente complexo, este trabalho teve como objetivo principal investigar, em diferentes tempos pós-insulto (imediatamente, 72 horas e 8 dias após a HI neonatal), as possíveis alterações nos sistemas purinérgico e colinérgico em córtex cerebral de ratos neonatos submetidos à HI. Além disso, foram realizadas análises para avaliar os níveis de peroxidação lipídica e marcadores periféricos de inflamação tais como o fator de necrose tumoral alfa (TNF-α), o interferon gama (IFN-γ) e as interleucinas 1β e 6 (IL-1β e IL-6, respectivamente). Os resultados demonstram que imediatamente após a HI a atividade da nucleotídeo trifosfato difosfoidrolase (NTPDase) e da 5`-nucleotidase (5`-NT) citosólicas aumentaram no córtex cerebral. Em sinaptossomas houve um aumento na atividade da ecto-adenosina desaminase (ecto-ADA), enquanto a atividade da Na+/K+ ATPase mostrou-se reduzida. Não foi observada nenhuma alteração na expressão da adenosina quinase (ADK). Interessantemente, a atividade da Na+/K+ ATPase correlacionou-se negativamente com a atividade da NTPDase citosólica e com os níveis de peroxidação lipídica. Nossos resultados demonstraram um aumento nos níveis de peroxidação lipídica imediatamente após o insulto, os quais foram mantidos 72 horas e 8 dias após a HI. A atividade da acetilcolinesterase (AChE) mostrou alterações tempo-dependente no córtex cerebral destes animais. O mesmo foi observado para a atividade da AChE e da ADA em eritrócitos. Quando os níveis das citocinas pró-inflamatórias (TNF-α; IFN-γ; IL-1β e IL-6) que foram investigadas, todas apresentaram seus níveis séricos aumentados. Imediatamente após a HI, a atividade da ADA apresentou uma forte correlação positivas com todas as citocinas analisadas. 8 dias após a HI observou-se um processo inflamatório com aumento da atividade da ADA, mieloperoxidase e N-acetil-β-D-glucosaminidase. Neste mesmo período, podemos evidenciar que a ADA1 é a isoenzima responsável pelo aumento da ativada da ADA neste momento pós-insulto. Interessantemente, observamos uma redução na expressão dos receptores de adenosina A1 (A1Rs) sem alteração na expressão da adenosina quinase (ADK). Assim, os resultados descritos aqui sugerem a HI neonatal altera a sinalização purinérgica e a atividade da acetilcolinesterase em córtex cerebral de ratos neonatos. Além disso, possibilitará uma melhor compreensão dos eventos que se inciam com o evento HI, e consequentemente auxiliaram na busca e desenvolvimento de novas terapias para a lesão cerebral hipóxico-isquêmica.

Die neonatale Hypoxie, als Schwangerschafts- und Geburtskomplikation, ist der wichtigste prädisponierende Umweltfaktor in der Pathophysiologie der Schizophrenie. Sie führt zu einer Schädigung des Gehirns und einer Störung der Hirnentwicklung. Insgesamt sind die neurobiologischen Auswirkungen, insbesondere auf die Zellproliferation, unklar. Im Tiermodell konnten bereits Verhaltensauffälligkeiten ähnlich der Schizophrenie, infolge chronischer neonataler Hypoxie, festgestellt werden. Störungen in der Zellentwicklung könnten hierfür die Ursache sein. Die Hypothese, dass der Beginn der abnormalen Hirnentwicklung perinatal liegt, während erste klinische Symptome im frühen Erwachsenenalter manifest werden, unterstützt diese Ergebnisse. Die Hirnentwicklung der Ratte ist in der frühen postnatalen Periode vergleichbar mit der eines menschlichen Fötus im dritten Trimenon der Schwangerschaft und eignet sich daher pathologische Prozesse im zentralen Nervensystem des Menschen zu reflektieren. In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe postnataler Hypoxie die neuronale Zellproliferation in 20 männlichen Wistar-Ratten zu unterschiedlichen Zeitpunkten (postnataler Tag 13 und 39) untersucht. Die Hypoxietiere wurden vom postnatalen Tag vier bis acht einer Hypoxie, bestehend aus 11% O2 und 89% N2, ausgesetzt. Mit Hilfe der Bromodeoxyuridin-Peroxidasefärbung wurde die Zellproliferation in Hypoxie-vulnerablen Hirnregionen untersucht. Hierzu gehören der Gyrus cinguli, das Striatum, der Gyrus dentatus und die subventrikuläre Zone. Als Vergleich diente eine unbehandelte Kontrollgruppe. Durch ein Mikroskop mit Schrittmotorsystem und Stereo Investigator Software (MicroBrightField, UK) und der Optical Fractionator-Methode konnte erstmals festgestellt werden, dass Hypoxie-behandelte Tiere eine um 20% erhöhte Zellproliferation im Gyrus cinguli am postnatalen Tag 13 aufwiesen. Des Weiteren zeigte sich bei den Hypoxie-behandelten Tieren ein um 16% reduziertes Volumen im Striatum am postnatalen Tag 13. Am postnatalen Tag 39 zeigten sich keine signifikanten Unterschiede mehr. Diese Ergebnisse zeigen, dass ein vorübergehender Einfluss chronischer Hypoxie auf die Zellproliferation und das Volumen angenommen werden kann und das das Gehirn innerhalb gewisser Grenzen während der neuronalen Entwicklung tolerant gegenüber exogenen Noxen wie Hypoxie zu sein scheint. Die Ergebnisse bestätigen auch, dass nur ein kleiner Teil der Hypoxie-assoziierten Geburtskomplikationen zu einer Schizophrenie führt und der Erkrankung eine multifaktorielle Gen-Umwelt-Interaktion zugrunde liegt. Zukünftig könnte es, mit der besseren Kenntnis neurobiologischer Auswirkungen von Umweltfaktoren und genetischen Faktoren im Gehirn, möglich werden die Schizophrenie frühzeitiger zu erkennen und zu behandeln sowie behindernde Symptome zu reduzieren.

A hipóxia-isquemia (HI) é a principal causa de mortalidade no período perinatal e, nos sobreviventes, a incidência de comorbidades neurológicas é elevada. O encéfalo imaturo, altamente susceptível ao insulto hipóxico-isquêmico, é bastante sensível a estímulos ambientais tais como o enriquecimento ambiental (EA). Os objetivos deste estudo foram: 1) investigar o desempenho comportamental em um novo teste de memória e aprendizagem, o Ox-maze; 2) analisar a atividade das enzimas Na+,K+-ATPase, catalase (CAT) e glutationaperoxidase (GPx) no hipocampo; 3) caracterizar os neurônios piramidais da região CA1 hipocampal quanto à arborização dendrítica; 4) analisar alterações astrocíticas e sinápticas pela avaliação da imunoreatividade das proteínas GFAP e sinaptofisina usando a técnica de imunofluorescência e, 5) quantificar a densidade celular por meio de cortes semifinos da região CA1 do hipocampo de animais hipóxico-isquêmicos expostos a um ambiente enriquecido. Ratos com sete dias de idade foram divididos em quatro grupos e submetidos ou não ao procedimento cirúrgico de acordo com o grupo experimental ao qual pertenciam: controle mantido em ambiente padrão (CTAP), controle em ambiente enriquecido (CTAE), HI em ambiente padrão (HIAP) e HI em ambiente enriquecido (HIAE). Passado o período de EA (1h/dia, 6 dias/semana, 9 semanas iniciando após o desmame), os parâmetros mencionados foram avaliados nos animais. Os dados indicaram que a HI causou um prejuízo na memória e no aprendizado no teste do “OX-maze”, o qual foi revertido pelo efeito do ambiente enriquecido. A HI causou diminuição da atividade enzimática da Na+,K+-ATPase no hipocampo contralateral, assim como uma redução na imunorreatividade à sinaptofisina e nadensidade neuronal, sendo que o EA foi efetivo na recuperação da atividade da enzima Na+,K+-ATPase e dos níveis de sinaptofisina no hipocampo contralateral à lesão. As atividades de CAT e GPX não foram alteradas pela HI em nenhum dos grupos avaliados, mesmo resultado encontrado nas análises de GFAP e de padrão de arborização dendrítica. Por fim, neste estudo foi observado o importante efeito lesivo causado pela HI neonatal e o papel do EA como estratégia neuroprotetora na recuperação funcional, na atividade da Na+,K+-ATPase e na expressão de sinaptofisina. Este estudo traz avanços em busca dos mecanismos pelos quais a melhora funcional ocorre em animais HI expostos ao EA, mas pode-se verificar que não fica totalmente esclarecido como esta estratégia atua. Outros estudos são necessários para a identificação de possíveis mecanismos que atuem como mediadores da resposta funcional do EA após um evento isquêmico. / Hypoxia-ischemia (HI) is the main mortality cause in perinatal period and, in survivors, the incidence of neurological disabilities is elevated. The immature brain, highly susceptible to hypoxic-ischemic insult, is sensible to environmental stimuli, as environmental enrichment (EE). The aims of this study were to investigate: 1) behavioral performance in a new memory and learning task, the oxmaze task; 2) evaluate Na+,K+-ATPase, catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPx) activities in the hippocampus; 3) characterizes dendritic arbor in pyramidal neurons from CA1 region from hippocampus; 4) analyze alterations in hippocampal synaptophysin and GFAP immmunoreactivity and, 5) analyze neuronal density alterations in hippocampus of hypoxic-ischemic rats exposed to enriched environment. Seven-day-old rats were divided into four groups: controlmaintained in standard environment (CTSE), control submitted to EE (CTEE), HI in standard environment (HISE) and HI in EE (HIEE). Past the end of EE period (1 hour/day, 6 days/week, 9 weeks), mentioned parameters were evaluated in animals. Present results indicate learning and memory in the “OXmaze” task were impaired in HI rats and this effect was recovered after EE. On the contralateral hemisphere, HI caused a decrease in Na+,K+-ATPase activity that was recovered by EE. Results also indicate that HI damage decreases hippocampal synaptophysin immunoreactivity and neuronal density, moreover EE was effective in recovering synaptophysin levels on contralateral to the lesion hippocampus. The activities of GPx and CAT were not changed by HI in any group evaluated, some result founded on GFAP immunoreactivity and dendritic arborization characterization analysis. In conclusion, the important effect of HI lesion and the role of EE like neuroprotective strategy on functional impairment and on Na+,K+-ATPase activity and synaptophysin immunoreactivity was proven. Although this study have important advances in search of mechanisms by which the functional enhancement occurs in the animals submitted to HI and exposed to EE, it can be seen that it is not completely clear how this approach works. Further studies are needed to identify possible mechanisms that act as mediators of EE functional response after an ischemic event.

A hipóxia-isquemia (HI) é a principal causa de mortalidade no período perinatal e, nos sobreviventes, a incidência de comorbidades neurológicas é elevada. O encéfalo imaturo, altamente susceptível ao insulto hipóxico-isquêmico, é bastante sensível a estímulos ambientais tais como o enriquecimento ambiental (EA). Os objetivos deste estudo foram: 1) investigar o desempenho comportamental em um novo teste de memória e aprendizagem, o Ox-maze; 2) analisar a atividade das enzimas Na+,K+-ATPase, catalase (CAT) e glutationaperoxidase (GPx) no hipocampo; 3) caracterizar os neurônios piramidais da região CA1 hipocampal quanto à arborização dendrítica; 4) analisar alterações astrocíticas e sinápticas pela avaliação da imunoreatividade das proteínas GFAP e sinaptofisina usando a técnica de imunofluorescência e, 5) quantificar a densidade celular por meio de cortes semifinos da região CA1 do hipocampo de animais hipóxico-isquêmicos expostos a um ambiente enriquecido. Ratos com sete dias de idade foram divididos em quatro grupos e submetidos ou não ao procedimento cirúrgico de acordo com o grupo experimental ao qual pertenciam: controle mantido em ambiente padrão (CTAP), controle em ambiente enriquecido (CTAE), HI em ambiente padrão (HIAP) e HI em ambiente enriquecido (HIAE). Passado o período de EA (1h/dia, 6 dias/semana, 9 semanas iniciando após o desmame), os parâmetros mencionados foram avaliados nos animais. Os dados indicaram que a HI causou um prejuízo na memória e no aprendizado no teste do “OX-maze”, o qual foi revertido pelo efeito do ambiente enriquecido. A HI causou diminuição da atividade enzimática da Na+,K+-ATPase no hipocampo contralateral, assim como uma redução na imunorreatividade à sinaptofisina e nadensidade neuronal, sendo que o EA foi efetivo na recuperação da atividade da enzima Na+,K+-ATPase e dos níveis de sinaptofisina no hipocampo contralateral à lesão. As atividades de CAT e GPX não foram alteradas pela HI em nenhum dos grupos avaliados, mesmo resultado encontrado nas análises de GFAP e de padrão de arborização dendrítica. Por fim, neste estudo foi observado o importante efeito lesivo causado pela HI neonatal e o papel do EA como estratégia neuroprotetora na recuperação funcional, na atividade da Na+,K+-ATPase e na expressão de sinaptofisina. Este estudo traz avanços em busca dos mecanismos pelos quais a melhora funcional ocorre em animais HI expostos ao EA, mas pode-se verificar que não fica totalmente esclarecido como esta estratégia atua. Outros estudos são necessários para a identificação de possíveis mecanismos que atuem como mediadores da resposta funcional do EA após um evento isquêmico. / Hypoxia-ischemia (HI) is the main mortality cause in perinatal period and, in survivors, the incidence of neurological disabilities is elevated. The immature brain, highly susceptible to hypoxic-ischemic insult, is sensible to environmental stimuli, as environmental enrichment (EE). The aims of this study were to investigate: 1) behavioral performance in a new memory and learning task, the oxmaze task; 2) evaluate Na+,K+-ATPase, catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPx) activities in the hippocampus; 3) characterizes dendritic arbor in pyramidal neurons from CA1 region from hippocampus; 4) analyze alterations in hippocampal synaptophysin and GFAP immmunoreactivity and, 5) analyze neuronal density alterations in hippocampus of hypoxic-ischemic rats exposed to enriched environment. Seven-day-old rats were divided into four groups: controlmaintained in standard environment (CTSE), control submitted to EE (CTEE), HI in standard environment (HISE) and HI in EE (HIEE). Past the end of EE period (1 hour/day, 6 days/week, 9 weeks), mentioned parameters were evaluated in animals. Present results indicate learning and memory in the “OXmaze” task were impaired in HI rats and this effect was recovered after EE. On the contralateral hemisphere, HI caused a decrease in Na+,K+-ATPase activity that was recovered by EE. Results also indicate that HI damage decreases hippocampal synaptophysin immunoreactivity and neuronal density, moreover EE was effective in recovering synaptophysin levels on contralateral to the lesion hippocampus. The activities of GPx and CAT were not changed by HI in any group evaluated, some result founded on GFAP immunoreactivity and dendritic arborization characterization analysis. In conclusion, the important effect of HI lesion and the role of EE like neuroprotective strategy on functional impairment and on Na+,K+-ATPase activity and synaptophysin immunoreactivity was proven. Although this study have important advances in search of mechanisms by which the functional enhancement occurs in the animals submitted to HI and exposed to EE, it can be seen that it is not completely clear how this approach works. Further studies are needed to identify possible mechanisms that act as mediators of EE functional response after an ischemic event.

A hipóxia-isquemia (HI) é a principal causa de mortalidade no período perinatal e, nos sobreviventes, a incidência de comorbidades neurológicas é elevada. O encéfalo imaturo, altamente susceptível ao insulto hipóxico-isquêmico, é bastante sensível a estímulos ambientais tais como o enriquecimento ambiental (EA). Os objetivos deste estudo foram: 1) investigar o desempenho comportamental em um novo teste de memória e aprendizagem, o Ox-maze; 2) analisar a atividade das enzimas Na+,K+-ATPase, catalase (CAT) e glutationaperoxidase (GPx) no hipocampo; 3) caracterizar os neurônios piramidais da região CA1 hipocampal quanto à arborização dendrítica; 4) analisar alterações astrocíticas e sinápticas pela avaliação da imunoreatividade das proteínas GFAP e sinaptofisina usando a técnica de imunofluorescência e, 5) quantificar a densidade celular por meio de cortes semifinos da região CA1 do hipocampo de animais hipóxico-isquêmicos expostos a um ambiente enriquecido. Ratos com sete dias de idade foram divididos em quatro grupos e submetidos ou não ao procedimento cirúrgico de acordo com o grupo experimental ao qual pertenciam: controle mantido em ambiente padrão (CTAP), controle em ambiente enriquecido (CTAE), HI em ambiente padrão (HIAP) e HI em ambiente enriquecido (HIAE). Passado o período de EA (1h/dia, 6 dias/semana, 9 semanas iniciando após o desmame), os parâmetros mencionados foram avaliados nos animais. Os dados indicaram que a HI causou um prejuízo na memória e no aprendizado no teste do “OX-maze”, o qual foi revertido pelo efeito do ambiente enriquecido. A HI causou diminuição da atividade enzimática da Na+,K+-ATPase no hipocampo contralateral, assim como uma redução na imunorreatividade à sinaptofisina e nadensidade neuronal, sendo que o EA foi efetivo na recuperação da atividade da enzima Na+,K+-ATPase e dos níveis de sinaptofisina no hipocampo contralateral à lesão. As atividades de CAT e GPX não foram alteradas pela HI em nenhum dos grupos avaliados, mesmo resultado encontrado nas análises de GFAP e de padrão de arborização dendrítica. Por fim, neste estudo foi observado o importante efeito lesivo causado pela HI neonatal e o papel do EA como estratégia neuroprotetora na recuperação funcional, na atividade da Na+,K+-ATPase e na expressão de sinaptofisina. Este estudo traz avanços em busca dos mecanismos pelos quais a melhora funcional ocorre em animais HI expostos ao EA, mas pode-se verificar que não fica totalmente esclarecido como esta estratégia atua. Outros estudos são necessários para a identificação de possíveis mecanismos que atuem como mediadores da resposta funcional do EA após um evento isquêmico. / Hypoxia-ischemia (HI) is the main mortality cause in perinatal period and, in survivors, the incidence of neurological disabilities is elevated. The immature brain, highly susceptible to hypoxic-ischemic insult, is sensible to environmental stimuli, as environmental enrichment (EE). The aims of this study were to investigate: 1) behavioral performance in a new memory and learning task, the oxmaze task; 2) evaluate Na+,K+-ATPase, catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPx) activities in the hippocampus; 3) characterizes dendritic arbor in pyramidal neurons from CA1 region from hippocampus; 4) analyze alterations in hippocampal synaptophysin and GFAP immmunoreactivity and, 5) analyze neuronal density alterations in hippocampus of hypoxic-ischemic rats exposed to enriched environment. Seven-day-old rats were divided into four groups: controlmaintained in standard environment (CTSE), control submitted to EE (CTEE), HI in standard environment (HISE) and HI in EE (HIEE). Past the end of EE period (1 hour/day, 6 days/week, 9 weeks), mentioned parameters were evaluated in animals. Present results indicate learning and memory in the “OXmaze” task were impaired in HI rats and this effect was recovered after EE. On the contralateral hemisphere, HI caused a decrease in Na+,K+-ATPase activity that was recovered by EE. Results also indicate that HI damage decreases hippocampal synaptophysin immunoreactivity and neuronal density, moreover EE was effective in recovering synaptophysin levels on contralateral to the lesion hippocampus. The activities of GPx and CAT were not changed by HI in any group evaluated, some result founded on GFAP immunoreactivity and dendritic arborization characterization analysis. In conclusion, the important effect of HI lesion and the role of EE like neuroprotective strategy on functional impairment and on Na+,K+-ATPase activity and synaptophysin immunoreactivity was proven. Although this study have important advances in search of mechanisms by which the functional enhancement occurs in the animals submitted to HI and exposed to EE, it can be seen that it is not completely clear how this approach works. Further studies are needed to identify possible mechanisms that act as mediators of EE functional response after an ischemic event.