Em condições basais a inspiração é um fenômeno ativo enquanto a expiração é um fenômeno passivo. Em condições de desafios metabólicos, como aumento da pressão parcial de CO2 e da [H+] no sangue arterial (hipercapnia/acidose), ocorre aumento da atividade inspiratória, a expiração passa a ser ativa, produzindo aumentos da atividade dos músculos abdominais, e a resistência das vias aéreas superiores reduz. O Locus Coeruleus (LC) contém neurônios noradrenérgicos (NE) que aumentam sua frequência de potenciais de ação quando expostos a elevados níveis de CO2/[H+] e se comunicam com os neurônios respiratórios do tronco encefálico para fazer ajustes compensatórios na ventilação pulmonar durante a hipercapnia/acidose. Utilizando preparações in situ de ratos avaliamos a contribuição dos neurônios NE do LC na geração central das atividades inspiratória e expiratória e no controle da resistência das vias aéreas superiores em condições basais e em resposta a hipercapnia/acidose. Neurônios NE do LC foram seletivamente silenciados de maneira aguda e reversível pela aplicação do peptídeo de inseto alatostatina (Alst) após a transfecção celular utilizando um vetor lentiviral para expressão de receptores de Drosophila para a Alst acoplados a proteína G inibitória (AlstR). Dez a doze dias após, realizamos a abordagem dorsal da preparação in situ de ratos. Os nervos frênico (PN), abdominal (AbN), hipoglosso (HN) e vago cervical (cVN) foram registrados e analisados em diferentes fases do ciclo respiratório. Registros extracelulares single unit dos neurônios do LC também foram realizados. A frequência respiratória (fR), a duração da inspiração (DI) e da expiração (DE), a expiração ativa, a magnitude da modulação respiratória e a frequência de potenciais de ação dos neurônios do LC também foram avaliadas. A inibição seletiva dos neurônios NE do LC usando Alst não provocou alterações significativas na atividade dos motores nervos respiratórios, na fR, DI e DE em normocapnia. A inibição desses neurônios antes e/ou durante à hipercapnia/acidose reduziu significantemente a amplitude do AbN e em alguns momentos, eliminou a expiração ativa, além de reduzir as respostas inspiratórias do PN e HN (amplitude) e a atividade pós-inspiratória (adução da glote) do cVN. Quandoda ausência da expiração ativa após a inibição dos neurônios NE do LC, a DI, DE e a duração da atividade pré-inspiratória do cVN (abdução da glote) e HN (protusão da língua) foram normalizadas. A adição de Alst em preparações in situ de ratos que não expressavam o AsltR durante a hipercapnia/acidose não causou alterações no padrão dos nervos motores respiratórios registrados, na incidência da expiração ativa e na fR, DI e DE. Entre os neurônios do LC registrados, encontramos três populações com diferentes padrões de modulação pela respiração e uma com atividade tônica. A hipercapnia/acidose aumentou a magnitude da modulação respiratória e a frequência de potenciais de ação destas populações neuronais. Esses dados demonstram que os neurônios NE do LC exercem importante papel modulatório excitatório na geração central da inspiração, expiração ativa e no controle da resistência das vias aéreas superiores evocados pela hipercapnia/acidose em preparações in situ de ratos / In basal conditions, inspiration is an active phenomenon while expiration is a passive phenomenon. Under conditions of high metabolic demands, such as increased in partial pressure of CO2 and [H+] in arterial blood (hypercapnia/acidosis), there is an increase in inspiratory activity, expiration becomes active, producing increases in abdominal muscle activity, and the resistance of the upper airways reduces. The Locus Coeruleus (LC) contains noradrenergic (NE) neurons that increase their firing frequency when exposed to elevated CO2/[H+] levels and communicate with respiratory brainstem neurons to make compensatory adjustments in lung ventilation during hypercapnia/acidosis. Using in situ preparations of rats, we evaluated the contribution of LC NE neurons in the central generation of inspiratory and expiratory activities, as well as in the control of upper airway resistance in basal conditions and in response to hypercapnia/acidosis. LC NE neurons were selectively acutely and reversibly silenced by application of the insect allatostatin peptide (Alst) after cellular transfection using a lentiviral vector for expression of Alst Drosophila receptors coupled to inhibitory G protein (AlstR). Ten to twelve days after, we performed the dorsal approach of the in situ preparation of rats. The phrenic (PN), abdominal (AbN), hypoglossal (HN) and cervical vagus (cVN) nerves were recorded and analyzed in different phases of the respiratory cycle. Single unit extracellular records of LC neurons were also performed. Respiratory frequency (fR), duration of inspiration (DI) and expiration (DE), active expiration, the magnitude of respiratory modulation and the firing frequency of LC neurons were also evaluated. Selective inhibition of LC NE neurons using Alst did not produce significant changes in the activity of respiratory motor nerves, fR, DI and DE in normocapnia. Inhibition of these neurons before and/or during hypercapnia/acidosis significantly reduced AbN amplitude and its incidence, as well as the inspiratory responses of PN and HN (amplitude) and post-inspiratory activity (glottal adduction) of the cVN. In the absence of active expiration after the inhibition of LC NE neurons, the DI, DE and the pre-inspiratory activity of cVN (glottal abduction) and HN (tongue protrusion) were normalized. The perfusion of Alst in in situ preparations of rats withoutthe expression of the AsltR during hypercapnia/acidosis did not change the pattern of the recorded respiratory motor nerves, the incidence of active expiration, fR, DI and DE. Among the registered LC neurons, we found three populations with different patterns of respiratory modulation and one with tonic activity. Hypercapnia/acidosis increased the magnitude of the respiratory modulation and their firing frequency. These data demonstrate that LC NE neurons exert an important excitatory modulatory role in the central generation of inspiration, active expiration and in the control of upper airway resistance evoked by hypercapnia/acidosis in in situ preparations of rats
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-08052019-145114 |
| Date | 25 February 2019 |
| Creators | Magalhães, Karolyne Silva |
| Contributors | Moraes, Davi José de Almeida |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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