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Previous issue date: 2016-08-05 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / The exposure to periods of hypoxemia and reoxygenation, as observed in patients with
obstructive sleep apnea (OSA), promotes compensatory increases in ventilation, sympathetic activity and blood pressure (BP), by mechanisms not fully understood. In the present study, we investigated the central mechanisms responsible for the cardiorespiratory changes induced by acute intermittent hypoxia (AIH; 10 episodes of 6-7% O2 for 45 sec, every 5 min hyperoxia) either in adult male rats (270-280 g) anesthetized with urethane (1.2 g / kg, ip) or in in situ working heart-brainstem preparations of juvenile male rats (65-75 g). In in situ preparations, the AIH promoted long-term facilitation (LTF), of at least 1 hour, in the phrenic nerve (PN), abdominal (AbN) and thoracic sympathetic (tSN) activities (n=9, P<0.05). In these animals, we observed that the increase in tSN activity induced by AIH occurred during the late part of expiratory period, namely late-expiratory (late-E) phase, coupled with the emergence of late-E bursts in AbN activity. Considering studies showing the role of serotonin (5-HT) as the mediator of cardiorespiratory changes elicited by AIH, we verified that ketanserin (5-HT2 antagonist) microinjections in the RTN/pFRG in anesthetized rats, during AIH exposure, prevented the increase in abdominal motor activity (ABD) evoked by AIH (n=5, P<0.05), indicating the involvement of 5-HT2 receptor of RTN/pFRG in the generation of active expiration induced by AIH. We also showed that repeated activation of 5-HT2 receptors (3x every 5 min) in the RTN/pFRG of in situ preparation, using DOI, promoted LTF of the PN, AbN and tSN activities (n=9, P<0.05). Interestingly, the increase in the late-E AbN activity induced by DOI in the RTN/pFRG was critical for the development of sympathetic
overactivity during late-E phase (n=9, P<0.05), similarly to the pattern observed in in situ
preparations subjected to AIH. Microinjections of vehicle in the RTN/pFRG did not change
PN, AbN and tSN activities. The increase in respiratory and sympathetic activities promoted by DOI microinjection in the RTN/pFRG was associated to sensitization/facilitation of CO2- drive to breath, since the exposure to hypocapnia eliminated the respiratory activity in control in situ preparation, but not in preparation that received DOI into the RTN/pFRG (n=9, P<0.05). Furthermore, we verified that the DOI-induced sensitization in the RTN/pFRG, which was determinant for the development of respiratory and sympathetic LTF, also depended on glutamatergic neurotransmission in the RTN/pFRG (n=9, P<0.05), because microinjections of kynurenic acid (glutamate receptor antagonist) were able to eliminate the respiratory and sympathetic LTF. Indeed, we found that glutamatergic neurotransmission of the RTN/pFRG is essential for the generation of active expiration, since kynurenic microinjections in the RTN/pFRFG of control in situ preparations abolished the late-E bursts in AbN and tSN induced by hypercapnia. Altogether, our data indicate that interactions between serotonergic and glutamatergic mechanisms in the RTN/pFRG is an essential mechanism for the occurrence of active expiration and late-E sympathetic overactivity after AIH exposure. Moreover, our findings suggest that the activation of 5-HT2 receptors in the RTN/pFRG modulates the excitation of central chemoreceptors of this area, through sensitization/facilitation of glutamatergic mechanisms. / A exposição a episódios de hipoxemia seguido de reoxigenação, como observado na apneia
obstrutiva do sono (AOS), promove aumentos compensatórios na ventilação, na atividade
simpática e na pressão arterial (PA), por mecanismos ainda não completamente elucidados.
No presente estudo, exploramos os mecanismos centrais envolvidos nas alterações
cardiorrespiratórias induzidas pela hipóxia intermitente aguda (HIA; 10 episódios 6-7% O2
por 45 s, a cada 5 min de hiperóxia) em ratos adultos (270-280 g) anestesiados com uretana
(1,2 g/Kg, i.p.) e ratos jovens (65-75 g) na preparação in situ coração-tronco cerebral isolados.
Em preparações in situ, a HIA promoveu uma facilitação a longo prazo (LTF), com duração
de, pelo menos, 1 hora, nas atividades dos nervos frênico (PN), abdominal (AbN) e simpático
torácico (tSN) (n=9, P<0,05). Nestes animais, observamos que o aumento da atividade tSN
ocorreu, preferencialmente, durante a fase final do ciclo expiratório, denominada de fase E-
tardia. Tal aumento da atividade simpática induzido pela HIA mostrou-se associada ao
aparecimento de disparos E-tardios na atividade AbN (padrão de expiração ativa).
Considerando estudos que envolvem a participação da serotonina (5-HT) como mediador das
alterações cardiorrespiratórias induzidas pela HIA, verificamos em ratos anestesiados que
microinjeções de ketanserina (antagonista 5-HT2) no RTN/pFRG, durante HIA, preveniram o
aumento da atividade motora abdominal (ABD) evocado pela HIA (n=5, P<0,05), indicando a
participação dos receptores 5-HT2 do RTN/pFRG na geração de expiração ativa induzida pela
HIA. Mostramos também que a ativação repetida dos receptores 5-HT2 (3x a cada 5 min) no
RTN/pFRG, com o agonista DOI, promoveram LTF nas atividades PN, AbN e tSN (n=9,
P<0,05) em preparações in situ. Interessantemente, o aumento da atividade E-tardia AbN,
induzido por DOI no RTN/pFRG, foi determinante para o desenvolvimento de hiperatividade
simpática na fase expiratória E-tardia (n=9, P<0,05), semelhante àquela observada em
preparações in situ submetidas à HIA. Tal elevação das atividades PN, AbN e tSN não foram
observadas após a realização de microinjeção veículo no RTN/pFRG. O aumento nas
atividades respiratórias e simpática promovidas pela microinjeção de DOI no RTN/pFRG foi
associado a sensibilização/facilitação da atividade respiratória dependente de CO 2, uma vez
que a redução do drive respiratório, por meio da exposição à hipocapnia, aboliu a atividade
respiratória em preparações in situ controle, mas não em preparações que receberam
microinjeções de DOI (n=9, P<0,05). Ademais, mostramos que a sensibilização induzida por
DOI no RTN/pFRG, na qual resulta no LTF das atividades respiratória e simpática, dependem
da neurotransmissão glutamatérgica também no RTN/pFRG (n=9, P<0,05), uma vez que
microinjeções de ácido quinurênico (antagonista dos receptores glutamatérgicos) foram
capazes de reverter o LTF respiratório e simpático. De fato, a neurotransmissão
glutamatérgica é essencial para a geração do padrão expiratório, em resposta à hipercapnia,
uma vez que o microinjeções de ácido quinurênico no RTN/pFRG de ratos controle, durante a
exposição à hipercapnia, elimina os disparos E-tardios na atividade simpática e abdominal de
preparações in situ. Em conjunto, nossos resultados sugerem uma interação importante entre
os mecanismos serotoninérgicos e glutamatérgicos no RTN/pFRG, na qual parece ser
determinante para o aparecimento do padrão de expiração ativa e aumento da atividade
simpática após à exposição à HIA. Nossos dados sugerem que a ativação dos receptores 5-
HT2 do RTN/pFRG modula a excitação das células quimiossensíveis desta região, mediante
facilitação de mecanismos glutamatérgicos. / FAPESP: 2014/06.976-2; 2013/17.251-6 / CNPq: 478640/2013-7
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8288 |
| Date | 05 August 2016 |
| Creators | Lemes, Eduardo Vieira |
| Contributors | Zoccal, Daniel Breseghello |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ciências Fisiológicas, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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