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Previous issue date: 2017-09-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The Order Gymnotiformes is composed by a group of fishes having, among their main features, the ability of generating and detecting electric gradients in their surrounding environment. This fish group has a Neotropical distribution and uses the Electrogenic and Electrosensory System (EES) to explore its habitat, by means of active electrolocation, as well as to communicate with other electric fishes. Both the production and the detection of electric signals require a neural apparatus that employs some receptors and neurotransmitters widely found in the Central Nervous System of other vertebrates, including humans. We are able to discriminate the species of the Order Gymnotiformes into two great groups, from the type of electric organ (EO) they have: the species with the electric organ derived from muscular cells (miogenic) and the species with an electric organ derived from neural cells (neurogenic). The present thesis aimed at characterizing the modulations of the Electric Organ Discharges (EOD) of representatives of these two main groups of Gymnotiformes, exposed to different concentrations of drugs acting on the central nervous system: diazepam, doxapram and nicotine. We used as animal models some fishes of the species Microsternarchus cf. bilineatus (miogenic EO), and some other from the species Parapteronotus hasemani and Apteronotus nonapartii (neurogenic EO). We analyzed 10 temporal and biophysical parameters extracted from the EOD produced before and after the drugs’ delivery. Data were analyzed with a multiparametric statistical test, Nested ANOVA (Analysis of Variance), when we needed to compare groups taking in consideration all the parameters obtained from the EOD; and uniparametric (ANOVA), when we needed to study the differences within each variable. We observed that not every mathematic parameter extracted from the EOD are informative to evaluate the responses of the fishes to the drugs. The most informative variables are the mean repetition rate (mean rate) and the EOD total duration (EOD duration), which are inversely proportional, for all the studied species. The fishes responded to the drugs distinctly from what we expected (the depressors not necessarily acted reducing their repetition rates, nor the stimulants increasing them), taking to conclusions related to the possible effects of the stress and corticosteroid hormones related to it, which might have their effects increased by the action of the drugs tested. About the uses of Gymnotiformes in bioassays with psychoactive substances, we concluded that these substances change the electrical behavior of the fishes. However, it was not possible to evidence whether such changes corresponded to the activity of these substances on central nervous system structures or resulted from a local activity on the electric organ, or even if they are a consequence of the integrated action of the substances in more than one organic system. Some species of the Order Gymnotiformes, such as Microsternarchus cf. bilineatus, have some features, which make them good animal models for pharmacological studies, as they are of easy acquirement from nature, possibility of keeping a large number of individuals in captivity in simple facilities, they tolerate handling and they produce behavioral data with low invasiveness experiments. However, other species of this group do not have these same characteristics, such as Apteronotus bonapartii and Parapteronotus hasemani. Nonetheless, the Gymnotiformes are difficult to breed in captivity, impairing the acquisition of homogeneous lineages from the genetic perspective. This is even more problematic, when we consider the underestimated genetic diversity of many species of this Order and the possibility of sympatry of distinct lineages or species morphologically identical. / A Ordem Gymnotiformes é composta por um grupo de peixes que tem, dentre as características principais, a capacidade de gerar e detectar gradientes elétricos no ambiente onde vivem. Este grupo tem distribuição neotropical e utiliza o sistema eletrogênico e eletrossensório (SEE) para explorar seu habitat, por meio da eletrolocalização ativa, bem como para comunicar-se com outros peixes elétricos. Tanto a detecção quanto a geração de sinais elétricos requerem um aparato neural que utiliza receptores e neurotransmissores comuns aos encontrados no sistema nervoso central de outros vertebrados, inclusive no homem. Podemos discriminar as espécies da ordem Gymnotiformes em dois grandes grupos, a partir do tipo de órgão elétrico (OE) que
possuem: espécies com órgão elétrico com origem celular muscular (miogênica) e espécies com órgão elétrico de origem celular neural (neurogênica). A presente tese se almejou caracterizar as modulações das descargas do órgão elétrico (DOEs) de representantes desses dois grandes grupos de Gymnotiformes expostos a diferentes concentrações de fármacos que agem no sistema nervoso central, a saber: diazepam, doxapram e nicotina. Utilizamos como modelos animais peixes da espécie Microsternarchus sp. (OE miogênico) e das espécies Parapteronotus hasemani e Apteronotus bonapartii (OE neurogênico). Foram analisados 10 parâmetros temporais e biofísicos extraídos das DOEs geradas antes e depois da administração das drogas. Os dados foram analisados através de teste estatístico multiparamétrico, Nested ANOVA (Analysis of Variance), quando necessário comparar os grupos levando em consideração todos os parâmetros obtidos das DOEs; e uniparamétrico (ANOVA), quando necessário estudar diferenças pontuais de cada variável. Observamos que nem todos os parâmetros matemáticos extraídos das DOEs foram informativos para avaliar as respostas dos peixes aos fármacos. As variáveis mais informativas foram a taxa média de repetição (mean rate) e a duração total da DOE (EOD duration), que são inversamente roporcionais, para todas as espécies estudadas. Os peixes responderam às drogas de modo distinto do esperado. Sob efeito do diazepam, um depressor da atividade do SNC, os Gymnotiformes diminuíram a sua taxa de repetição. Contudo, sob efeito do doxapram, um estimulante da atividade do SNC, os peixes estudados apresentaram o mesmo tipo de resposta, assim como aqueles sob efeito da nicotina, que pode atuar deprimindo ou estimulando a atividade do SNC. Esses achados levaram a considerações relacionadas aos possíveis efeitos do estresse, e hormônios corsticosteróides a ele relacionados, que podem ter tido seus efeitos potencializados pela ação dos fármacos em estudo. A respeito do uso de Gymnotiformes em bioensaios com substâncias psicoativas, concluímos que essas substâncias alteraram o comportamento elétrico dos peixes, mas não foi possível evidenciar se tais mudanças corresponderam à ação dessas substâncias em estruturas do sistema nervoso central ou se resultaram de uma atividade local no órgão elétrico, ou ainda se decorreram de uma ação integrada em mais de um sistema orgânico. Algumas espécies peixes da Ordem Gymnotiformes, como Microsternarchus cf. bilineatus, possuem características que as tornam bons modelos para estudos no campo da farmacologia, como a facilidade de obtenção de espécimes, possibilidade de manutenção de grande número de indivíduos em instalações relativamente simples, são tolerantes ao manuseio e produzem dados comportamentais significativos com experimentos pouco
invasivos. Entretanto, outras espécies do grupo não possuem essas mesmas características, como Apteronotus bonapartii e Parapteronotus hasemani. Os Gymnotiformes, apresentam um gargalo no tocante à dificuldade de reprodução em cativeiro, impedindo a criação de linhagens mais homogêneas do ponto de vista genético. Isso se torna ainda mais problemático, quando se considera a diversidade genética subestimada em diversas espécies da Ordem e a possibilidade de convívio simpátrico de linhagens ou espécies distintas, porém morfologicamente idênticas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:tede/2443 |
| Date | 26 September 2017 |
| Creators | Jesus, Isac Silva de |
| Contributors | Gomes, José Antônio Alves, Feldberg, Eliana |
| Publisher | Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Genética, Conservação e Biologia Evolutiva (GCBEv), INPA, Brasil, Coordenação de Pós Graduação (COPG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPA, instname:Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, instacron:INPA |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | -5829914500254207356, 600, 600, 600, 3806999977129213183, 2075167498588264571 |
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