Caracterização das alterações cardiorrespiratórias induzidas pela hipóxia intermitente aguda e participação dos mecanismos serotoninérgicos da superfície ventral do bulbo

Abstract

A hipóxia intermitente (HI), condição comumente observada em situações patológicas, promove aumentos na atividade simpática e na pressão arterial (PA), bem como elevação persistente na ventilação, por mecanismos ainda não completamente elucidados. No presente estudo, mostramos com detalhes as alterações cardiorrespiratórias induzidas pela HI aguda (HIA; 10 episódios 6-7% O2 por 45 s, intercalados por 5 min de normóxia/hiperóxia) em ratos adultos (290-300 g) não anestesiados ou anestesiados com uretana (1,2 g/Kg, i.p.). Nos animais não anestesiados, a HIA promoveu uma elevação persistente da PA (n=9, P<0,05) associado ao aumento das modulações simpática (n=9, P<0,05) e respiratória (n=9, P<0,05) sobre a PA, obtidas pela análise de variabilidade da PA. Nestes animais também houve redução da frequência respiratória (n=5, P<0,05). Em ratos anestesiados, a HIA resultou em aumento das atividades motoras inspiratória (diafragma-DIA; n=12, P<0,05) e expiratória (abdominais-ABD; n=8, P<0,05). Tanto o aumento na PA e no ABD induzidos pela HIA foram abolidos após a inibição bilateral do núcleo retrotrapezoide (RTN) com muscimol (1mM, 50 nL), indicando importante participação deste núcleo nas alterações cardiorrespiratórias induzida pela HIA. Considerando estudos mostrando envolvimento serotoninérgico no contexto da HIA, verificamos que microinjeções intermitentes (MI) de 5-HT (1mM, 50 nL, com 5 minutos de intervalo) no RTN de animais anestesiados (n=7, P<0,05), induziu aumento significativo e sustentado da atividade ABD (padrão expiratório ativo), por pelo menos 60 min após a última microinjeção, de forma semelhante àquele observado após a HIA. Tal elevação da atividade ABD não foi observada após a realização de MI veículo ou únicas de 5-HT no RTN. O aumento promovido pela MI de 5HT no RTN foi associado a facilitação das respostas ventilatórias à hipercapnia (n=7, P<0,05), sugerindo uma possível sensibilização dos quimiorreceptores centrais localizados no RTN. Ademais, a resposta de ativação expiratória induzida pela MI de 5-HT no RTN foi potencializada após a realização da vagotomia bilateral (n=6, P<0,05), indicando um possível função inibitória das aferências vagais sobre o processamento da resposta ABD ao nível do RTN. Em conjunto, nosso resultados mostram que a HIA, tanto em condições anestesiadas como, principalmente, em condições não anestesiadas, promove facilitação a longo prazo das atividades simpática e motoras inspiratória e expiratória. A ativação intermitente de mecanismos serotoninérgicos no RTN promove alterações do padrão respiratório, com o aparecimento da expiração ativa em condições basais, semelhante aos animais expostos à HIA, associado a potencialização das repostas ventilatórias à hipercapnia. Tais observações sugerem que os mecanismos serotoninérgicos do RTN podem desempenhar função modulatória importante na sensibilização dos quimiorreceptores centrais do RTN, fato que pode contribuir para o aparecimento das alterações cardiorrespiratórias após a exposição à HIA.<br>

Abstract : Intermittent hypoxia (HI), a condition commonly observed in pathological conditions, promotes increases in sympathetic activity and arterial blood pressure (BP) as well as a persistent increase in ventilation, by mechanisms not yet fully elucidated. In the present study, we explored in details the cardiorespiratory changes elicited by acute HI (HIA; 10 episodes 6-7 % O2 for 45 s, interspersed by 5 min of normoxia/hyperoxia) in adult rats (290-300 g) unanesthetized or anesthetized with urethane (1.2 g/kg, ip). In unanesthetized animals, the HIA promoted a sustained raise in BP (n=9 , P <0.05) associated with increased sympathetic (n=9 , P <0.05) and respiratory (n=9 , P < 0 05) modulations on BP, obtained by analyses of BP variability. In these animals, we also observed a reduction in respiratory frequency (n=5 , P <0.05). In anesthetized rats, HIA resulted in increased inspiratory (diaphragm-DIA, n=12 , P<0.05) and expiratory (abdominal-ABD, n=8, P<0.05) motor activities. Both HIA-induced increases of BP and ABD activity were abolished after bilateral inhibition retrotrapezoid nucleus (RTN) with muscimol microinjections (1 mM, 50 nL), suggesting an important role of this nucleus in cardiorespiratory changes induced by HIA. Based on studies showing an important serotonergic role in the scenario of HIA, in another experimental protocol we found that intermittent microinjections (IM) of 5-HT (1 mM, 50 nL) in the RTN of anesthetized animals (n=7, P< 0.05), administered with 5 minutes apart, induced a significant and sustained increase of ABD activity (active expiratory pattern) for at least 60 min after the last microinjection, similar to that observed after HIA. This increase of ABD activity was not observed after single MI of 5-HT or vehicle in the RTN. Importantly, the ABD increase elicited by 5-HT MI in RTN was associated with a facilitation of ventilatory responses to hypercapnia (n=7, P<0.05), suggesting a possible sensitization of central chemoreceptors located in the RTN. In addition, the expiratory motor activation induced by 5-HT MI in the RTN was enhanced after the bilateral vagotomy (n=6, P<0.05), suggesting possible inhibitory role of vagal afferents on the processing of the ABD response to the RTN level. Together, our results show that HIA exposure, in both anesthetized and unanesthetized conditions, elicits long-term facilitations of sympathetic and inspiratory and expiratory motor activities. Furthermore, intermittent activation of serotonergic mechanisms in RTN promotes changes in breathing pattern, with the emergence of active expiration at basal conditions, similarly to animals exposed to HIA, associated with a potentiation of ventilatory responses to hypercapnia. These observations suggest that serotonergic mechanisms RTN may play an important modulatory role in increasing the sensitivity of the RTN central chemoreceptors, which may contribute to the onset of cardiorespiratory alterations induced by HIA.