Involvement of glial cells in the modulation of the peripheral chemoreflex neural pathways in the nucleus tractus solitarius of juvenile rats submitted to sustained hypoxia

O quimiorreflexo periférico é ativado por redução da pressão parcial do O2 no sangue arterial (PaO2) e as suas respostas incluem bradicardia (parassimpato-excitação), elevação da pressão arterial (simpato-excitação), taquipneia e expiração ativa. A primeira sinapse das aferências dos quimiorreceptores ocorre na região comissural no núcleo do trato solitário (NTS), um dos principais núcleos do tronco encefálico responsáveis pela integração sensorial e controle cardiorrespiratório. Estudos do nosso laboratório mostraram a participação das células gliais, por meio de mecanismos glutamatérgicos e purinérgicos, na modulação das vias neurais no NTS envolvidas com o controle autonômico e respiratório. Estudos do nosso laboratório também mostraram que, em ratos da linhagem Wistar-Ribeirão Preto (WRP), a hipóxia mantida (HM, FiO2=0,1 por 24 horas) promove hiperatividade simpática, elevação da pressão arterial e aumento da ventilação, além de aumentar a excitabilidade intrínseca e a neurotransmissão excitatória em neurônios do NTS, possivelmente devido a uma disfunção glial no NTS. Na primeira parte do presente estudo, realizamos uma caracterização dos efeitos da HM sobre os padrões cardiovasculares e respiratórios em ratos das linhagens Wistar Hannover (WH) e Sprague Dawley (SD). Os ratos da linhagem SD apresentaram alterações cardiovasculares e respiratórias semelhantes à aquelas observadas em ratos da linhagem WRP, enquanto que os ratos da linhagem WH foram menos sensíveis à essas alterações. Assim, na segunda parte do presente estudo utilizamos a preparação in situ coração-tronco encefálico isolados, a qual permite o registro das atividades de nervos autonômicos e respiratórios, com a finalidade de avaliar o possível envolvimento das células gliais na modulação das vias neurais do quimiorreflexo no NTS comissural em ratos da linhagem SD controles e submetidos à HM. Avaliamos também a participação de mecanismos glutamatérgicos e purinérgicos no processamento das respostas autonômicas e respiratórias do quimiorreflexo no NTS comissural. Para isso, realizamos microinjeções bilaterais de fluorocitratro (FCt, inibidor metabólico das células gliais), KYN (antagonista não-seletivo dos receptores glutamatérgicos ionotrópicos) e PPADS (antagonista dos receptores purinérgicos P2) na região caudal anterior do NTS comissural e realizamos ativações do quimiorreflexo periférico com cianeto de potássio em diversos momentos em uma janela temporal de 60 minutos. As microinjeções de FCt no NTS não promoveram alterações significativas nos padrões autonômicos e respiratórios basais ou nas respostas respiratórias e simpato-excitatória do quimiorreflexo periférico nos ratos controles ou nos ratos HM, porém promoveram uma redução significativa das respostas bradicárdicas após 45 e 60 minutos nos ratos submetidos à HM. Em condições basais, a redução da duração da expiração promovida pelo duplo antagonismo dos receptores glutamatérgicos e purinérgicos no NTS foi menor nos ratos submetidos à HM do que nos ratos controles. De forma semelhante, as microinjeções de FCt atenuaram a redução da duração da expiração promovida pelo duplo antagonismo no NTS dos ratos controles, mas não promoveram redução adicional nos ratos HM. Além disso, a inibição metabólica das células gliais não promoveu efeito adicional ao duplo antagonismo dos receptores glutamatérgicos e purinérgicos no NTS no que diz respeito às respostas autonômicas e respiratórias do quimiorreflexo periférico em ratos controles e ratos HM, as quais foram todas significativamente reduzidas pelo duplo antagonismo no NTS. Os resultados do presente trabalho indicam um papel combinado dos receptores glutamatérgicos e purinérgicos no NTS comissural no processamento das respostas autonômicas e respiratórias do quimiorreflexo em ratos controles e ratos submetidos à HM e um envolvimento das células gliais do NTS na modulação da geração da atividade respiratória basal tanto em ratos controles quanto em ratos HM, bem como na modulação do componente parassimpático do quimiorreflexo em ratos submetidos à HM.The peripheral chemoreflex is activated by a reduction in O2 partial pressure in arterial blood (PaO2) and its responses include bradycardia (parasympathoexcitation), arterial pressure elevation (sympathoexcitation), tachypnea, and active expiration. The first synapse of the chemoreceptor afferents occurs in the commissural region of the nucleus tractus solitarius (NTS), one of the main nuclei in the brainstem responsible for sensory integration and cardiorespiratory control. Studies from our laboratory have shown the participation of glial cells, via glutamatergic and purinergic mechanisms, in the modulation of neural pathways in the NTS involved in autonomic and respiratory control. Studies from our laboratory have also showed that, in rats of the Wistar-Ribeirão Preto strain (WRP), sustained hypoxia (SH, FiO2=0.1 for 24 hours) produces sympathetic overactivity, arterial pressure elevation and increased ventilation, along with increased intrinsic excitability and excitatory neurotransmission in NTS neurons, possibly due to glial dysfunction in the NTS. In the first part of the present study, we performed a characterization of the effects of HM on the cardiovascular and respiratory patterns of rats from the Wistar Hanover (WH) and Sprague Dawley (SD) strains. In response to SH, SD rats showed cardiovascular and respiratory changes similar to those observed in WRP rats, whereas WH rats were less sensitive to these changes. Thus, in the second part of this study we performed in situ working heart-brainstem preparations, which allows recording of autonomic and respiratory motor outputs, to evaluate the possible involvement of glial cells in the modulation of peripheral chemoreflex neural pathways in the commissural NTS of control and SH rats from the SD strain. We also evaluated the participation of glutamatergic and purinergic mechanisms in the processing autonomic and respiratory chemoreflex responses in the commissural NTS. For that, we performed bilateral microinjections of fluorocitrate (FCt, glial cell metabolic inhibitor), KYN (non-selective ionotropic glutamatergic receptor antagonist) and PPADS (P2 purinergic receptor antagonist) into the anterior caudal region of the commissural NTS and performed peripheral chemoreflex activations with potassium cyanide at various time points within a 60-min time window. Microinjections of FCt into the NTS did not produce significant changes in baseline autonomic and respiratory patterns or in respiratory and sympathoexcitatory responses to peripheral chemoreflex activation in control or SH rats, although they produced a significant reduction in bradycardic responses after 45 and 60 minutes in SH-exposed rats. Under baseline conditions, the reduction in expiratory duration produced by the simultaneous antagonism of glutamatergic and purinergic receptors in the NTS was attenuated in HM rats in relation to control rats. Similarly, microinjections of FCt attenuated the reduction in expiratory duration provoked by the simultaneous antagonism of these receptors in the NTS in control rats, but did not produce further reduction in HM rats. Furthermore, metabolic inhibition of glial cells did not produce any additional effect to the simultaneous antagonism of glutamatergic and purinergic receptors in the NTS with respect to the autonomic and respiratory responses to peripheral chemoreflex activation in control and SH rats, which were all significantly reduced by the simultaneous antagonism in the NTS. The results of the present work indicate a combined role of glutamatergic and purinergic receptors in the commissural NTS in processing chemoreflex autonomic and respiratory responses in control and SH rats and an involvement of NTS glial cells in modulating baseline respiratory activity generation in both control and SH rats, as well as in modulating the parasympathetic component of the chemoreflex in SH rats