Blood Pressure Regulation by the Rostral Ventrolateral Medulla in Conscious Rats: Effects of Hypoxia, Hypercapnia, Baroreceptor Denervation, and Anesthesia

Abstract

Current understanding of the contribution of C1 neurons to blood pressure (BP) regulation derives predominantly from experiments performed in anesthetized animals or reduced ex vivo preparations. Here, we use ArchaerhodopsinT3.0 (ArchT) loss-of-function optogenetics to explore BP regulation by C1 neurons in intact, unanesthetized rats. Using a lentivirus that expresses ArchT under the Phox2b-activated promoter PRSx8 (PRSx8-ArchT), ϳ65% of transduced neurons were C1 (balance retrotrapezoid nucleus, RTN). Other rats received CaMKII-ArchT3.0 AAV2 (CaMKII-ArchT), which transduced C1 neurons and larger numbers of unidentified glutamatergic and GABAergic cells. Under anesthesia, ArchT photoactivation reduced sympathetic nerve activity and BP and silenced/strongly inhibited most (7/12) putative C1 neurons. In unanesthetized PRSx8-ArchT-treated rats breathing room air, bilateral ArchT photoactivation caused a very small BP reduction that was only slightly larger under hypercapnia (6% FiCO 2 ), but was greatly enhanced during hypoxia (10 and 12% FiO 2 ), after sino-aortic denervation, or during isoflurane anesthesia. The degree of hypotension correlated with percentage of ArchT-transduced C1 neurons. ArchT photoactivation produced similar BP changes in CaMKII-ArchT-treated rats. Photoactivation in PRSX8-ArchT rats reduced breathing frequency (F R ), whereas F R increased in CaMKII-ArchT rats. We conclude that the BP drop elicited by ArchT activation resulted from C1 neuron inhibition and was unrelated to breathing changes. C1 neurons have low activity under normoxia, but their activation is important to BP stability during hypoxia or anesthesia and contributes greatly to the hypertension caused by baroreceptor deafferentation. Finally, C1 neurons are marginally activated by hypercapnia and the large breathing stimulation caused by this stimulus has very little impact on resting BP.

Neurônios catecolaminérgicos do tronco encefálico participam dos ajustes respiratórios induzidos por hipóxia e hipercapnia.

“…quanto da estimulação aguda dos catecolaminérgicos do grupamento C1 (Abbott et al, 2010;Kanbar et al, 2010;Marina et al,2011;Abbott et al, 2012;Burke et al, 2014;Menuet et al, 2017;Wenker et al, 2017). Os primeiros estudos avaliaram os efeitos da ativação seletiva dos neurônios C1 (optogenética) sobre os parâmetros cardiovasculares e demonstraram que a ativação optogenética do grupamento C1 promove um aumento expressivo da pressão arterial e da atividade simpática, tanto em animais anestesiados (Abbott et al, 2010) quanto em animais não anestesiados (Kanbar et al, 2010), reproduzindo os efeitos observados com as técnicas convencionais de estimulação quimíca ou elétrica do RVLM (Abbott et al, 2010;Kanbar et al, 2010).…”

“…Os primeiros estudos avaliaram os efeitos da ativação seletiva dos neurônios C1 (optogenética) sobre os parâmetros cardiovasculares e demonstraram que a ativação optogenética do grupamento C1 promove um aumento expressivo da pressão arterial e da atividade simpática, tanto em animais anestesiados (Abbott et al, 2010) quanto em animais não anestesiados (Kanbar et al, 2010), reproduzindo os efeitos observados com as técnicas convencionais de estimulação quimíca ou elétrica do RVLM (Abbott et al, 2010;Kanbar et al, 2010). Já com os estudos nos quais a inibição seletiva dos neurônios C1 foram avaliadas em animais anestesiados (Marina et al, 2011; 2017) e não anestesiadas (Wenker et al, 2017), foi demonstrado que de fato os neurônios C1…”

“…apresentam uma contribuição modesta no controle tônico da pressão arterial em animais não anestesiados (Wenker et al, 2017), enquanto apresentam uma contribuição expressiva no controle cardiovascular em animais anestesiados (Marina et al, 2011;Wenker et al, 2017).…”

“…Nos estudos prévios, realizados após o desenvolvimento de tecnologias seletiva para o estudo da função dos neurônios C1, essas respostas foram confirmadas (Madden et al, 1999;Madden, Sved 2003;Abbott et al, 2010;Kanbar et al, 2010;Burke et al, 2014;Wenker et al, 2017). A depleção dos neurônios catecolaminérgicos do grupamento C1, por injeções da toxina anti-DβH-SAP no RVLM ou na IML, atenuou os reflexos cardiovasculares promovidos pela ativação/inibição dos barorreceptores e ativação dos quimiorreceptores periféricos, sendo a magnitude de contribuição dos neurônios C1 para o controle reflexo da pressão arterial diretamente relacionada à extensão da lesão (Madden et al, 1999;Madden, Sved, 2003).…”

“…Durante a hipóxia, ocorreu uma pequena atenuação na magnitude da resposta cardiovascular promovida pela fotoestimulação dos neurônios C1, enquanto durante a hipercapnia, poucas alterações foram observadas (Burke et al, 2014). Em um estudo subsequente, no qual foi realizada a inibição dos neurônios C1 durante a hipóxia e hipercpania, foi demonstrado que bloqueio dos neurônios C1 durante a hipóxia promove redução da pressão arterial e da frequência cardíaca, enquanto durante a hipercapnia, ocorre redução da pressão arterial e aumento da frequência cardíaca (Wenker et al, 2017). Além disso, os autores demonstraram que os efeitos cardiovasculares observados na hipóxia são revertidos pela adição de CO2 (Wenker et al, 2017).…”