Glutamatergic and purinergic mechanisms on respiratory modulation in the caudal NTS of awake rats

Braccialli, Alex L.; Bonagamba, Leni Gomes Heck; Machado, Benedito H.

doi:10.1016/j.resp.2008.02.011

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“…The majority of the peripheral chemoreceptor synapses are established in comissural NTS (cNTS) (41), in which L-glutamate plays an important role in the processing of peripheral chemoreflex responses (13,17,28). Moreover, the glutamatergic transmission within the NTS is required for the processing of baroreflexes (37) and Hering-Breuer (9) reflex responses, and microinjections of agonists (6) or antagonists (11,17) of its receptors evoke dramatic changes in the respiratory pattern and its coupling with sympathetic activity.…”

mentioning

confidence: 99%

Chronic intermittent hypoxia alters glutamatergic control of sympathetic and respiratory activities in the commissural NTS of rats

Costa‐Silva

Zoccal

Machado

2012

American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comp

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Costa-Silva JH, Zoccal DB, Machado BH. Chronic intermittent hypoxia alters glutamatergic control of sympathetic and respiratory activities in the commissural NTS of rats. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 302: R785-R793, 2012. First published December 28, 2011 doi:10.1152/ajpregu.00363.2011.-Sympathetic overactivity and altered respiratory control are commonly observed after chronic intermittent hypoxia (CIH) exposure. However, the central mechanisms underlying such neurovegetative dysfunctions remain unclear. Herein, we hypothesized that CIH (6% O2 every 9 min, 8 h/day, 10 days) in juvenile rats alters glutamatergic transmission in the commissural nucleus tractus solitarius (cNTS), a pivotal site for integration of peripheral chemoreceptor inputs. Using an in situ working heart-brain stem preparation, we found that L-glutamate microinjections (1, 3, and 10 mM) into the cNTS of control rats (n ϭ 8) evoked increases in thoracic sympathetic nerve (tSN) and central vagus nerve (cVN) activities combined with inhibition of phrenic nerve (PN) activity. Besides, the ionotropic glutamatergic receptor antagonism with kynurenic acid (KYN; 250 mM) in the cNTS of control group (n ϭ 7) increased PN burst duration and frequency. In the CIH group (n ϭ 10), the magnitude of L-glutamate-induced cVN excitation was smaller, and the PN inhibitory response was blunted (P Ͻ 0.05). In addition, KYN microinjections into the cNTS of CIH rats (n ϭ 9) did not alter PN burst duration and produced smaller increases in its frequency compared with controls. Moreover, KYN microinjections into the cNTS attenuated the sympathoexcitatory response to peripheral chemoreflex activation in control but not in CIH rats (P Ͻ 0.05). These functional CIH-induced alterations were accompanied by a significant 10% increase of N-methyl-D-aspartate receptor 1 (NMDAR1) and glutamate receptor 2/3 (GluR2/3) receptor subunit density in the cNTS (n ϭ 3-8, P Ͻ 0.05), evaluated by Western blot analysis. These data indicate that glutamatergic transmission is altered in the cNTS of CIH rats and may contribute to the sympathetic and respiratory changes observed in this experimental model. nucleus tractus solitarius; glutamatergic neurotransmission; chemoreception ACTIVATION OF PERIPHERAL CHEMORECEPTORS during acute hypoxia provides a powerful excitatory drive to respiratory and sympathetic networks resulting in coordinated respiratory and sympathetic reflex responses (17,21,39). Clinical and experimental studies reported that in conditions of chronic intermittent hypoxia (CIH), such as that observed in patients suffering from obstructive sleep apnea, the long-term and repetitive activation of peripheral chemoreceptors may evoke changes in the control of respiratory activity, excessive sympathetic outflow, and hypertension (24,34,40,45,56). Previously, we demonstrated that rats submitted to CIH exhibited reduction of central vagal postinspiratory activity and enhanced late-expiratory abdominal motor activity, indicating that the central control of expiratory activ...

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mentioning

confidence: 99%

Chronic intermittent hypoxia alters glutamatergic control of sympathetic and respiratory activities in the commissural NTS of rats

Costa‐Silva

Zoccal

Machado

2012

American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comp

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“…Concentrações mais elevadas de PPADS podem certamente antagonizar a transmissão glutamatérgica . No entanto, a dose de PPADS utilizada no presente estudo (5 mM) foi escolhida com base na literatura e a partir de estudos anteriores de nosso grupo (DE PAULA et al, 2004; não altera a resposta respiratória basal desempenhada pelo glutamato (BRACCIALLI et al, 2008). No entanto, não se pode descartar uma interação de glutamato e ATP na modulação da respiração e, portanto, futuros estudos são necessários para melhor avaliar a integração entre ambos neurotransmissores.…”

Section: Considerações Técnicasunclassified

“…Nossos resultados corroboram com estudos em camundongos knockout para os receptores P2X 2 , que mostraram uma depressão respiratória durante hipóxia -MENDONCA et al, 2009;ALVARES et al, 2014;BRACCIALLI et al, 2008;BRAGA et al, 2007; NURSE, 2014;ZHANG et al, 2012).…”

Section: Modelo De Lesão Dos Neurônios C1 Com Anti-d H-saporinaunclassified

“…Apesar do seu papel na geração do ritmo respiratório basal ainda não estar completamente esclarecido, estudos mostram que estes neurônios do GRD apresentam uma importante função modulatória sobre os neurônios respiratórios da ponte e do GRV (BIANCHI et al, 1995;BRACCIALLI et al, 2008;SUBRAMANIAN et al, 2007) (Fig. 1).…”

Section: A Respiraçãounclassified

“…Há evidências emergentes de que os astrócitos são a fonte do componente purinérgico para os neurônios quimiossensíveis do RTN qual reduziu a resposta respiratória frente à hipóxia . Ainda, outros estudos mostram a participação purinérgica na coluna respiratória dorsal e ventral durante a hipóxia (ALVARES et al, 2014;BRACCIALLI et al, 2008;FUNK et al, 2015); no entanto pouco se sabe especificamente da participação do componente purinérgico no RTN no quimiorreflexo periférico. Após a cirurgia encefálica, os ratos receberam uma injeção intramuscular (0,2 ml/rato) de Pentabiótico Veterinário -Pequeno Porte (Fort Dodge Saúde Animal Ltda.)…”

unclassified

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O bloqueio purinérgico no núcleo retrotrapezóide (RTN) atenua as respostas respiratórias promovidas pela ativação dos quimiorreflexos central e periférico em ratos.

Barna¹

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Ao Prof. Dr. Thiago dos Santos Moreira que me agraciou com seus ensinamentos, paciência e tempo para que eu me desenvolvesse profissionalmente em seu laboratório e na vida. À Profa. Dra. Ana Carolina T. Takakura pelo apoio e dedicação ao meu projeto.Ao colaborador e surpevisor Prof. Dr. Daniel K. Mulkey o qual me acolheu em seu laboratório e promoveu minha experiência na pesquisa nos Estados Unidos.Aos Prof. Sara Joyce Shammah-Lagnado e Dr. Martin Andreas Metzger e à Ana Maria P. Campos que sempre foram mestres para mim no auxílio da minha formação, me auxiliando em todas minhas dúvidas.Aos meus pais Gilmar e Vanilda, irmão Bernardo, meu marido Julio e sua família que estiveram comigo em todos os momentos, me incentivando a seguir em frente e me apoiando no que fosse preciso, sem os quais eu jamais teria chegado até aqui.À todos os meus amigos, em especial Ana Paula M. Vivas e Luciene A. T. de Souza, e familiares que perceberam minha ausência em muitos momentos importantes mas sempre me incentivaram a seguir em frente.Aos meus grandes amigos do ICB Izabela Martina R. R. de Toledo, Karina Thieme, Talita M. Silva e Luiz Marcelo Oliveira dos quais me orgulho e me espelho e que estiveram comigo em todos os momentos me animando e dividindo suas experiências.Aos meus colegas do ICB pelas experiências divididas no laboratório, durante as disciplinas e em especial aos cursos de verão, os quais me deram a chance de colocar a prova meus conhecimentos e ter a maravilhosa experiência da docência. A respiração é um processo neural essencial para a homeostasia do organismo humano, o qual regula os níveis de O 2 e CO 2 no sangue. Evidências sugerem que o ATP mediando a sinalização purinérgica no bulbo ventrolateral rostral (RVLM) contribui para o controle quimiorrreceptor central e periférico regulando a pressão arterial e a respiração. Dessa maneira, neurônios do núcleo retrotrapezóide (RTN) agem como quimiorreceptores centrais que em parte respondem ao ATP liberado pelo aumento de CO 2 por meio da ativação de receptores P2 ainda desconhecidos, regulando a respiração, e os neurônios catecolaminérgico C1 regulam as respostas de pressão arterial à ativação dos quimiorreceptores periféricos por um mecanismo dependente de receptor P2Y. No entanto, as potenciais contribuições da sinalização purinérgica, no RTN, na função cardiorrespiratória em animais não anestesiados ainda não foram testadas. Neste estudo mostramos que a injeção unilateral de ATP no RTN promoveu aumento da atividade cardiorrespiratória por um mecanismo dependente de receptores P2. Mostramos também que as injeções bilaterais, no RTN, do bloqueador de receptor P2 não específico (PPADS), mas não de receptores específicos P2Y (MRS2179), reduziu a resposta ventilatória à hipercapnia (7% CO 2 ) e hipóxia (8% O 2 ) em ratos não anestesiados. Além disso, a aplicação da adenosina (ADO) no RTN atenuou o aumento da ventilação induzido por hipercapnia in vivo, bem como o disparo dos neurônios in vitro. Estes resultados demonstram que a sinalização mediada por ATP contribui p...

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Neuromodulation: Purinergic Signaling in Respiratory Control

Funk

2013

Comprehensive Physiology

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The main functions of the respiratory neural network are to produce a coordinated, efficient, rhythmic motor behavior and maintain homeostatic control over blood oxygen and CO2/pH levels. Purinergic (ATP) signaling features prominently in these homeostatic reflexes. The signaling actions of ATP are produced through its binding to a diversity of ionotropic P2X and metabotropic P2Y receptors. However, its net effect on neuronal and network excitability is determined by the interaction between the three limbs of a complex system comprising the signaling actions of ATP at P2Rs, the distribution of multiple ectonucleotidases that differentially metabolize ATP into ADP, AMP, and adenosine (ADO), and the signaling actions of ATP metabolites, especially ADP at P2YRs and ADO at P1Rs. Understanding the significance of purinergic signaling is further complicated by the fact that neurons, glia, and the vasculature differentially express P2 and P1Rs, and that both neurons and glia release ATP. This article reviews at cellular, synaptic, and network levels, current understanding and emerging concepts about the diverse roles played by this three-part signaling system in: mediating the chemosensitivity of respiratory networks to hypoxia and CO2/pH; modulating the activity of rhythm generating networks and inspiratory motoneurons, and; controlling blood flow through the cerebral vasculature.

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Glutamatergic and purinergic mechanisms on respiratory modulation in the caudal NTS of awake rats

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Chronic intermittent hypoxia alters glutamatergic control of sympathetic and respiratory activities in the commissural NTS of rats

Chronic intermittent hypoxia alters glutamatergic control of sympathetic and respiratory activities in the commissural NTS of rats

O bloqueio purinérgico no núcleo retrotrapezóide (RTN) atenua as respostas respiratórias promovidas pela ativação dos quimiorreflexos central e periférico em ratos.

Neuromodulation: Purinergic Signaling in Respiratory Control

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