Guinea Pig Oxygen-Sensing and Carotid Body Functional Properties

Abstract

Mammals have developed different mechanisms to maintain oxygen supply to cells in response to hypoxia. One of those mechanisms, the carotid body (CB) chemoreceptors, is able to detect physiological hypoxia and generate homeostatic reflex responses, mainly ventilatory and cardiovascular. It has been reported that guinea pigs, originally from the Andes, have a reduced ventilatory response to hypoxia compared to other mammals, implying that CB are not completely functional, which has been related to genetically/epigenetically determined poor hypoxia-driven CB reflex. This study was performed to check the guinea pig CB response to hypoxia compared to the well-known rat hypoxic response. These experiments have explored ventilatory parameters breathing different gases mixtures, cardiovascular responses to acute hypoxia, in vitro CB response to hypoxia and other stimuli and isolated guinea pig chemoreceptor cells properties. Our findings show that guinea pigs are hypotensive and have lower arterial pO2 than rats, probably related to a low sympathetic tone and high hemoglobin affinity. Those characteristics could represent a higher tolerance to hypoxic environment than other rodents. We also find that although CB are hypo-functional not showing chronic hypoxia sensitization, a small percentage of isolated carotid body chemoreceptor cells contain tyrosine hydroxylase enzyme and voltage-dependent K+ currents and therefore can be depolarized. However hypoxia does not modify intracellular Ca2+ levels or catecholamine secretion. Guinea pigs are able to hyperventilate only in response to intense acute hypoxic stimulus, but hypercapnic response is similar to rats. Whether other brain areas are also activated by hypoxia in guinea pigs remains to be studied.

Endogenous responses in brain pH andPO2in a rodent model of birth asphyxia

“…The guinea pig is a rodent which has been used in a number of translational studies on BA and other early-life disorders. 54 This species is adapted to life at high altitudes 55,56 and it has precocial neonates, and the developmental stage of their cortex is much more advanced than in the altricial neonatal rat or even a full-term human newborn. 25 Thus, to study further the developmental and inter-species aspects of brain P O 2 responses, we used P6 and P11 rats as well as guinea pigs at P0-2 and compared their brain and body P O 2 responses when exposed to steady 5% or 9% O2 asphyxia for 15 min.…”

Efectos inducidos por la hipoxia crónica intermitente en rata y cobaya como modelos animales de la apnea obstructiva del sueño

“…Previamente, se había observado que los cobayas anestesiados tienen una PO2 en sangre arterial considerablemente baja de 60mmHg 129 . Este hallazgo, comparable a otros valores de PaO2 de 66 a 57mmHg descritos en cobayas despiertos y anestesiados [299][300][301] , no se ve afectado después de la exposición a HCI, con presiones de 64mmHg frente a 65mmHg en controles 288 .…”

“…un aumento de la síntesis de CA en la arteria renal (~40%) 288 . Los cobayas son animales hipotensos en comparación con otros roedores 129,301 , lo cual se ha relacionado con un tono noradrenérgico disminuido y un aumento de la capilaridad en los tejidos periféricos que disminuye las resistencias periféricas. El aumento observado en los niveles de NE plasmáticos podría explicar el aumento de la PAS y de la frecuencia cardíaca presentes en los cobayas después de la exposición a HCI.…”

“…El CC y la MA son tejidos simpático-adrenales con el mismo origen de desarrollo, funcionando como una unidad que origina reflejos cardiorrespiratorios en respuesta a la hipoxia sistémica. El eje funcional CC-MA es esencial para la supervivencia en el ambiente hipóxico y la respuesta más eficiente es la hiperventilación desencadenada por los quimiorreceptores del CC, casi ausentes en los cobayas 129 . Por tanto, planteamos la posibilidad de que las respuestas metabólicas estén aumentadas en el cobaya como resultado de la actividad simpática (Figura 61) y la sensibilidad intrínseca de la MA a la hipoxia, como ocurre en los animales neonatos [323][324][325] .…”

“…En consecuencia, al normalizar la ventilación con el consumo de O2 en ambos grupos, se observa hiperventilación a 10 y 7%O2 en los cobayas antes de la exposición a HCI, mientras que tras la HCI la ventilación a 10%O2 es menor y la del 7%O2 no se modifica. El aumento de la ventilación y la disminución del metabolismo, al respirar 7%O2 tras la HCI, se reflejan en los valores similares para la relación VM/VO2 en ambos grupos de animales288 .La respuesta ventilatoria a la hipercapnia es muy parecida en los cobayas antes y después del tratamiento con HCI y comparable a la observada en la rata129 . Sin embargo, cuando se normaliza la ventilación con el metabolismo (VM/VO2) también se puede observar hipoventilación debido al mayor consumo de oxígeno que se produce después de la exposición a HCI288 .…”