Efeito da administração aguda de arginina sobre aspectos bioquímicos e comportamentais em ratos adultos

Os erros inatos do metabolismo (EIM) constituem um grupo de doenças genéticas causadas pela deficiência ou ausência de uma proteína, geralmente uma enzima. A hiperargininemia é um erro inato do ciclo da uréia causado pela deficiência de arginase, enzima que converte a arginina em ornitina e uréia. O bloqueio desta reação resulta no acúmulo tecidual e plasmático de arginina e seus metabólitos, os compostos guanidínicos. As manifestações clínicas desta doença diferem substancialmente das demais doenças metabólicas do ciclo da uréia. Seus principais sintomas, que manifestam-se progressivamente, são caracterizados por espasticidade, epilepsia e retardo mental. A correlação entre o metabolismo da arginina e do óxido nítrico ocorre no chamado ciclo arginina-citrulina. A arginina é o substrato para a síntese de óxido nítrico pela ação da enzima óxido nítrico sintetase (ONS). Como os pacientes hiperargininêmicos apresentam altos níveis de arginina no plasma e tecidos, é provável que, devido ao excesso deste substrato, ocorra um aumento na síntese de óxido nítrico. O óxido nítrico em concentrações elevadas está associado à produção de radicais livres, neurotoxicidade e inibição da enzima Na+,K+-ATPase. A Na+,K+-ATPase é uma enzima fundamental ao funcionamento normal do sistema nervoso central (SNC), pois regula a transmissão do impulso nervoso, o volume celular e o transporte de moléculas ligadas ao cotransporte de Na+, tais como aminoácidos, glicose e neurotransmissores. A inibição da atividade da Na+,K+-ATPase nos sítios pré-sinápticos resulta na inibição da recaptação de glutamato, bem como na estimulação de sua liberação. A inibição desta enzima também tem sido associada a diversas neuropatologias. A Na+,K+-ATPase também está envolvida na LTP (long term potentiation – potenciação de longa duração), que é um tipo de neuroplasticidade celular que provoca alterações nas cascatas bioquímicas no SNC, que são, muitas vezes, idênticas àquelas que ocorrem durante o processo de formação da memória. Assim, acredita-se que a LTP seja um dos diversos mecanismos bioquímicos importantes para a formação da memória. Neste estudo investigamos o efeito in vivo da administração aguda de arginina, L-NAME (um potente inibidor da ONS) e a co-administração de Arg + L-NAME sobre a atividade da Na+,K+-ATPase de membrana plasmática sináptica de hipocampo de ratos adultos e sobre testes 6 comportamentais utilizados para avaliar o aprendizado e memória: campo aberto e esquiva inibitória. Os resultados obtidos demonstraram que a arginina inibiu significativamente a atividade da enzima Na+,K+-ATPase de membrana plasmática sináptica de hipocampo de ratos. A administração de L-NAME não alterou a atividade da enzima, mas preveniu a diminuição da atividade da Na+,K+-ATPase causada pela arginina. Nos experimentos de comportamento foram avaliados o aprendizado, a consolidação e a evocação da memória de longa duração pela administração das soluções em três momentos diferentes. A arginina diminuiu o desempenho do teste de esquiva inibitória nos três momentos, o L-NAME isoladamente não alterou o comportamento dos animais, mas quando co-administrado com a arginina aumentou a capacidade de memorização desta tarefa. Estes resultados indicam que a administração de arginina in vivo reduz tanto a atividade da Na+,K+-ATPase como a modulação da memória em ratos, e que isso ocorreu, provavelmente, pelo aumento da síntese de óxido nítrico. Assumindo a possibilidade de que isso possa ocorrer em pacientes com hiperargininemia, os resultados obtidos podem ser relevantes para explicar, pelo menos em parte, a disfunção neurológica associada a essa doença.

Expressão da imunorreatividade à tirosina hidroxilase no hipotálamo de ratos machos adultos submetidos à manipulação neonatal

A estimulação neonatal tem sido utilizada como modelo experimental para examinar os mecanismos pelos quais variações precoces do ambiente do animal afetam o desenvolvimento de sistemas neurais, dando origem a alterações comportamentais e endócrinas estáveis. A estimulação neonatal consiste na manipulação dos animais por alguns minutos diariamente durante os primeiros dias de vida. Esse procedimento provoca, na vida adulta, uma série de alterações comportamentais e endócrinas que se caracterizam pela diminuição do medo a ambientes novos e uma resposta menos acentuada da secreção de glicocorticóides pela supra-renal quando os animais são expostos a estímulos estressantes. A dopamina é um neurotransmissor que atua no sistema nervoso central, onde está envolvida na integração de vários aspectos da função neuroendócrina, como, por exemplo, um regulador na secreção de prolactina e do hormônio liberador de corticotrofina. O objetivo do presente estudo foi investigar o papel da manipulação neonatal sobre o sistema dopaminérgico através da quantificação de neurônios contendo tirosina hidroxilase, a enzima inicial e limitante da síntese de catacolaminas, em núcleos hipotalâmicos. Ratos machos Wistar foram divididos em dois grupos. Um grupo foi submetido à manipulação por um minuto, uma vez por dia, durante os dez primeiros dias de vida (grupo manipulado) e outro grupo não sofreu manipulação (grupo não-manipulado, controle). Aos 75-80 dias, os animais foram anestesiados, perfundidos e os cérebros processados para a detecção imunohistoquímica da tirosina hidroxilase. Foi utilizado um anticorpo monoclonal contra tirosina hidroxilase e o método indireto avidina-biotina-peroxidase. A quantificação da expressão da tirosina hidroxilase consistiu na contagem dos neurônios imunorreativos à tirosina hidroxilase nos núcleos arqueado, paraventricular e periventricular do hipotálamo em cada indivíduo. A média ± EPM do número de neurônios positivos para tirosina hidroxilase de todos os indivíduos foi comparada entre os grupos manipulado e não-manipulado através do teste t de Student. Não houve diferença significativa no número de neurônios imunorreativos à tirosina hidroxilase nos núcleos arqueado, paraventricular e periventricular do hipotálamo de ratos machos adultos entre os animais do grupo manipulado e controle não-manipulado. O estudo mostrou que a manipulação neonatal não se constituiu num estímulo suficiente para promover alterações no número de neurônios imunorreativos à tirosina hidroxilase nos núcleos arqueado, paraventricular e periventricular do hipotálamo de ratos machos adultos.

Influências ligadas ao sexo e a sazonalidade sobre a gliconeogênese renal em ratos submetidos ao jejum

A via gliconeogênica é uma via central no estudo dos processos biossintéticos celulares que, nos tecidos animais, leva à formação de glicose partindo de precursores não-carboidratos. Muitos estudos têm evidenciado que os rins aumentam a contribuição para a liberação de glicose na circulação durante períodos de jejum. Porém, são poucos os trabalhos que investigam este importante processo fisiológico em outras condições. Por isso, o objetivo deste trabalho foi avaliar as influências sazonais e ligadas ao sexo sobre a via gliconeogênica renal em animais submetidos ao jejum prolongado. Os rins de ratos foram excisados, fatiados e divididos em duas regiões, cortical e medular. Incubou-se estas amostras separadamente em solução fisiológica acrescida com 0,2 µCi de 14C-Ácido Lático ou 14C-Glicerol. A 14C-Glicose foi quantificada por meio de cromatografia em camada delgada e expressa em mmoles/g tecido/hora. Para avaliar a influência sazonal, os experimentos foram realizados em dois períodos do ano, no inverno e no verão e a atividade gliconeogênica demonstrada foi diferente entre as duas estações. No inverno, a gliconeogênese renal de ratos-controle foi significativamente menor do que no verão. Além disso, os animais submetidos a 48 horas e 72 horas de jejum apresentaram um decréscimo na gliconeogênese quando comparados ao grupo controle. Já durante um período maior de jejum, às 120 horas, a atividade gliconeogênica aumentou e foi semelhante entre as duas estações. Vários aspectos poderiam estar influenciando estas diferenças, tais como o metabolismo basal e a variação hormonal e enzimática sobre a via. Neste trabalho, também verificou-se que a gliconeogênese renal apresentou diferenças entre ratos machos e fêmeas. Os resultados demonstraram que a formação de glicose a partir de lactato marcado nas fêmeas foi significativamente maior do que nos machos. Provavelmente, estas diferenças no perfil gliconeogênico entre ratos machos e fêmeas poderiam ser atribuídas em grande parte a variação hormonal e ao conjunto de fatores interligados a esta variação. Assim, este trabalho contribuiu para o esclarecimento de algumas questões ainda não investigadas na literatura, como a importância da variação sazonal e ligada ao sexo sobre a via gliconeogênica nos rins de ratos submetidos ao jejum.

Efeitos da desnutrição protéica sobre o metabolismo cerebral e sistemas glutamatérgico e GABAérgico sob condições de excitotoxicidade em SNC de ratos wistar

Para um adequado funcionamento do SNC, são necessárias complexas interações entre os sistemas de neurotransmissão inibitório e excitatório. Desequilíbrios nos sistemas, e/ou na sua interação, podem acarretar comprometimentos neuropsiquiátricos. Várias etapas do desenvolvimento ontogenético cerebral, incluindo proliferação e migração neuronal, crescimento cerebral e mielinização, astrocitogênese e morte celular programada, são alteradas pela desnutrição protéica. Alterações no sistema glutamatérgico decorrentes de desnutrição, padrões de desenvolvimento afetados no sistema GABAérgico como a atividade da glutamato descarboxilase (GAD) e mRNA de subunidades de receptores GABAA , alterações nas reações a fármacos envolvendo o sistema GABAérgico, além de estudos epidemiológicos que apontam para a maior incidência de doenças neuropsiquiátricas em populações desnutridas precocemente e, ainda, os transtornos nas complexas interações entre células neuronais e gliais, que acompanham o desenvolvimento destas patologias, levantam questionamentos sobre as implicações da desnutrição sobre o metabolismo cerebral e parâmetros inibitórios e excitatórios sob condições de excitotoxicidade. Considerando estes aspectos, investigou-se a sensibilidade a drogas convulsivantes agindo sobre os sistemas glutamatérgico (ácido quinolínico) e GABAérgico (picrotoxina), assim como se procurou detectar interferências provocadas pela desnutrição protéica gestacional e pós-natal, e/ou drogas em um dos parâmetros, que, além da biossíntese, liberação, interação com receptores, determina uma neurotransmissão eficiente, qual seja: na inativação dos dois principais neurotransmissores excitatório e inibitório, glutamato e GABA, respectivamente, por meio da captação mediada por transportadores localizados nas membranas neuronais e gliais de córtex e hipocampo de ratos em desenvolvimento, assim como parâmetros ontogenéticos ligados ao transporte de GABA. A sensibilidade à picrotoxina foi avaliada ainda segundo parâmetros metabólicos, envolvendo o metabolismo da glicose e do acetato, procurando detectar interações neurônio-glia na resposta à droga, assim como a ocorrência de peroxidação lipídica, dado o seu envolvimento no processo convulsivante. Considerando que o acetato é metabolizado predominantemente pelos astrócitos, células que têm importante papel no fluxo de substratos energéticos aos neurônios, a sua oxidação foi avaliada em fatias de córtex cerebral de ratos adultos, frente a diferentes concentrações extracelulares de potássio. A desnutrição acarretou menor sensibilidade à ação convulsivante do ácido quinolínico, em ratos de 25 dias de idade, excluindo alterações na captação de glutamato como mecanismo envolvido, uma vez que este parâmetro não foi afetado pela desnutrição e/ou droga. Contrariamente, a desnutrição induziu maior sensibilidade à ação convulsivante da picrotoxina, em ratos de 25 dias, o que pode estar relacionado à maior captação de GABA por fatias de córtex cerebral e hipocampo evidenciadas no grupo desnutrido. A desnutrição alterou o perfil ontogenético da captação de GABA por fatias de córtex cerebral e também o perfil inibitório da β-alanina (inibidor de GAT-3), dando suporte à hipótese de que a maior captação de GABA em ratos desnutridos em desenvolvimento seja devida predominantemente a este transportador. A maior sensibilidade à picrotoxina no grupo desnutrido também foi evidenciada pelo maior estímulo à oxidação da glicose em fatias de córtex cerebral (que também é idade dependente) e peroxidação lipídica. Enquanto em ratos imaturos a administração de uma única dose de picrotoxina mostrou a maior susceptibilidade de ratos desnutridos, no procedimento de “kindling” químico pela picrotoxina em ratos em desenvolvimento, a susceptibilidade mostrou-se sexo e tratamento nutricional dependente. A picrotoxina estimulou a oxidação do acetato a CO2, mas não a da glicose em período precoce pós picrotoxina (24 horas) em fatias de córtex e hipocampo de ratos de 25 dias, indicando o envolvimento astrocitário na resposta ao agente convulsivante, independente do tratamento nutricional. A administração crônica de picrotoxina acarretou estímulo à oxidação da glicose em fatias de córtex de ratos desnutridos, mostrando efeito tempo e tratamento nutricional-dependente sobre o metabolismo da glicose, sem alteração da oxidação do acetato. Altas concentrações de potássio extracelular aumentaram a oxidação do acetato em fatias de córtex cerebral, em função da redução intracelular de sódio em ratos controle e desnutridos adultos; o agravamento do déficit nutricional exacerbou a oxidação do acetato em fatias de cerebelo. A desnutrição pré e pós-natal afeta respostas envolvendo os sistemas GABAérgico e glutamatérgico em situações de excitotoxicidade, provocada por antagonista de receptor GABAA, picrotoxina e por hiperestimulador do sistema glutamatérgico, ácido quinolínico, em ratos em desenvolvimento, assim como parâmetros ontogenéticos ligados ao transporte de GABA. A severidade da restrição nutricional é fator determinante da exacerbação do estímulo à oxidação do acetato. Além do mais, a desnutrição parece afetar a interação neurônio-glia em condições de excitotoxicidade.

Intervenções no sistema adenosinérgico : avaliação de aspectos neuroquímicos, locomotores e nociceptivos

A adenosina está presente em todos os tipos celulares exercendo um papel homeostático. Em sistema nervoso central e periférico seu papel neuromodulador é observado. A presença de adenosina no meio extracelular permite a ativação de receptores adenosinérgicos específicos, classificados em: A1, A2A, A2B e A3. A ativação dos receptores A1 e A2A, receptores de alta afinidade, está diretamente envolvida com o papel neuromodulador, visto que a sua ativação produz inibição e facilitação da liberação de neurotransmissores, respectivamente. A seleção de qual receptor será ativado, visto que exibem co-expressão em muitas regiões neurais, pode ser feita de acordo com os sítios de liberação ou produção de adenosina extracelular. Desta forma, receptores A1 seriam preferencialmente ativados pela adenosina liberada através dos transportadores bidirecionais de nucleosídeos e os receptores A2A preferencialmente ativados pela adenosina proveniente da degradação do ATP realizada por uma cascata enzimática. A hidrólise de ATP a adenosina é realizada pelas enzimas ectonucleosídeo trifosfato difosfoidrolases e ecto-5’-nucleotidase. Em ratos, a ativação do sistema adenosinérgico exerce seus efeitos neuromoduladores desde fases iniciais de desenvolvimento embrionário, alcançando o padrão adulto mesmo antes do nascimento. A ativação de receptores de adenosina na fase fetal e neonatal foi demonstrada ter como conseqüência o retardo no desenvolvimento global dos animais, bem como, ventriculomegalia e perda de massa cerebral branca. Esta informação levanta a questão da suscetibilidade do cérebro imaturo a certas drogas, tais como a cafeína. A cafeína é uma metilxantina com efeitos estimulantes, a qual exibe como base para seus efeitos o bloqueio inespecífico dos receptores de adenosina. No presente estudo, avaliou-se o efeito da administração de cafeína em diversos parâmetros. A administração aguda de cafeína, mas não a crônica, em ratos adultos foi capaz de alterar significativamente as atividades de hidrólise de ATP no hipocampo e de ADP no estriado. Este resultado poderia estar relacionado com a capacidade plástica do sistema adenosinérgico em restabelecer seu tônus em ratos adultos tratados cronicamente com cafeína. Além disto, verificou-se que a ação direta da cafeína afetou a produção de adenosina. A administração crônica de cafeína na água de beber de ratas mães durante a fase gestacional e lactacional alterou o padrão de hiperlocomoção induzido por MK-801, um antagonista de receptores NMDA glutamatérgicos, nos ratos filhotes aos 21 dias de vida, mesmo quando o acesso a cafeína foi retirado sete dias antes do teste. Além disto, o mesmo tratamento não alterou o limiar de dor de filhotes aos 14 e 50 dias de vida, bem como a analgesia induzida nestes animais aos 50 dias. Entretanto, quando os animais ainda recebiam cafeína no dia do teste, foi observado efeito analgésico somente nos ratos de 14 dias. A análise dos efeitos do tratamento sobre a degradação de acetilcolina e sobre a degradação de nucleotídeos em hipocampo de ratos jovens demonstrou que ambas as atividades foram alteradas. O conjunto de resultados desta tese indica que a intervenção no sistema adenosinérgico durante as fases gestacional e neonatal é capaz de desenvolver adaptações, provavelmente relacionadas ao aumento da expressão de receptores para adenosina, na tentativa de restabelecer o controle modulador adenosinérgico, considerada a importância dos sistemas avaliados para a manutenção do organismo.

Amígdala medial póstero-ventral : caracterização ultra-estrutural e volume somático neuronal em ratos machos e fêmeas ao longo do ciclo estral

A amígdala medial póstero-ventral (MePV) é uma estrutura encefálica onde os hormônios gonadais têm um efeito neurotrófico nos ratos. Os objetivos deste trabalho foram: 1) estimar e comparar o volume somático neuronal da MePV de machos (n=5) e fêmeas nas fases de diestro, proestro e estro (n=5 em cada fase) do ciclo ovariano, além de avaliar o possível efeito na lateralidade em ambos os hemisférios cerebrais. Para tanto utilizou-se a reconstrução estereológica de cortes seriados. 2) Caracterizar os aspectos ultra-estruturais neuronais e descrever a ultra-estrutura dos contatos sinápticos nas diferentes porções de tais células (dendritos, espinhos dendríticos, soma e axônio) da mesma região de ratos machos (n=8) e fêmeas em diestro (n=8). Todos os animais foram manipulados de acordo com os procedimentos éticos, anestesiados e perfundidos por via transcardíaca, tendo seus encéfalos sido removidos, pós-fixados e processados para a microscopia eletrônica. No primeiro experimento, as estimativas do volume somático médio de neurônios da MePV esquerda e direita foram realizadas usando-se o método de Cavalieri associado à técnica de contagem de pontos. Os dados foram comparados entre os grupos usando-se o teste de análise de variância (ANOVA) de duas vias para medidas repetidas e pelo teste post-hoc das mínimas diferenças significativas. O nível de significância estatística foi estabelecido em p < 0,05. A análise estatística dos dados mostrou que houve uma diferença no volume somático da MePV entre os grupos experimentais, machos, fêmeas em diestro, proestro e estro [F(3,16) = 3,42; p = 0,043], mas não houve diferença quanto à lateralidade [F(1,16) = 0,19; p = 0,668] nem na interação entre grupos e lateralidade [F(3,16) = 0,99; p = 0,421]. As comparações post-hoc mostraram que a média do volume dos machos não diferem quando comparados com fêmeas em diestro (p > 0,05), mas foi significativamente maior do que em fêmeas em proestro e em estro (p < 0,05 em ambos os casos). Quando foram comparadas as médias do volume somático da MePV nas diferentes fases do ciclo estral das fêmeas, não houve diferença significativa entre esses todos (p > 0,05). No segundo experimento, secções ultrafinas (70-80 nm) foram analisadas e a ultra-estrutura da MePV descrita. No neuropilo da MePV de machos e fêmeas em diestro, neurônios e suas organelas, dendritos com e sem espinho, processos axonais, feixes axônicos não-mielinizados e poucos axônios mielinizados, processos gliais e vasos sangüíneos foram identificados. Além disso, foram observadas sinapses axo-dendríticas supostamente excitatórias com suas regiões pré-sinápticas contendo vesículas claras arredondadas com algumas achatadas e outras de centro denso. Os dendritos algumas vezes recebem vários terminais axonais sobre um mesmo ramo e axônios contatando com mais de uma estrutura pós-sináptica também foram observados. Os espinhos dendríticos apresentavam diferentes morfologias e geralmente recebiam um único contato sináptico, ainda que se tenha observado espinhos com mais de um terminal em aposição a sua membrana. Sinapses simétricas supostamente inibitórias também foram observadas e geralmente no soma neuronal. Os presentes resultados demonstram que: 1) o volume somático neuronal é um parâmetro sexualmente dimórfico na MePV, sendo maior em machos do que em fêmeas em proestro e estro, mas não em fêmeas em diestro. 2) para evidenciar portanto, os efeitos dos hormônios gonadais nos neurônios da MePV é relevante considerar os estágios do ciclo estral das ratas. 3) o volume somático neuronal não mostrou lateralidade nem interação entre os grupos e lateralidade. 4) as peculiaridades nucleares e citoplasmáticas dos neurônios da MePV de ratos machos e fêmeas em diestro não diferem entre si e são semelhantes àquelas de outras áreas encefálicas. 5) espinhos dendríticos formam somente sinapses assimétricas (tipo I), aparentemente excitatórias, e podem ter mais de um contato sináptico. 6) sinapses simétricas (tipo II), aparentemente inibitórias, ocorrem somente sobre ramos dendríticos proximais e somas neuronais. 7) os terminais axonais formando sinapses foram observadas vesículas claras arredondadas e algumas achatadas e ocasionalmente algumas de centro denso. 8) aparentemente as fêmeas apresentaram maior quantidade de vesículas de centro denso do que em machos. O presente trabalho acrescenta novos achados que são importantes para o estudo da organização celular e sináptica da MePV e que podem se associar a outros dados morfológicos previamente descritos na literatura de modo a aumentar a compreensão que se tem a respeito da atividade funcional dessa área do encéfalo de ratos machos e fêmeas, ainda pouco explorada.