Caracterização da função do monóxido de azoto e glutationo hepáticos na sensabilidade periférica à insulina

xi RESUMO A acção da insulina no músculo esquelético depende de um reflexo parassimpático hepático que conduz à libertação de uma substância hepática sensibilizadora da insulina, designada por HISS, responsável por cerca de 55% do efeito hipoglicemiante da insulina. A acção da HISS é finamente regulada pelo monóxido de azoto (NO) hepático e pelo estado prandial, aumentando no período pós-prandial imediato e diminuindo progressivamente com as horas de jejum. A secreção da HISS pode ser inibida cirúrgica ou farmacologicamente, quer por desnervação selectiva do plexo anterior hepático, quer por administração de atropina, quer por inibição do sintase do NO (NOS) hepático. O objectivo geral do trabalho apresentado nesta dissertação foi a caracterização da via de transdução de sinal que conduz à libertação da HISS. O modelo utilizado neste estudo foi o rato Wistar. A sensibilidade à insulina foi avaliada através do teste rápido de sensibilidade à insulina (RIST). A primeira hipótese de trabalho testada foi que a sequência de eventos que conduzem à secreção da HISS inicia-se com a activação do sistema parassimpático hepático seguida de activação do NOS hepático com subsequente produção de NO e activação do guanilato ciclase (GC). Observou-se que a administração de um dador de NO reverteu a resistência à insulina induzida, quer por inibição do NOS hepático, quer por antagonismo dos receptores muscarínicos com atropina. Em contraste, a resistência à insulina produzida por inibição do NOS hepático não foi revertida por administração intraportal de acetilcolina (ACh). Constatou-se que a inibição do GC hepático diminuiu a sensibilidade à insulina. Estes resultados sugerem que: a ACh libertada no fígado induz a síntese de NO hepático que conduz à libertação da HISS, que por sua vez é modulada pelo GC hepático. A libertação da HISS em resposta à insulina é regulada pelo estado prandial. Uma vez que os níveis hepáticos de glutationo (GSH) se encontram, tal como a HISS, diminuídos no estado de jejum e aumentados após a ingestão de uma refeição, testou-se a hipótese de que o GSH hepático está envolvido na secreção da HISS. Observou-se que a depleção do GSH hepático induziu resistência à insulina, comparável à obtida após inibição do NOS hepático. Estes resultados suportam a hipótese de que o GSH hepático desempenha um papel crítico na acção periférica da insulina. Considerando que, no estado de jejum, tanto os níveis de GSH hepático como os níveis de NO hepático são baixos, testou-se a hipótese de que a co-administração intraportal de um dador de GSH e de um dador de NO promove um aumento da sensibilidade à insulina no estado de jejum, devido ao restabelecimento do mecanismo da HISS. Observou-se que a administração sequencial de dadores de GSH e de NO no fígado provocou um aumento na sensibilidade à insulina, dependente da dose de dador de GSH administrada. Concluiu-se portanto que ambos, GSH e NO, são essenciais para que o mecanismo da HISS esteja completamente funcional. O GSH e o NO reagem para formar um S-nitrosotiol, o S-nitrosoglutationo (GSNO). Os resultados supra-mencionados conduziram à formulação da hipótese de que a secreção/acção da HISS depende da formação de GSNO. Observou-se que a administração intravenosa de S-nitrosotióis (RSNOs) aumentou a sensibilidade à insulina, em animais submetidos a um período de jejum, ao contrário da administração intraportal destes fármacos, o que RSNOs têm uma acção periférica, mas não hepática, na sensibilidade à insulina. Os resultados obtidos conduziram à reformulação da hipótese da HISS, sugerindo que a ingestão de uma refeição activa os nervos parassimpáticos hepáticos levando à libertação de ACh no fígado que, por sua vez activa o NOS. Simultaneamente, ocorre um aumento dos níveis de GSH hepático que reage com o NO hepático para formar um composto nitrosado, o GSNO. Este composto mimetiza a acção hipoglicemiante da HISS no músculo esquelético. SUMMARY Insulin action at the skeletal muscle depends on a hepatic parasympathetic reflex that promotes the release of a hepatic insulin sensitizing substance (HISS) from the liver, which contributes 55% to total insulin action. HISS action is modulated by hepatic nitric oxide (NO) and also by the prandial status so as to, in the immediate ostprandial state, HISS action is maximal, decreasing with the duration of fasting. HISS secretion may be inhibited by interruption of the hepatic parasympathetic reflex, achieved either by surgical denervation of the liver or by cholinergic blockade with atropine, or by prevention of hepatic NO release, using NO synthase (NOS) antagonists. The main objective of this work was to characterize the signal transduction pathways that lead to HISS secretion by the liver. Wistar rats were used and insulin sensitivity was evaluated using the rapid insulin sensitivity test (RIST). The first hypothesis tested was that the sequence of events that lead to HISS secretion starts with an increase in the hepatic parasympathetic tone, followed by the activation of hepatic NOS and subsequent triggering of guanylate cyclase (GC). We observed that insulin resistance produced either by muscarinic receptor antagonism with atropine or by hepatic NOS inhibition was reversed by the intraportal administration of an NO donor. In contrast, intraportal acetylcholine (ACh) did not restore insulin sensitivity after NOS inhibition. We also observed that GC inhibition lead to a decrease in insulin sensitivity.These results suggest that the release of ACh in the liver activates hepatic NO synthesis in order to allow HISS secretion, through a signaling pathway modulated by GC. HISS release in response to insulin is controlled by the prandial status. The second hypothesis tested was that glutathione (GSH) is involved in HISS secretion since the hepatic levels of GSH are, like HISS action, decreased in the fasted state and increased after ingestion of a meal. We observed that hepatic GSH depletion led to insulin resistance of the same magnitude of that observed after inhibition of hepatic NOS. These results support the hypothesis that hepatic GSH is crucial in peripheral insulin action. Since, in the fasted state, both hepatic GSH and NO levels are low, we tested the hypothesis that intraportal o-administration of a GSH donor and an NO donor enhances insulin sensitivity in fasted Wistar rats, by restoring HISS secretion. We observed that GSH and NO increased insulin sensitivity in a GSH dose-dependent manner. We concluded that HISS secretion requires elevated levels of both GSH and NO in the liver. GSH and NO react to form a S-nitrosothiol, S-nitrosoglutathione (GSNO). The last hypothesis tested in this work was that HISS secretion/ action depends on the formation of GSNO. We observed that intravenous administration of -nitrosothiols (RSNOs) increased insulin sensitivity in animals fasted for 24 h, in contrast with the intraportal administration of the drug. This result suggests that RSNOs enhanced insulin sensitivity through a peripheral, and not hepatic, mechanism. The results obtained led to a restructuring of the HISS hypothesis, suggesting that the ingestion of a meal triggers the hepatic parasympathetic nerves, leading to the release of Ach in the liver, which in turn activates NOS. Simultaneously, hepatic GSH levels increase and react with NO to form a nitrosated compound, GSNO. S-nitrosoglutathione mimics HISS hypoglycaemic action at the skeletal muscle.

Functional significance of adenosine in carotid body chemosensory activity in control and chronically hypoxic animals

ABSTRACT: Carotid bodies (CB) are peripheral chemoreceptor organs sensing changes in arterial blood O2, CO2 and pH levels. Hypoxia and acidosis or hypercapnia activates CB chemoreceptor cells, which respond by releasing neurotransmitters in order to increase the action potential frequency in their sensory nerve, the carotid sinus nerve (CSN). CSN activity is integrated in the brainstem to induce a fan of cardiorespiratory reflex responses, aimed at normalising the altered blood gases. Exogenously applied adenosine (Ado) increases CSN chemosensory activity inducing hyperventilation through activation of A2 receptors. The importance of the effects of adenosine in chemoreception was reinforced by data obtained in humans, in which the intravenous infusion of Ado causes hyperventilation and dyspnoea, an effect that has been attributed to the activation of CB because Ado does not cross blood-brain barrier and because the ventilatory effects are higher the closer to the CB it is injected. The present work was performed in order to establish the functional significance of adenosine in chemoreception at the carotid body in control and chronically hypoxic rats. To achieve this objective we investigated: 1) The release of adenosine from a rat carotid body in vitro preparation in response to moderate hypoxia and the specificity of this release. We also investigated the metabolic pathways of adenosine production and release in the organ in normoxia and hypoxia; 2) The modulation of adenosine/ATP release from rat carotid body chemoreceptor cells by nicotinic ACh receptors; 3) The effects of caffeine on peripheral control of breathing and the identity of the adenosine receptors involved in adenosine and caffeine effects on carotid body chemoreceptors; 4) The interactions between dopamine D2 receptors and adenosine A2B receptors that modulate the release of catecholamines (CA) from the rat carotid body; 5) The effect of chronic caffeine intake i.e. the continuous blockage of adenosine receptors thereby simulating a caffeine dependence, on the carotid body function in control and chronically hypoxic rats. The methodologies used in this work included: molecular biology techniques (e.g. immunocytochemistry and western-blot), biochemical techniques (e.g. neurotransmitter quantification by HPLC, bioluminescence and radioisotopic methods), electrophysiological techniques (e.g. action potential recordings) and ventilatory recordings using whole-body plethysmography. It was observed that: 1) CB chemoreceptor sensitivity to hypoxia could be related to its low threshold for the release of adenosine because moderate acute hypoxia (10% O2) increased adenosine concentrations released from the CB by 44% but was not a strong enough stimulus to evoke adenosine release from superior cervical ganglia and arterial tissue; 2) Acetylcholine (ACh) modulates the release of adenosine/5’-adenosine triphosphate (ATP) from CB in moderate hypoxia through the activation of nicotinic receptors with α4 and ß2 receptor subunits, suggesting that the excitatory role of ACh in chemosensory activity includes indirect activation of purinergic receptors by adenosine and ATP, which strongly supports the hypothesis that ATP/adenosine are important mediators in chemotransduction; 3) adenosine increases the release of CA from rat CB chemoreceptor cells via A2B receptors; 4) the inhibitory effects of caffeine on CB chemoreceptors are mediated by antagonism of postsynaptic A2A and presynaptic A2B adenosine receptors indicating that chemosensory activity elicited by hypoxia is controlled by adenosine; 5) The release of CA from rat CB chemoreceptor cells is modulated by adenosine through an antagonistic interaction between A2B and D2 receptors, for the first time herein described; 6) chronic caffeine treatment did not significantly alter the basal function of CB in normoxic rats assessed as the dynamics of their neurotransmitters, dopamine, ATP and adenosine, and the CSN chemosensory activity. In contrast, the responses to hypoxia in these animals were facilitated by chronic caffeine intake because it increased the ventilatory response, slightly increased CSN chemosensory activity and increased dopamine (DA) and ATP release; 7) In comparison with normoxic rats, chronically hypoxic rats exhibited an increase in several parameters: ventilatory hypoxic response; basal and hypoxic CSN activity; tyrosine hydroxylase expression, CA content, synthesis and release; basal and hypoxic adenosine release; and in contrast a normal basal release and diminished hypoxia-induced ATP release; 8) Finally, in contrast to chronically hypoxic rats, chronic caffeine treatment did not alter the basal CSN chemosensory activity. Nevertheless, the responses to mild and intense hypoxia, and hypercapnia, were diminished. This inhibitory effect of chronic caffeine in CB output is compensated by central mechanisms, as the minute ventilation parameter in basal conditions and in response to acute hypoxic challenges remained unaltered in rats exposed to chronic hypoxia. We can conclude that adenosine both in acute and chronically hypoxic conditions have an excitatory role in the CB chemosensory activity, acting directly on adenosine A2A receptors present postsynaptically in CSN, and acting presynaptically via A2B receptors controlling the release of dopamine in chemoreceptor cells. We suggest that A2B -D2 adenosine / dopamine interactions at the CB could explain the increase in CA metabolism caused by chronic ingestion of caffeine during chronic hypoxia. It was also concluded that adenosine facilitates CB sensitisation to chronic hypoxia although this effect is further compensated at the central nervous system.-------- RESUMO: Os corpos carotídeos (CB) são pequenos orgãos emparelhados localizados na bifurcação da artéria carótida comum. Estes órgãos são sensíveis a variações na PaO2, PaCO2, pH e temperatura sendo responsáveis pela hiperventilação que ocorre em resposta à hipóxia, contribuindo também para a hiperventilação que acompanha a acidose metabólica e respiratória. As células quimiorreceptoras (tipo I ou glómicas) do corpo carotídeo respondem às variações de gases arteriais libertando neurotransmissores que activam as terminações sensitivas do nervo do seio carotídeo (CSN) conduzindo a informação ao centro respiratório central. Está ainda por esclarecer qual o neurotransmissor (ou os neurotransmissores) responsável pela sinalização hipóxica no corpo carotídeo. A adenosina é um neurotransmissor excitatório no CB que aumenta a actividade eléctrica do CSN induzindo a hiperventilação através da activação de receptores A2. A importância destes efeitos da adenosina na quimiorrecepção, descritos em ratos e gatos, foi reforçada por resultados obtidos em voluntários saudáveis onde a infusão intravenosa de adenosina em induz hiperventilação e dispneia, efeito atribuído a uma activação do CB uma vez que a adenosina não atravessa a barreira hemato-encefálica e o efeito é quanto maior quanto mais perto do CB for a administração de adenosina. O presente trabalho foi realizado com o objectivo de esclarecer qual o significado funcional da adenosina na quimiorrecepção no CB em animais controlo e em animais submetidos a hipoxia crónica mantida. Para alcançar este objectivo investigou-se: 1) o efeito da hipóxia moderada sobre a libertação de adenosina numa preparação in vitro de CB e a especificidade desta mesma libertação comparativamente com outros tecidos não quimiossensitivos, assim como as vias metabólicas de produção e libertação de adenosina no CB em normoxia e hipóxia; 2) a modulação da libertação de adenosina/ATP das células quimiorreceptoras do CB por receptores nicotínicos de ACh; 3) os efeitos da cafeína no controlo periférico da ventilação e a identidade dos receptores de adenosina envolvidos nos efeitos da adenosina e da cafeína nos quimiorreceptores do CB; 4) as interacções entre os receptores D2 de dopamina e os receptores A2B de adenosina que modulam a libertação de catecolaminas (CA) no CB de rato e; 5) o efeito da ingestão crónica de cafeína, isto é, o contínuo bloqueio e dos receptores de adenosina, simulando assim o consumo crónico da cafeína, tal como ocorre na população humana mundial e principalmente no ocidente, na função do corpo carotídeo em ratos controlo e em ratos submetidos a hipoxia crónica. Os métodos utilizados neste trabalho incluíram: técnicas de biologia molecular como imunocitoquímica e western-blot; técnicas bioquímicas, tais como a quantificação de neurotransmissores por HPLC, bioluminescência e métodos radioisotópicos; técnicas electrofisiológicas como o registro de potenciais eléctricos do nervo do seio carotídeo in vitro; e registros ventilatórios in vivo em animais não anestesiados e em livre movimento (pletismografia). Observou-se que: 1) a especificidade dos quimiorreceptores do CB como sensores de O2 está correlacionada com o baixo limiar de libertação de adenosina em resposta à hipóxia dado que a libertação de adenosina do CB aumenta 44% em resposta a uma hipóxia moderada (10% O2), que no entanto não é um estímulo suficientemente intenso para evocar a libertação de adenosina do gânglio cervical superior ou do tecido arterial. Observou-se também que aproximadamente 40% da adenosina libertada pelo CB provém do catabolismo extracelular do ATP quer em normóxia quer em hipóxia moderada, sendo que PO2 reduzidas induzem a libertação de adenosina via activação do sistema de transporte equilibrativo ENT1. 2) a ACh modula a libertação de adenosina /ATP do CB em resposta à hipoxia moderada sugerindo que o papel excitatório da ACh na actividade quimiossensora inclui a activação indirecta de receptores purinérgicos pela adenosina e ATP, indicando que a adenosina e o ATP poderiam actuar como mediadores importantes no processo de quimiotransducção uma vez que: a) a activação dos receptores nicotínicos de ACh no CB em normóxia estimula a libertação de adenosina (max 36%) provindo aparentemente da degradação extracelular do ATP. b) a caracterização farmacológica dos receptores nicotínicos de ACh envolvidos na estimulação da libertação de adenosina do CB revelou que os receptores nicotínicos de ACh envolvidos são constituídos por subunidades α4ß2. 3) a adenosina modula a libertação de catecolaminas das células quimiorreceptoras do CB através de receptores de adenosina A2B dado que: a)a cafeína, um antagonista não selectivo dos receptores de adenosina, inibiu a libertação de CA quer em normóxia quer em resposta a estímulos de baixa intensidade sendo ineficaz na libertação induzida por estímulos de intensidade superior; b) o DPCPX e do MRS1754 mimetizaram os efeitos da cafeína no CB sendo o SCH58621 incapaz de induzir a libertação de CA indicando que os efeitos da cafeína seriam mediados por receptores A2B de adenosina cuja presença nas células quimiorreceptoras do CB demonstramos por imunocitoquímica. 4) a aplicação aguda de cafeína inibiu em 52% a actividade quimiossensora do CSN induzida pela hipóxia sendo este efeito mediado respectivamente por receptores de adenosina A2A pós-sinápticos e A2B pré-sinápticos indicando que a actividade quimiossensora induzida pela hipóxia é controlada pela adenosina. 5) existe uma interacção entre os receptores A2B e D2 que controla a libertação de CA do corpo carotídeo de rato uma vez que: a) os antagonistas dos receptores D2, domperidona e haloperidol, aumentaram a libertação basal e evocada de CA das células quimiorreceptoras confirmando a presença de autorreceptores D2 no CB de rato que controlam a libertação de CA através de um mecanismo de feed-back negativo. b) o sulpiride, um antagonista dos receptores D2, aumentou a libertação de CA das células quimiorreceptoras revertendo o efeito inibitório da cafeína sobre esta mesma libertação; c) a propilnorapomorfina, um agonista D2 inibiu a libertação basal e evocada de CA sendo este efeito revertido pela NECA, um agonista dos receptores A2B. O facto de a NECA potenciar o efeito do haloperidol na libertação de CA sugere que a interacção entre os receptores D2 e A2B poderia também ocorrer ao nível de segundos mensageiros, como o cAMP. 6) a ingestão crónica de cafeína em ratos controlo (normóxicos) não alterou significativamente a função basal do CB medida como a dinâmica dos seus neurotransmissores, dopamina, ATP e adenosina e como actividade quimiossensora do CSN. Contrariamente aos efeitos basais, a ingestão crónica de cafeína facilitou a resposta à hipóxia, dado que aumentou o efeito no volume minuto respiratórioapresentando-se também uma clara tendência para aumentar a actividade quimiossensora do CSN e aumentar a libertação de ATP e dopamina.7) após um período de 15 dias de hipóxia crónica era evidente o fenómeno de aclimatização dado que as respostas ventilatórias à hipóxia se encontram aumentadas, assim como a actividade quimiossensora do CSN basal e induzida pela hipóxia. As alterações observadas no metabolismo da dopamina, assim como na libertação basal de dopamina e de adenosina poderiam contribuir para a aclimatização durante a hipoxia crónica. A libertação aumentada de adenosina em resposta à hipóxia aguda em ratos hipóxicos crónicos sugere um papel da adenosina na manutenção/aumento das respostas ventilatórias à hipóxia aguda durante a hipóxia crónica. Observou-se também que a libertação de ATP induzida pela hipóxia aguda se encontra diminuída em hipóxia crónica, contudo a ingestão crónica de cafeína reverteu este efeito para valores similares aos valores controlo, sugerindo que a adenosina possa modular a libertação de ATP em hipóxia crónica. 8) a ingestão crónica de cafeína em ratos hipóxicos crónicos induziu o aumento do metabolismo de CA no CB, medido como expressão de tirosina hidroxilase, conteúdo, síntese e libertação de CA. 9) a ingestão crónica de cafeína não provocou quaisquer alterações na actividade quimiossensora do CSN em ratos hipóxicos crónicos no entanto, as respostas do CSN à hipóxia aguda intensa e moderada e à hipercapnia encontram-se diminuídas. Este efeito inibitório que provém da ingestão crónica de cafeína parece ser compensado ao nível dos quimiorreceptores centrais dado que os parâmetros ventilatórios em condições basais e em resposta à hipoxia aguda não se encontram modificados em ratos expostos durante 15 dias a uma atmosfera hipóxica. Resumindo podemos assim concluir que a adenosina quer em situações de hipoxia aguda quer em condições de hipoxia crónica tem um papel excitatório na actividade quimiossensora do CB actuando directamente nos receptores A2A presentes pós-sinapticamente no CSN, assim como facilitando a libertação de dopamina pré-sinapticamente via receptores A2B presentes nas células quimiorreceptoras. A interacção negativa entre os receptores A2B e D2 observadas nas células quimiorreceptoras do CB poderia explicar o aumento do metabolismo de CA observado após a ingestão crónica de cafeína em animais hipóxicos. Conclui-se ainda que durante a aclimatização à hipóxia a acção inibitória da cafeína, em termos de resposta ventilatória, mediada pelos quimiorreceptores periféricos é compensada pelos efeitos excitatórios desta xantina ao nível do quimiorreceptores centrais.------- RESUMEN Los cuerpos carotídeos (CB) son órganos emparejados que están localizados en la bifurcación de la arteria carótida común. Estos órganos son sensibles a variaciones en la PaO2, en la PaCO2, pH y temperatura siendo responsables de la hiperventilación que ocurre en respuesta a la hipoxia, contribuyendo también a la hiperventilación que acompaña a la acidosis metabólica y respiratoria. Las células quimiorreceptoras (tipo I o glómicas) del cuerpo carotídeo responden a las variaciones de gases arteriales liberando neurotransmissores que activan las terminaciones sensitivas del nervio del seno carotídeo (CSN) llevando la información al centro respiratorio central. Todavía esta por clarificar cual el neurotransmisor (o neurotransmisores) responsable por la señalización hipóxica en el CB. La adenosina es un neurotransmisor excitatório en el CB ya que aumenta la actividad del CSN e induce la hiperventilación a través de la activación de receptores de adenosina del subtipo A2. La importancia de estos efectos de la adenosina en la quimiorrecepción, descritos en ratas y gatos, ha sido fuertemente reforzada por resultados obtenidos en voluntarios sanos en los que la infusión intravenosa de adenosina induce hiperventilación y dispnea, efectos estés que han sido atribuidos a una activación del CB ya que la adenosina no cruza la barrera hemato-encefalica y el efecto es tanto más grande cuanto más cercana del CB es la administración. Este trabajo ha sido realizado con el objetivo de investigar cual el significado funcional de la adenosina en la quimiorrecepción en el CB en animales controlo y en animales sometidos a hipoxia crónica sostenida. Para alcanzar este objetivo se ha estudiado: 1) el efecto de la hipoxia moderada en la liberación de adenosina en una preparación in vitro de CB y la especificidad de esta liberación en comparación con otros tejidos no-quimiosensitivos, así como las vías metabólicas de producción y liberación de adenosina del órgano en normoxia y hipoxia; 2) la modulación de la liberación de adenosina/ATP de las células quimiorreceptoras del CB por receptores nicotínicos de ACh; 3) los efectos de la cafeína en el controlo periférico de la ventilación y la identidad de los receptores de adenosina involucrados en los efectos de la adenosina y cafeína en los quimiorreceptores del CB; 4) las interacciones entre los receptores D2 de dopamina y los receptores A2B de adenosina que modulan la liberación de catecolaminas (CA) en el CB de rata y; 5) el efecto de la ingestión crónica de cafeína, es decir, el bloqueo sostenido de los receptores de adenosina, simulando la dependencia de cafeína observada en la populación mundial del occidente, en la función del CB en ratas controlo y sometidas a hipoxia crónica sostenida. Los métodos utilizados en este trabajo incluirán: técnicas de biología molecular como imunocitoquímica y western-blot; técnicas bioquímicas, tales como la cuantificación de neurotransmissores por HPLC, bioluminescencia y métodos radioisotópicos; técnicas electrofisiológicas como el registro de potenciales eléctricos del nervio do seno carotídeo in vitro; y registros ventilatórios in vivo en animales no anestesiados y en libre movimiento (pletismografia). Se observó que: 1) la sensibilidad de los quimiorreceptores de CB esta correlacionada con un bajo umbral de liberación de adenosina en respuesta a la hipoxia ya que en respuesta a una hipoxia moderada (10% O2) la liberación de adenosina en el CB aumenta un 44%, sin embargo esta PaO2 no es un estimulo suficientemente fuerte para inducir la liberación de adenosina del ganglio cervical superior o del tejido arterial; se observó también que aproximadamente 40% de la adenosina liberada del CB proviene del catabolismo extracelular del ATP en normoxia y en hipoxia moderada, y que bajas PO2 inducen la liberación de adenosina vía activación del sistema de transporte equilibrativo ENT1. 2) la ACh modula la liberación de adenosina /ATP del CB en respuesta a la hipóxia moderada lo que sugiere que el papel excitatório de la ACh en la actividad quimiosensora incluye la activación indirecta de receptores purinérgicos por la adenosina y el ATP, indicando que la adenosina y el ATP pueden actuar como mediadores importantes en el proceso de quimiotransducción ya que: a) la activación de los receptores nicotínicos de ACh en el CB en normoxia estimula la liberación de adenosina (max 36%) que aparentemente proviene de la degradación extracelular del ATP. Se observó también que este aumento de adenosina en el CB en hipoxia ha sido antagonizado parcialmente por antagonistas de estos mismos receptores; b) la caracterización farmacológica de los receptores nicotínicos de ACh involucrados en la estimulación de la liberación de adenosina del CB ha revelado que los receptores nicotínicos de ACh involucrados son constituidos por sub-unidades α4ß2. 3) la adenosina modula la liberación de CA de las células quimiorreceptoras del CB a través de receptores de adenosina A2B ya que: a) la cafeína, un antagonista no selectivo de los receptores de adenosina, ha inhibido la liberación de CA en normoxia y en respuesta a estímulos de baja intensidad siendo ineficaz en la liberación inducida por estímulos de intensidad superior; b) el DPCPX y el MRS1754 ha mimetizado los efectos de la cafeína en el CB y el SCH58621 ha sido incapaz de inducir la liberación de CA lo que sugiere que los efectos de la cafeína son mediados por receptores A2B de adenosina que están localizados pré-sinapticamente en las células quimiorreceptoras del CB. 4) la aplicación aguda de cafeína ha inhibido en 52% la actividad quimiosensora del CSN inducida por la hipoxia siendo este efecto mediado respectivamente por receptores de adenosina A2A pós-sinápticos y A2B pré-sinápticos lo que indica que la actividad quimiosensora inducida por la hipoxia es controlada por la adenosina. 5) existe una interacción entre los receptores A2B y D2 que controla la liberación de CA del CB de rata ya que: a) el sulpiride, un antagonista de los receptores D2, ha aumentado la liberación de CA de las células quimiorreceptoras revertiendo el efecto inhibitorio de la cafeína sobre esta misma liberación; b) los antagonistas de los receptores D2, domperidona y haloperidol, han aumentado la liberación basal e evocada de CA de las células quimiorreceptoras confirmando la presencia de autorreceptores D2 en el CB de rata que controlan la liberación de CA a través de un mecanismo de feed-back negativo; c) la propilnorapomorfina, un agonista D2, ha inhibido la liberación basal e evocada de CA sendo este efecto revertido por la NECA, un agonista de los receptores A2B. Ya que la NECA potencia el efecto del haloperidol en la liberación de CA la interacción entre los D2 y A2B puede también ocurrir al nivel de segundos mensajeros, como el cAMP. 6) la ingestión crónica de cafeína en ratas controlo (normóxicas) no ha cambiado significativamente la función basal del CB medida como la dinámica de sus neurotransmisores, dopamina, ATP y adenosina y como actividad quimiosensora del CSN. Al revés de lo que pasa con los efectos básales, la ingestión crónica de cafeína facilitó la respuesta a la hipóxia, ya que ha aumentado la respuesta ventilatória medida como volumen minuto presentando también una clara tendencia para aumentar la actividad quimiosensora del CSN y aumentar la liberación de ATP y dopamina. 7. Después de un período de 15 días de hipoxia crónica se puede observar el fenómeno de climatización ya que las respuestas ventilatórias a la hipoxia están aumentadas, así como la actividad quimiosensora del CSN basal e inducida por la hipoxia. Los cambios observados en el metabolismo de la dopamina, así como en la liberación basal de dopamina y de adenosina podrían contribuir para la climatización en hipoxia crónica. El aumento en la liberación de adenosina en respuesta a la hipoxia aguda en ratas sometidas a hipoxia crónica sugiere un papel para la adenosina en el mantenimiento/aumento de las respuestas ventilatórias a la hipoxia aguda en hipoxia crónica sostenida. Se ha observado también que la liberación de ATP inducida por la hipoxia aguda está disminuida en hipoxia crónica y que la ingestión crónica de cafeína reverte este efecto para valores similares a los valores controlo, sugiriendo que la adenosina podría modular la liberación de ATP en hipoxia crónica. 8. la ingestión crónica de cafeína ha inducido el aumento del metabolismo de CA en el CB en ratas hipóxicas crónicas, medido como expresión de la tirosina hidroxilase, contenido, síntesis y liberación de CA. 9. la ingestión crónica de cafeína no ha inducido cambios en la actividad quimiosensora del CSN en ratas hipóxicas crónicas sin embargo las respuestas do CSN a una hipoxia intensa y moderada y a la hipercapnia están disminuidas. Este efecto inhibitorio que es debido a la ingestión crónica de cafeína es compensado al nivel de los quimiorreceptores centrales ya que los parámetros ventilatórios en condiciones básales y en respuesta a la hipoxia aguda no están modificados en ratas expuestas durante 15 días a una atmósfera hipóxica. Resumiendo se puede concluir que la adenosina en situaciones de hipoxia aguda así como en hipoxia crónica tiene un papel excitatório en la actividad quimiosensora del CB actuando directamente en los receptores A2A localizados pós-sinapticamente en el CSN, así como controlando la liberación de dopamina pré-sinaptica vía receptores A2B localizados en las células quimiorreceptoras. Las interacciones entre los receptores A2B y D2 observadas en las células quimiorreceptoras del CB podrían explicar el aumento del metabolismo de CA observado después de la ingestión crónica de cafeína en animales hipóxicos. Por fin, pero no menos importante se puede concluir que durante la climatización a la hipoxia la acción inhibitoria de la cafeína, medida como respuesta ventilatória, mediada por los quimiorreceptores periféricos es compensada por los efectos excitatórios de esta xantina al nivel de los quimiorreceptores centrales.

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Perfomance do transverso do abdómen : recurso à ecografia como informação de retorno extrínseca

RESUMO: Desenho do estudo: Estudo quantitativo, experimental prospectivo de factor único, desenho pré-teste, pós-teste. Objectivos: Determinar a efectividade da ecografia em tempo real, como Informação de Retorno Extrínseca Visual Ecográfica (IRE-VE) na performance do transverso do abdómen (TrA), em sujeitos saudáveis; analisar eventuais diferenças entre a IRE-VE e a Informação de Retorno Extrínseca Verbal Clínica (IRE-VC); medir a performance da musculatura abdominal, através das diferenças na espessura dos músculos TrA e oblíquo interno (OI) e deslizamento do TrA, em repouso e em contracção. Enquadramento: A maioria dos indivíduos não tem conhecimentos nem consciência do contributo de uma boa performance do TrA para a estabilidade da coluna lombar. Vários estudos recentes se têm dedicado a este assunto, tendo sido mostrado o importante contributo da ecografia como Informação de Retorno Extrínseca (IRE). Uma vez que o TrA e o OI contribuem para a estabilidade lombo pélvica, e que a aprendizagem do seu controlo motor é essencial para a recuperação da função, torna-se relevante clarificar o contributo da informação de retorno na primeira fase da aprendizagem da performance desses músculos, bem como encontrar as melhores estratégias para a sua realização. A ecografia foi o instrumento escolhido para servir esse objectivo. Métodos: Participaram no estudo 75 sujeitos, sem queixas lombares, com idades compreendidas entre os 18 e os 38 anos com um valor médio de 21,9 anos (±4,03), divididos aleatoriamente em três grupos com uma tarefa comum: a “Manobra do Transverso”, em que um grupo não recebeu IRE (GC), outro recebeu IRE verbal clínica e palpatória (GIRE-VC) e ooutro recebeu IRE visual ecográfica (GIRE-VE). Para efeitos de análise da contracção da musculatura abdominal, foram estudadas a espessura dos músculos TrA e OI e o deslizamento do TrA, visualizados em imagens ecográficas em tempo real, e congeladas para medição em diferido. Estes procedimentos foram apurados num estudo piloto de fidedignidade das medições em causa. Quanto à abordagem estatística das variáveis de performance muscular foi realizada uma análise da variância simples paramétrica para amostras independentes e um teste para a diferença de médias para amostras emparelhadas. Resultados: Observamos que no GC, a ausência de IRE cursou com uma performance idêntica nos dois momentos de avaliação e que nos dois grupos com IRE, das variáveis de performance, é significativamente diferente a contracção do TrA, para uma diferença de 1,95 mm no GIRE-VE (p=0,000) e de 0,84 mm no GIRE-VC (p=0,000). Ao comparar os grupos entre si houve diferenças no limiar da significância (p=0,056) para uma melhor contracção do TrA no GIRE-VE. As outras variáveis, contracção do OI e deslizamento do TrA, não revelaram efeito relacionado com a IRE em nenhum dos grupos. Conclusão: Dos resultados obtidos, podemos concluir que a IRE-VE, quando usada isoladamente, na Manobra do Transverso provoca um maior aumento na espessura do TrA, quando comparada com a IRE-VC . O uso da ecografia mostrou ser efectivo na facilitação da performance da Manobra do Transverso em sujeitos saudáveis.---------------------ABSTRACT: Study Design: Single Factor Experimental Design: Pre-Test Post-test Control Group Design. Objectives: To measure the contribution of different types of biofeedack on Transversus Abdominis (TrA) and Internal Oblique (IO) performance through changes in thickness and lateral slide of TrA anterior fascia during abdominal hollowing exercise (AHE). Background: Increasingly clinicians are using real-time ultrasound imaging as a form of supplementing feedback when teaching trunk stabilization exercises to patients; however, there has been no evidence of its effectiveness when used alone. Material and Methods: Seventy-five healthy subjects were divided randomly into 3 groups that received: group 1, no feedback; group 2, verbal and palpatory feedback, and group 3, realtime ultrasound feedback. The TrA and IO performance of each subject was twice assessed (before and after receiving feedback) when performing the AHE in a supine hook-lying position. Analysis of variance and T-test were used for the independent and paired samples, respectively, to determine significant changes in the performance of TrA and IO, based on intra and inter group analysis. Results: Group 1 had no differences between moments; group 2 had significant differences concerning TrA thickness (p=0,000) to a 0,84 mm thickness difference; group 3 had significant differences concerning TrA thickness (p=0,000) to a 1,94 mm difference; The ability to perform the AHE differed only among group 3 and group 1 (p=0.056), and only for changes in thickness of TrA muscle. No differences among groups were found neither for the lateral slide of TrA anterior fascia, nor for the internal oblique thickness. Conclusion: From the results of this study we conclude that real-time ultrasound feedback, when used alone during an AHE, can have a larger increase in TrA thickness when compared to verbal and palpatory feedback. The use of real time ultrasound showed to be effective as a feedback tool to facilitate the performance of the AHE in a supine hook-lying position in healthy subjects.

Protocolo de fisioterapia, com auxílio de biofeedback electromiográfico, em utentes com disfunções do ombro: efeitos na dor, funcionalidade e estabilidade dinâmica

RESUMO: Introdução: A dor e disfunções do movimento no complexo articular do ombro (CAO) são comuns e debilitantes. O uso de exercícios segundo os pressupostos de estabilidade dinâmica (ED), com auxílio de Biofeedback electromiográfico (BEMG) tem vindo a ser referido, como uma forma de aumentar a efectividade da intervenção nas disfunções do complexo articular do ombro (DCAO)Objectivo Principal: Estudar os efeitos de um protocolo de intervenção, com BEMG, cujas finalidades foram abolir a dor, aumentar a funcionalidade e a ED da omoplata, em utentes com DCAO. Objectivos secundários: Comparar os subgrupos e quanto às características, resultados, tempos de intervenção total e até atingir critérios de alta; Comparar os resultados nos momentos inicial e final. Métodos: Foi realizado um coorte clínico, longitudinal, retrospectivo, observacional, analítico. A amostra foi constituída por 82 sujeitos, divididos em dois subgrupos (n=53 SCSA e n=29 IGU). Os instrumentos de medida utilizados foram a EVA, o DASH, o SPADI e o BEMG. Foi seguido o protocolo de ED proposto por Santos e Matias (2007), de acordo com as 3 fases de intervenção por eles descritas, realizando uma sessão semanal, monitorizando exercícios que seguem estes princípios, com BEMG. Foram avaliadas as variáveis dor, postura, padrão de recrutamento, controlo motor, posição inicial da omoplata (PIO), amplitudes articulares (AA’s), força muscular (FM) e postura. Para analisar os dados, recorreu-se a estatística descritiva e inferencial. Resultados: A intervenção foi efectiva na abolição da dor no momento (0,43 para 0,00/10EVA no subgrupo SCSA e 0,66 para 0,00/10EVA no subgrupo IGU) na pior dor (5,47/10EVA para 0,06/10EVA no subgrupo SCSA e 5,28/10 para 0,14/10 no subgrupo IGU), no aumento da função (28,57 para 0,66/100DASH e 39,00 para 0,63/100SAPDI no subgrupo SCSA e 25,80 para 0,38/100DASH e 28,19 para 0,39/100 no subgrupo IGU) e no aumento da ED da omoplata com normalização do padrão de recrutamento, controlo motor, PIO dentro do espectro de normalidade e boa capacidade de controlar a sua posição, ao longo do movimento do membro superior (MS). A intervenção proporcionou, ainda a normalização das AA’s, FM e autocorrecção postural. O tempo médio de intervenção foi de 6,45semanas no subgrupo SCSA e 5,83sem no subgrupo IGU. Estes resultados são semelhantes comparativamente a estudos que utilizaram uma intervenção baseada nos mesmos princípios (Matias e Cruz, 2004; Cunha e Matias, 2006; Santos e Matias, 2007; Rodrigues e Matias, 2009). Conclusão: O protocolo de intervenção aplicado, com uso de exercícios baseados nos princípios da ED e uso de BEMG, permitiu o alcance dos objectivos, junto de utentes com DCAO (SCSA e IGU). Verificou-se que, independentemente da condição, os resultados foram idênticos em ambos subgrupos, não apresentando diferenças significativas entre as variáveis de medida final, o tempo total de intervenção e os tempos até atingir os critérios de alta, expecto para a Dor, sendo este superior no subgrupo SCSA.---------------------------------------- ABSTRACT:Introduction: Movement disorders and pain in the shoulder joint complex (SJC) are common and debilitating. The use of exercises under the premises of dynamic stability (DS), with the aid of electromyographic biofeedback (EMGBF) has been mentioned as a way to increase the effectiveness of the intervention in disorders of the shoulder joint complex (DSJC) Main Objective: To evaluate the results of an intervention protocol, with EMGBF whose aims were to abolish the pain, increase functionality and DS of the scapula in patients with DSJC. Objectives: To compare the subgroups and the characteristics, outcomes, and total intervention times to reach discharge criteria; to compare the results at the beginning and at the end. Methods: We conducted a clinical cohort, longitudinal, retrospective, observational analysis. The sample consisted of 82 subjects, divided into two subgroups (n = 53 shoulder impingement syndrome SIS n = 29 shoulder joint instability SJI). The measurement instruments used were the VAS, DASH, SPADI, and EMGBF. It was followed the DS protocol proposed by Santos and Matias (2007), according to the three phases of intervention, described by performing a weekly session, monitoring exercises that follow these principles, with EMGBF. The variables were pain, posture, recruitment pattern, motor control, the initial position of the scapula (IPS), range of motion (ROM), muscular strength (MS) and posture. To analyze the data, we used the descriptive and inferential statistics. Results: The intervention was effective in abolishing the pain at the time (0.43 to 0.00/10 VAS in the SIS subgroup and 0.66 to 0.00/10 VAS in the SJI subgroup) in worst pain (5.47 to 0,06/10 VAS in the SIS subgroup and 5.28/ to 0.14/10 VAS in the SJI subgroup), increasing the function (28,57 to 0,66/100 DASH and 39,00 to 0,63/100 SAPDI in the SIS subgroup and 25,80 to 0,38/100 DASH and 28,19 to 0,39/100 SPADI in the SJI subgroup) and the increase in DS of the scapula with normalization of the pattern recruitment, motor control, IPS within the spectrum of normalcy and good ability to control its position along the movement of the upper limb (UL). The intervention provided, although the normalization of ROM, MS and self-correcting posture. The average length of intervention was 6.45 weeks in the SIS subgroup and 5.83 in the IS subgroup. These results are comparable with similar studies that used an intervention based on the same principles (Matias e Cruz, 2004; Cunha e Matias, 2006; Santos e Matias, 2007; Rodrigues e Matias, 2009). Conclusion: The intervention protocol implemented with the use of exercises based on the principles of DS and the use of EMGBF was effective, allowing the accomplishment of goals, in patients with DSJC (SIS and SJI). It was found that, regardless of condition, the results were identical in both groups, showing no significant differences between the variables of the final measure, the total time of intervention and the times to reach discharge criteria, except for pain, which was higher in the SIS subgroup.

Epidemiologia e Saúde Públi

RESUMO - Visa-se explicitar a origem, a razão de ser, a natureza e o que se perspectiva da relação entre a Epidemiologia e a Saúde Pública, através de uma leitura histórica. As duas entidades foram-se definindo e fazendo sentido em conjunto, com sucessos e, também, muita polémica, desde há milénios e até meados do século XIX. Nesta época, uma combinação de circunstâncias proporcionou-lhes uma explosão de crescimento e de definição, de par com várias outras áreas disciplinares. Desde o antigo relato bíblico de como boa alimentação explica o bom estado de saúde, até à valorização científica das condicionantes sociais e económicas da saúde por Marmot e Rose, passando por «miasmas» causando doença e pela deslocação do conceito de risco individual de saúde para o de risco populacional — com as implicações inerentes a essa importante inovação —, este percurso permite identificar as fundações de tão notável simbiose, explicar o estado presente, vê-la evoluir e achar nela o significado do património hoje disponível, e o que ele promete. Algumas discrepâncias quanto à designação dos seus métodos, bem como a contínua discussão quanto à sua verdadeira natureza e orientação futura, atestam a juventude da Epidemiologia como disciplina científica. Entretanto, a Saúde Pública esforça-se por manter a sua essência integradora, à medida que outras disciplinas contribuem mais para que concretize os seus objectivos; é desafiada pela exposição das populações, em larga escala, a factores de doença, por vezes de intensidade mínima, e pelo surgimento de novas doenças ou a ampliação do volume de outras na população, muitas vezes não respeitando fronteiras. A história dessa simbiose mostra bem que conhecer o modo como uma doença se origina permite controlá-la na população, ou mesmo evitá-la, e que é grande o número de problemas que, em sinergia, as duas disciplinas podem clarificar e resolver. Assim, a Epidemiologia oferece à Saúde Pública explicações (olhos, inteligência e linguagem) para os problemas de saúde das populações — o que permite à segunda saber sobre o quê agir —, cenários de possível evolução dos problemas — o que permite aos decisores optarem em função de diferentes pressupostos, sobre como agir — e capacidade de juízo sobre os resultados das acções empreendidas, em simultâneo com a elevação do nível de consciência, de compreensão e de intervenção quanto ao que se está a passar, tanto pelos profissionais, como pela população — transferência do conhecimento. Facilmente se antecipa que a relação entre as duas disciplinas irá evoluir para maior complexidade e, também, solicitação e exigência da Saúde Pública sobre a Epidemiologia, que terá que corresponder em utilidade. E esta, continuando a subespecializar-se e a sofisticar-se tanto nos métodos, como nos enfoques sobre categorias específicas de factores, precisará de progredir muito na gestão da sua consistência enquanto corpo de conhecimento integrado e com peculiaridades metodológicas, à semelhança da Saúde Pública.O modo como evoluirá a relação entre ambas depende ainda da evolução dos próprios problemas, conceitos, teorias e soluções relacionados com a saúde das populações, e ainda do desenvolvimento das demais disciplinas chamadas à integração por ambas, para enfrentarem esses desafios. Nomeadamente, a Epidemiologia terá que gerir com perícia dificuldades já identificadas, como: incorporar métodos qualitativos de investigação na sua fortíssima tradição e cultura quantitativa; operacionalizar satisfatoriamente o conceito de «risco atribuível na população», ao serviço da definição de prioridades de acção dirigida às necessidades de saúde; aperfeiçoar modelos de interpretação causal que respeitem a multicausalidade; aproveitar as técnicas estatísticas de análise multivariada, sem se perder na abstracção dos seus modelos; desenvolver a investigação nas dimensões positivas de saúde, além da doença, para contribuir melhor para a realização da Saúde Pública, sua principal cliente e fornecedora de oportunidades.--------------------------ABSTRACT - The aim of the author is to explicit the origin, the rationale, the nature and the prospects of the relationship between Epidemiology and Public health, through an historic approach. The two entities have been defining and making sense together, by achieving successes, but also with much controversy, since millennia ago, until mid XIX century. A combination of circumstances provided them the opportunity for an explosion of growth and definition, then, alongside several other disciplines. From the ancient biblical report on how good food explains good health, up to the scientific appreciation of both social and economical constraints to health by Marmot and Rose, passing through «miasma» causing disease and through displacing from individual health risk to population risk — with the inherent implications of that important innovation —, this route allows the identification of the foundations of such remarkable symbiosis, the explanation of current status, to see its evolution and find in it the meaning of today’s heritage and what it promises. Some discrepancies on the name of its methods, as well as the continuing discussion about its true nature and future orientation, attest Epidemiology’s youth as a scientific discipline. Meanwhile, Public Health strives to keep its integrating essence, while other disciplines increasingly contribute so that it achieves its objectives; it is challenged by large scale population exposure to disease factors, sometimes with a minimum intensity, and by new diseases emerging in the population or by old ones getting amplified, often not respecting regions boundaries. The history of such a symbiosis shows that knowing the way a disease is generated allows to control it in the population, or even to avoid it, and that the number of problems that the two disciplines are able to clarify and solve together in synergy is considerable. Therefore, Epidemiology offers Public Health explanations (eyes, intelligence and language) for populations’s health problems — allowing that the latter knows on what to act —, scenarios on how problems may tend to evolve — allowing decision-makers to make their choices as a function of different assumptions, on how to act — and judgement capabilities on the results of already undertaken actions, accompanied by the raising of conscience level, understanding and intervention of what is going on by both professionals and the population – knowledge transfer. It is easy to anticipate that the relationship between both disciplines will develop towards increasing complexity and demand from Public Health to Epidemiology, and that this one will have to correspond in usefulness. And the latter, while continuing its subspecialisation and sophistication either in its methods, or in its approaches to specific factor categories, will need to progress in managing its consistency as an integrated body of knowledge having methodological peculiarities, similarly to Public Health. Further, the way the relationship between both will evolve depends on the evolution of the problems themselves, of the concepts, theories and solutions related to the health of populations, and on the development of remaining disciplines called to integration by both, in other to face those problems. Namely, Epidemiology will have to manage with expertise some already known difficulties, as: the inclusion of qualitative research methods in its very strong quantitative tradition and culture; to grant satisfactory operation to the «population attributable risk» concept, in support to the definition of action priorities envisaging health needs; to improve causal interpretation models that comply with multicausality; to take advantage of multivariate statistical techniques, without get

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