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.

Efeitos de diferentes dietas sobre o metabolismo de lipídeos e de carboidratos em ratas normonutridas e desnutridas

A hipótese do fenótipo econômico propõe que a associação epidemiológica entre a restrição de crescimento intra-uterino e subseqüente desenvolvimento de Diabete Mellitus Tipo II (DM II) e a Síndrome Plurimetabólica resultam dos efeitos da má nutrição durante períodos críticos do crescimento e do desenvolvimento, que produz mudanças permanentes no metabolismo da glicose. Estas mudanças incluem capacidade reduzida para a secreção de insulina e resistência a insulina que, combinada com os efeitos da obesidade, do envelhecimento e da inatividade física, são fatores muito importantes no desenvolvimento do DM II. As ratas foram divididas em cinco grupos. Dois grupos receberam durante a gestação as seguintes dietas: grupo desnutrido e normonutrido: 7% e 25% de proteína e 10% de lipídio (óleo de soja), respectivamente. Após o nascimento as ratas continuaram com a dieta ofertada às mães até os 4 meses de idade. Grupo hipoprotéico e normoprotéico hiperlipídicos: 7% e 25% de proteína e 15% de lipídio (óleo de soja) durante a gestação e a lactação. Após o período lactacional as ratas dos grupos hiperlipídicos foram submetidas a uma dieta contendo 25% de proteína e 42% de lipídio (40 de banha de porco + 2% óleo de soja) até aos 8 meses de idade. O grupo que foi submetido a dieta comercial recebeu esta dieta durante a gestação e o período pós-natal. O objetivo do presente trabalho foi avaliar: I. Massa corporal; II. Relação tecido adiposo visceral/100 g massa corporal; III. Glicemia; IV. Concentração hepática de triglicerídeos; V. Captação de 2-deoxiglicose em fatias de músculo sóleo; VI. Teste de Sensibilidade à Insulina (TSI); VII. Teste de Tolerância à Glicose (TTG). Verificamos no presente trabalho que no grupo desnutrido: (i) a massa corporal foi menor em todas as idades avaliadas; (ii) a captação de 2-deoxiglicose em fatias de músculo foi 29,8% maior; (iii) no TTG a glicemia foi menor aos 30, 60 e 120 minutos após a injeção i.p. de glicose; (iiii) no TSI a glicemia foi menor aos 30 e 60 minutos após a injeção i.p. de insulina em relação ao grupo normonutrido. Verificamos, também, no presente trabalho que no grupo hipoprotéico hiperlipídico: (i) a relação do tecido adiposo total e visceral/100 g massa corporal foi maior nas duas idades estudadas; (ii) a captação de 2-deoxiglicose em fatias de músculo apresentou uma redução de 15,35%; (iii) a concentração plasmática de glicose foi 11,8% maior; (iiii) no TTG a glicemia foi maior, aos 30 e 60 minutos, após a injeção i.p. de glicose; (iiiii) a concentração hepática de triglicerídeos foi maior em relação ao grupo que foi submetido à dieta comercial Prévios estudos mostram que o insulto provocado pela restrição protéica durante o período fetal e lactacional aumenta a ação da insulina apesar de sua prejudicada secreção, mantendo assim uma tolerância normal à glicose. Mas, a ingestão de uma dieta hiperlipídica leva a um modesto prejuízo na ação periférica da insulina sem afetar a tolerância à glicose, em conseqüência da aumentada secreção de insulina. No entanto, a exposição crônica das duas intervenções dietéticas resulta em uma interação sinérgica, levando a um importante prejuízo na ação periférica da insulina em combinação com prejudicada resposta secretora de insulina, resultando em intolerância à glicose. Com estes resultados pode-se inferir que o genótipo econômico, a desnutrição durante a gestação e a lactação, uma dieta hiperlipídica e o estilo de vida sedentário são fatores que contribuem para o desenvolvimento da obesidade e conseqüentemente da resistência à insulina e do DM II.

Aspectos laboratoriais do diagnóstico da deficiência de glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD)

A G6PD é expressa em todos os tecidos, onde catalisa a primeira etapa da via das pentoses-fosfato. O NADPH produzido pela ação da G6PD serve como doador de elétrons na biossíntese redutora. Pelo fato de os glóbulos vermelhos não terem mitocôndria, a via das pentoses-fosfato é a única fonte de NADPH e essencial para sua proteção contra o stress oxidativo. A deficiência da G6PD é classificada como anemia hemolítica hereditária ligada ao cromossomo X, associada a manifestações clínicas heterogêneas. O gene da G6PD possui cerca de 140 variantes moleculares já descritas, muitas dessas associadas à enzimopatia. Considerando-se a alta freqüência populacional da deficiência de G6PD, a constituição da população do Rio Grande do Sul e as dificuldades diagnósticas desta deficiência, este trabalho teve como objetivo caracterizar os aspectos laboratoriais do diagnóstico da deficiência de G6PD em nosso meio. Para a quantificação da atividade da G6PD, foi utilizado o método enzimáticocolorimétrico com normalização da hemoglobina (kit intercientífica) e para as análises moleculares foram investigadas as mutações 202, 376 e 563 por PCR/RFLP. O presente estudo revelou uma prevalência combinada de 7,9% das duas formas de deficiência de G6PD (completa e parcial) no Rio Grande do Sul, com alta prevalência de pacientes parcialmente deficientes e sem correlação com origem étnica. Usando técnicas bioquímicas e moleculares, foi caracterizada a deficiência de G6PD em amostras de Porto Alegre como sendo principalmente devida às mutações G202A e A376G, representando a variante G6PD A-, confirmando uma distribuição homogênea do padrão G6PD A- no Brasil. Os resultados apresentados aqui demonstraram que as condições de estocagem (temperatura principalmente) desempenham um papel fundamental na atividade da G6PD, especialmente nas coletas em papel filtro. Na avaliação da acurácia do método enzimático de medida da atividade da G6PD as sensibilidades e especificidades calculadas para os valores de cut-off estabelecido em uma população normal foram: para 2,9 U/gHb ( 11,4% e 100%), para 8 U/g Hb (77,1% e 94,7%) e para 11,5 U/g hb (97,1% e 76,3%). Estima-se que a deficiência de ambas as formas combinadas de G6PD seja de aproximadamente 8% numa amostra do RS. A partir de uma probabilidade pré-teste de 8,0%, após a realização do ensaio enzimático, a probabilidade pós-teste de uma pessoa ser deficiente de G6PD com nível enzimático inferior a 8 U/g Hb passa a ser 55,9%. Ao passo que para níveis superiores a 11,5 U/gHb esta probabilidade de deficiência diminui para 0,37%. Pode-se concluir que o método empregado (kit Intercientífica) foi adequado para avaliar a atividade enzimática de G6PD em amostras de sangue total. É um método capaz de detectar a deficiência de G6PD, demonstrando de forma satisfatória o grau de deficiência em indivíduos que possuem mutações que causam deficiência enzimática menos severa, inclusive mulheres heterozigotas. A análise molecular pode identificar o tipo de variante mas não pode indicar o risco real para as mulheres portadoras, que é diretamente estimado pelo nível de atividade enzimática.

Efeito de aminoácidos acumulados na felilcetonúria, hipertriptofanemia e cistinose sobre a atividade da piruvatoquinase em córtex cerebral de ratos

A cistinose é uma desordem sistêmica de estocagem autossômica recessiva hereditária rara, causada pelo transporte deficiente de cistina através da membrana lisossomal.. O acúmulo excessivo de cistina dentro dos lisossomos leva à destruição tecidual por mecanismos ainda não totalmente compreendidos. O acúmulo de cistina no sistema nervoso central pode provocar sintomas neurológicos tais como: convulsões, tremores e retardo mental. A hipertriptofanemia é uma desordem metabólica rara, provavelmente causada por um bloqueio na conversão do triptofano a quinurenina, acumulando triptofano e alguns de seus metabólitos no plasma e tecidos dos pacientes. Os pacientes apresentam retardo mental leve a moderado com respostas afetivas exageradas, mudanças periódicas de humor, comportamento hipersexual, e ataxia, além de erosões cutâneas de hipersensibilidade e retardo no crescimento. A fenilcetonúria é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência severa na atividade da enzima fenilalanina hidroxilase hepática que converte fenilalanina em tirosina. Esta doença é bioquimicamente caracterizada pelo acúmulo de fenilalanina e seus metabólitos, fenilpiruvato, fenillactato, fenilacetato, feniletilamina e O-hidroxifenilacetato no sangue e outros tecidos. Pacientes não tratados podem apresentar severo retardo mental e psicomotor e, em alguns pacientes, irritabilidade, movimentos despropositados, reflexos diminuídos dos tendões, convulsões, formação deficiente de mielina e microcefalia. Apesar de haver um consenso sobre o papel da fenilalanina no dano cerebral, os mecanismos pelos quais a fenilalanina é neurotóxica parece serem múltiplos e ainda pouco conhecidos. Estas 3 doenças: fenilcetonúria, hipertriptofanemia e cistinose são caracterizadas como Erros Inatos do Metabolismo. Os pacientes afetados por qualquer uma destas patologias apresentam uma característica clínica comum: o dano cerebral. Considerando que o metabolismo energético parece estar alterado nas três doenças e que a piruvatoquinase é uma enzima crucial para o metabolismo da glicose e liberação/armazenamento de energia para o cérebro, decidimos estudar o efeito dos três aminoácidos acumulados nestas doenças (fenilalanina, triptofano e cistina) sobre a atividade desta enzima em córtex cerebral de ratos, já que a alteração da atividade dessa enzima poderia contribuir para o dano cerebral característico nestes pacientes. Os estudos in vitro e in vivo mostraram que a o fenilalanina e o triptofano inibem a atividade da piruvtoquinase e que esta inibição pode pode ser prevenida por alanina. Quanto à cistina, os estudos in vitro mostraram que este aminoácido inibe a atividade da piruvatoquinase por dois mecanismos distintos, um dos quais parece envolver os grupos tiólicos da enzima e que pode ser prevenido e revertido pela cisteamina. Os estudos cinéticos sugeriram que a piruvatoquinase possui um sítio de ligação para aminoácidos (e talvez para alguns derivados de aminoácidos, como o fenilpiruvato) regulando a atividade da enzima. Se a inibição da atividade da piruvatoquinase também ocorrer nos pacientes afetados pelas doenças estudadas, é possível que medidas tais como a suplementação dietética de alanina e de glicose para os pacientes com fenilcetonúria e hipertriptofanemia e de cisteamina para os pacientes com cistinose, sejam benéficas. Entretanto, mais estudos são necessários antes de considerar o uso de tais medidas para os pacientes.

Efeito de nutrientes energéticos no metabolismo de aminoácidos em células de sertoli em cultura

Estudos previos de nosso laboratório (Monteiro,1999), demonstraram que os aminoácidos além de incorporarem-se às proteínas, também podem ser usados como nutrientes energéticos metabólicos. Grootegoed e Cols.,(1986), mostraram o envolvimento de diferentes substratos e de diferentes caminhos na obtenção de energia em células de Sertoli. Neste trabalho, verificamos a capacidade que diferentes aminoácidos possam ter para a produção de energia em células de Sertoli de ratos de 16-18 dias de idade, investigando a oxidação a CO2, conversão a lipídeos e incorporação a proteínas de alguns aminoácidos, na presença ou ausência de outros nutrientes energéticos, tais como ác. palmítico, glicose e/ou glutamina. No capítulo I do presente trabalho, realizou-se um estudo utilizando os aminoácidos alanina, leucina, glicina, glutamina e valina em cultura de células de Sertoli, na presença ou ausência de nutrientes energéticos tais como: ácido palmítico, glicose e/ou glutamina. Nossos resultados mostraram que a glicina parece ser um pobre substrato energético sendo principalmente incorporada a proteínas e parcialmente convertida à lipídeos. O catabolismo da glicina não é alterado na presença de ácido palmítico, glicose e/ou glutamina. A presença de ác. palmítico não tem efeito no metabolismo dos aminoácidos estudados, no que se refere à oxidação a CO2, conversão a lipídeos e incorporação em proteínas pelas células de Sertoli em cultura. Por outro lado, a presença de glicose parece alterar significativamente a produção de CO2, bem como a síntese de lipídeos e proteínas a partir dos aminoácidos alanina, leucina e valina. A respeito da presença da glutamina, os resultados mostram diminuição na oxidação a CO2 da alanina, leucina e valina nas células de Sertoli, mesmo na presença de glicose, enquanto que a conversão destes aminoácidos a lipídeos não foi alterada. Contudo, quando glutamina e glicose foram adicionadas juntas, somente a conversão a lipídeos a partir da leucina foi aumentada. A glutamina causou uma diminuição na incorporação da alanina em proteínas sem alterar a incorporação da leucina e da valina. Por outro lado, tanto alanina quanto leucina diminuíram a oxidação da glutamina a CO2. No capítulo II estudou-se o efeito conjunto de dois nutrientes energéticos (glicose, glutamina, ácido palmítico e piruvato) no metabolismo dos aminoácidos leucina, glutamina e valina em cultura de células de Sertoli, no que diz respeito à produção de energia, procurando esclarecer aspectos referentes à oxidação a CO2, conversão a lipídeos e incorporação em proteínas. Nossos resultados mostram que a adição do ácido palmítico junto à glicose não alterou o metabolismo da leucina, no que se refere à oxidação a CO2, conversão a lipídeos e incorporação a proteínas. Por outro lado, a presença de glicose e de ác. palmítico diminuiu a oxidação do CO2, não modificando a conversão a lipídeos e incorporação de valina a proteínas. Quanto ao metabolismo da glutamina, tanto a adição de glicose juntamente com ácido palmítico, não modificaram o metabolismo da glutamina na oxidação a CO2, conversão a lipídeos e incorporação a proteínas. Sendo assim, entre os substratos energéticos utilizados neste trabalho, a glutamina foi o mais utilizado pelas células de Sertoli para a obtenção de energia, mesmo na presença de outros nutrientes tais como: glicose, ácido palmítico e piruvato. Por outro lado, entre os nutrientes energéticos o ácido palmítico é o menos proveitoso para a obtenção de energia pelas células de Sertoli.

Efeito dos ácidos D-2-hidroxiglutárico e L-2-hidroxiglutárico sobre vários parâmetros do metabolismo energético em cérebro, músculo esquelético e músculo cardíaco de ratos

As acidúrias L-2-hidroxiglutárica (LHGA) e D-2-hidroxiglutárica (DHGA) são distúrbios neurometabólicos hereditários caracterizados por extenso e severo dano cerebral, ocasionando predominantemente convulsões, coma e atrofia cerebral. Na LHGA, as lesões cerebrais ocorrem principalmente no cerebelo enquanto a maior parte do cérebro é afetada na DHGA. Além disso, hipotonia, fraqueza e hipotrofia muscular, bem como cardiomiopatia têm sido observadas nos pacientes afetados por essas acidemias orgânicas, com maior freqüência na DHGA. Bioquimicamente, ocorre acúmulo tecidual dos ácidos L- 2-hidroxiglutárico (LGA) e D-2-hidróxiglutárico (DGA), respectivamente, na LHGA e na DHGA. Além disso, elevadas concentrações urinárias de lactato, 2-cetoglutarato e outros metabólitos do ciclo de Krebs têm sido descritas em pacientes acometidos por essas patologias, sugerindo uma disfunção mitocondrial. mitocondrial. Tendo em vista que a etiopatogenia da disfunção tecidual nesses pacientes é desconhecida, o presente trabalho investigou o efeito in vitro dos ácidos LGA e DGA sobre diversos parâmetros do metabolismo energético celular. Inicialmente, avaliamos o efeito dos ácidos DGA e LGA sobre a utilização de glicose e produção de CO2 em homogeneizados e fatias de córtex cerebral. Verificamos que o DGA reduziu significativamente tanto o consumo de glicose quanto a produção de CO2 pelo córtex cerebral, enquanto o LGA não demonstrou efeito sobre esses parâmetros. Além disso, o DGA inibiu significativamente a atividade da citocromo c oxidase em homogeneizado de córtex cerebral de ratos (35-95%), de forma dose-dependente, sem alterar a atividade dos demais complexos da cadeia respiratória. A inibição verificada foi do tipo acompetitiva. Por outro lado, o LGA não alterou a atividade de nenhum dos complexos enzimático estudados. Posteriormente, avaliamos o efeito in vitro dos ácidos DGA e LGA sobre a atividade da creatina quinase (CK) em homogeneizado total e nas frações citosólica e mitocondrial de tecido cerebral, muscular esquelético e cardíaco de ratos. Os resultados mostraram que o DGA inibiu significativamente a atividade das isoformas mitocondrial e citosólica da CK em preparações de córtex cerebral, músculo esquelético de cardíaco. Por outro lado, tanto DGA quanto LGA inibiram seletivamente a isoforma mitocondrial em preparações de cerebelo. Estudos cinéticos mostraram um perfil não competitivo de inibição com relação à fosfocreatina para ambos os ácidos nos tecidos estudados. Além IV disso, observamos também que o efeito inibitório de ambos os ácidos foi totalmente revertido por glutationa reduzida, sugerindo uma modificação causada pelos metabólitos sobre os grupos sulfidrila, essenciais para a atividade da enzima. Nossos resultados sugerem que a inibição significativa causada pelo DGA sobre as atividades da citocromo c oxidase e da creatina quinase no córtex cerebral, assim como nos músculos cardíaco e esquelético poderiam explicar, ao menos em parte, a fisiopatogenia da disfunção neurológica e anormalidades estruturais no sistema nervoso central, bem como a mitocondriopatia esquelética e a cardiomiopatia presente nos pacientes afetados por DHGA. Por outro lado, é possível que a inibição seletiva da creatina quinase mitocondrial provocada pelo LGA em cerebelo possa estar associada à degeneração cerebelar característica dos pacientes com LHGA.

Efeito da anoxia sobre o metabolismo de carboidratos no sistema nervoso central do caracol Megalobulimus oblongos (Gastropoda: Pulmonata)

No seu hábitat, muitos organismos, entre eles os caracóis, estão expostos a um grande número de variáveis ambientais como temperatura, umidade, fotoperiodicidade e disponibilidade de alimento. O caracol Megalobulimus oblongus é um gastrópode terrestre que, durante épocas de estiagem, costuma permanecer enterrado no solo. Com esse comportamento o animal evita a perda de água durante o período de seca, embora nessa condição (enterrado no solo) o animal tenha que enfrentar uma situação de disponibilidade de oxigênio reduzida (hipóxia). O metabolismo dos gastrópodes terrestres está baseado na utilização de carboidratos e as reservas desse polissacarídeo são depletadas durante situações de hipóxia/anoxia. Estudos sobre o metabolismo de moluscos frente a essas condições ambientais adversas, como a própria anoxia, têm sido realizados apenas em tecidos de reserva. Trabalhos relacionando o metabolismo do sistema nervoso durante essa situação são escassos. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo estudar o metabolismo de carboidratos do sistema nervoso central do caracol Megalobulimus oblongus submetido a diferentes períodos de anoxia e recuperação aeróbia pós-anoxia. Para isso, após o período experimental foram dosadas a concentração de glicogênio e a concentração de glicose livre nos gânglios do sistema nervoso central do animal, além da concentração de glicose hemolinfática. Juntamente com essa abordagem bioquímica, foi realizado um estudo histoquímico semiquantitativo com o objetivo de verificar a atividade da forma ativa da enzima glicogênio fosforilase (GFa) nos gânglios cerebrais dos caracóis submetidos aos períodos de anoxia e recuperação. Foi verificado um aumento da concentração de glicose hemolinfática após o período inicial de 1,5h de anoxia, que se manteve elevado ao longo de todo o período anóxico. A concentração de glicogênio estava significativamente reduzida às 12h de anoxia e a concentração de glicose livre permaneceu constante ao longo de todo o período anóxico, enquanto foi observada uma redução progressiva da GFa. Não foram verificadas mudanças significativas nesses metabólitos nos animais do grupo simulação (“sham”) quando comparados ao grupo controle basal. Durante o período de recuperação aeróbia após 3h de anoxia, os valores de glicose hemolinfática foram reduzidos, retornando aos valores basais após 3h de recuperação aeróbia. A atividade GFa, reduzida durante a anoxia, também retornou aos valores do grupo controle durante a fase de recuperação. A concentração de glicose livre teve uma queda significativa no tempo de 1,5h de recuperação e existiu uma tendência à redução do glicogênio do tecido nervoso às 3h de recuperação aeróbia. A enzima GFa retornou a sua atividade basal durante o período de recuperação. Os resultados sugerem que, em função da elevada concentração de glicose hemolinfática, outros tecidos possam estar fornecendo a glicose necessária para a manutenção do tecido nervoso de Megalobulimus oblongus durante a anoxia, enquanto a redução do glicogênio do tecido nervoso verificada às 12h de anoxia deva estar relacionada ao aumento de atividade do animal durante a escotofase (o grupo 12h de anoxia foi dissecado à noite) somado ao próprio efeito da anoxia. A redução da GFa ao longo do período anóxico pode indicar uma depressão metabólica no tecido nervoso. Durante o início da fase de recuperação aeróbia pós-anoxia, a queda da concentração de glicose livre e a tendência à redução na concentração de glicogênio podem estar relacionadas ao fornecimento da energia necessária para o restabelecimento dos estoques energéticos utilizados durante às 3h iniciais de anoxia, já que a glicose hemolinfática retornou à concentração basal. Como não foi verificada qualquer redução significativa durante às 3h iniciais de anoxia nas concentrações de glicose livre e de x glicogênio nos gânglios nervosos centrais de Megalobulimus oblongus, discute-se a possibilidade de que o tecido nervoso do caracol tenha utilizado reservas de fosfogênios e ATP para satisfazer suas demandas energéticas durante as 3h iniciais de ausência de oxigênio.

Efeito da administração de arginina sobre o metabolismo energético em cérebro de ratos adultos

A hiperargininemia é um erro inato do ciclo da uréia causado pela deficiência na atividade da arginase hepática. Esta doença é caracterizada bioquimicamente pelo acúmulo tecidual de arginina (Arg). Retardo mental e outras alterações neurológicas, cujos mecanismos são ainda desconhecidos, são sintomas comuns em pacientes hiperargininêmicos. O óxido nítrico (NO) é gerado em todas as células do sistema nervoso central (SNC) pela enzima óxido nítrico sintase (NOS), a qual, na presença de oxigênio molecular, tetraidrobiopterina e outros cofatores, catalisa a conversão de Arg em NO e citrulina. Em condições normais, o NO desempenha importante papel fisiológico no SNC, como por exemplo, na liberação de neurotransmissores e expressão gênica. Quando há formação excessiva, o NO torna-se um importante mediador de neurotoxicidade Trabalhos realizados em nosso laboratório mostraram que a administração aguda de Arg em ratos diminui a atividade da Na+,K+-ATPase e aumenta o estresse oxidativo cerebral. Outros estudos mostraram que a administração de Arg prejudica a memória em ratos. Estes resultados foram prevenidos pelo Nϖ-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME), um inibidor competitivo da NOS, sugerindo que a administração de Arg altera estes parâmetros através do NO e/ou estresse oxidativo. Considerando que a administração de Arg aumenta o estresse oxidativo e que estudos mostram que o NO inibe a cadeia de transporte de elétrons provavelmente comprometendo a produção de energia, no presente trabalho, nós investigamos o efeito da administração aguda de Arg sobre alguns parâmetros do metabolismo energético (produção de CO2, captação de glicose, produção de lactato e atividades da succinato desidrogenase, complexo II e IV da cadeia respiratória) em hipocampo de ratos. Também testamos o efeito do L-NAME sobre os efeitos produzidos pela Arg Ratos adultos de 60 dias foram tratados com uma única injeção intraperitoneal de Arg, de acordo com o protocolo estabelecido por Buchmann e colaboradores (1996). A dose de Arg (0,8 g/Kg) usada atinge níveis plasmáticos semelhantes àqueles encontrados em pacientes hiperargininêmicos (1,5 mM). Os resultados do presente trabalho mostraram que a administração de Arg aumentou significativamente a produção de lactato e diminuiu a produção de CO2 e a captação de glicose, bem como as atividades da succinato desidrogenase e do complexo II, e que a injeção simultânea de L-NAME preveniu estes efeitos, exceto a produção de CO2 e a produção de lactato. No entanto, não houve alteração na atividade da citocromo c oxidase (complexo IV). Se estes achados também ocorrerem em humanos, pode-se presumir que a Arg prejudica o metabolismo energético, possivelmente através da geração de radicais livres induzida pela formação de NO e/ou da formação de poliaminas, contribuindo assim para a disfunção cerebral observada na hiperargininemia.

Efeito in vitro de quinureninas sobre parâmetros bioquímicos do metabolismo enrgético em cérebro de ratos jovens

A via das quinureninas é a principal rota de degradação do aminoácido triptofano. Os metabólitos dessa via, comumente chamados de quinureninas, estão envolvidos em vários processos fisiológicos e patológicos e, recentemente, algumas quinureninas foram relacionadas à fisiopatologia de várias doenças neurodegenerativas. Tendo em vista o pouco conhecimento a respeito do efeito das quinureninas sobre o metabolismo energético cerebral, e considerando que as concentrações de algumas quinureninas estão alteradas em várias doenças neurodegenerativas e que disfunção mitocondrial é uma importante característica dessas doenças, este trabalho teve por objetivo investigar os efeitos in vitro de alguns metabólitos da via das quinureninas, particularmente L-quinurenina, ácido quinurênico, 3-hidroxiquinurenina, ácido 3-hidroxi-antranílico, ácido antranílico e ácido quinolínico sobre alguns parâmetros do metabolismo energético em córtex cerebral de ratos jovens. Verificamos que todas as quinureninas testadas, à exceção da L-quinurenina, aumentaram a captação de glicose e inibiram a produção de CO2 a partir de glicose, acetato e citrato em córtex cerebral de ratos de 30 dias de vida. Além disso, o ácido quinurênico inibiu a atividade da enzima sucinato desidrogenase, a 3-hidroxiquinurenina inibiu a atividade dos complexos I, II e IV da cadeia respiratória, enquanto que o ácido 3-hidroxi-antranílico inibiu as atividades dos complexos I e II da cadeia respiratória e da enzima sucinato desidrogenase. Já o ácido antranílico inibiu as atividades do complexo I-III da cadeia respiratória e da enzima sucinato desidrogenase. Por outro lado, o ácido quinolínico inibiu apenas a atividade do complexo II, sem alterar as atividades dos outros complexos da cadeia transportadora de elétrons. Finalmente, observamos que nenhuma das substâncias testadas interferiu na atividade da enzima Na+,K+-ATPase. Esses resultados sugerem um bloqueio no ciclo do ácido cítrico, o qual poderia ser provocado pela inibição da cadeia respiratória ocasionada pelos metabólitos testados. Portanto nossos resultados sugerem que o metabolismo energético cerebral é inibido in vitro por algumas quinureninas. Caso esses achados se confirmem in vivo, é possível que um prejuízo no metabolismo energético possa colaborar, ao menos em parte, para o comprometimento cerebral dos pacientes afetados por doenças em que há alteração nas concentrações desses compostos.

Estudo do metabolismo de carboidratos e de lipídios em tecidos de caranguejos Chasmagnathus granulatus (Dana, 1851) submetidos ao estresse osmótico : inverno e verão

Este estudo teve como objetivo verificar o efeito do estresse osmótico sobre a via gliconeogênica a partir de glicerol em brânquias e sobre a concentração de lipídios totais em diferentes tecidos de Chasmagnathus granulatus, no inverno e no verão, bem como a atividade das enzimas gliconeogênicas glicose-6-fosfatase (G6Fase) e frutose 1,6-bifosfatase (FBFase). Foram determinadas as concentrações de lipídios totais em brânquias anteriores (BA) e posteriores (BP), hepatopâncreas, músculo da quela e hemolinfa de animais do grupo controle (20‰) ou submetidos a 1, 3 e 6 dias de estresse hipo (0‰) ou hiperosmótico (34‰) no inverno e no verão. Em BPs a concentração de lipídios totais foi maior do que nas BAs de inverno e verão. No hepatopâncreas, durante o estresse hiperosmótico, a concentração de lipídios foi maior no inverno do que no verão. No verão, a concentração de lipídios totais diminuiu nas BPs, no hepatopâncreas e no músculo durante o estresse hiperosmótico, sugerindo que os lipídios estão sendo utilizados como substrato energético durante a aclimatação ao estresse. O aumento da concentração de lipídios totais nas brânquias e no hepatopâncreas sugere a participação da lipogênese no ajuste metabólico ao estresse hiposmótico no inverno. A formação de glicose foi determinada a partir de [14C] - glicerol-, in vitro, em BAs e BPs de animais do grupo controle ou submetidos ao estresse hipo ou hiperosmótico de 1, 3 e 6 dias no inverno e no verão. A gliconeogênese em BAs e BPs do grupo controle foi maior no verão do que no inverno. No verão, no grupo controle, a gliconeogênese das BPs foi maior do que aquela das BAs. A diminuição da capacidade gliconeogênica das brânquias durante diferentes tempos de estresse hiperosmótico sugere a participação desses tecidos no ajuste metabólico ao estresse. Durante o estresse hiposmótico, o glicerol parece não ser o substrato preferencial utilizado por essa dessa via tanto no verão como no inverno. A atividade das enzimas G6Fase e FBFase foi determinada em BAs e BPs, hepatopâncreas e músculo da mandíbula de animais do grupo controle ou submetidos a 3 dias de estresse hipo ou hiperosmótico nos meses de verão. A atividade da G6Fase e da FBFase no grupo controle foi mais elevada no hepatopâncreas do que nos outros tecidos. As atividades dessas enzimas confirmam que a via gliconeogênica é completa nos tecidos estudados. O efeito do estresse hipo ou hiperosmótico, in vivo, sobre a atividade das enzimas varia conforme o tecido do caranguejo.

Efeito da anoxia e da recuperação sobre o metabolismo intermediário do caranguejo Chasmagnathus granulata alimentado com dieta rica em carboidratos ou proteínas

O caranguejo Chasmagnathus granulata (Crustacea, Decapoda, Grapsidae) apesar de ter evoluído de formas marinhas é uma espécie tipicamente estuarina, sendo dificilmente encontrada no mar. Em seu hábitat, o caranguejo permanece longos períodos fora da água, sendo considerado um animal tipicamente semiterrestre. As respostas fisiológicas às variações das concentrações de O2 incluem alterações significativas na ventilação, na circulação, no metabolismo e nas propriedades de afinidade da hemocianina pelo O2. Estudos anteriores comprovaram que em alguns tecidos específicos da carpa Carassius carassius ocorre redução significativa da síntese protéica mas no cérebro não ocorre a mesma resposta metabólica, sugerindo ser esta uma das estratégias de conservação de energia. Os resultados obtidos no presente estudo mostram que, após uma hora de anoxia, a glicose hemolinfática aumentou 3 e 4 vezes em animais alimentados com dieta rica em carboidratos (RC) e rica em proteínas (RP), respectivamente. Após três horas de recuperação, os níveis glicêmicos retornaram aos valores semelhantes aos do grupo controle em ambos os tratamentos alimentares. Após uma hora de anoxia, a concentração de glicose livre nas brânquias anteriores (BA) reduziu significativamente em animais alimentados com dieta RC (70%) e RP (60%). Nas brânquias posteriores (BP) de animais alimentados com dieta RC e dieta RP, a anoxia reduziu 64% e 54% (p<0,05), respectivamente. Estes valores mantiveram-se reduzidos durante o período de recuperação, tanto nas BA como nas BP. Em animais alimentados com dieta RP, as concentrações de glicogênio reduziram somente após três horas de recuperação, tanto em BA como em BP, entretanto,somente nas BA de animais alimentados com dieta RP houve um aumento de 118% (p<0,05) dos níveis de ATP na anoxia e 116% na recuperação aeróbica No hepatopâncreas, a síntese proteica reduziu 78% e 65% (p<0,05) na anoxia e recuperação em animais alimentados com dieta RP, respectivamente. Já nos animais alimentados com dieta RC, a síntese protéica no hepatopâncreas aumentou em 42%, na recuperação. No músculo de animais que receberam este tratamento alimentar, ocorreu um aumento de 213% (p<0,05) na síntese protéica durante o período de anoxia e uma redução de 12% durante o período de recuperação aeróbica. Em caramguejos alimentados com dieta RP, a síntese protéica reduziu na anoxia 57% nas BA e 36% nas BP. Na dieta RC houve um aumento de 13% da síntese protéica nas brânquias anteriores e 8% nas brânquias posteriores durante a recuperação. Portanto, a capacidade de síntese protéica no caranguejo C. granulata, está relacionada com a característica funcional e a capacidade metabólica do tecidos submetidos à anoxia e à recuperação aeróbica. Os resultados do presente estudo demonstram que durante a anoxia e a recuperação aeróbica no caranguejo C. granulata ocorrem ajustes metabólicos diferenciados. Estes ajustes também dependem dos tecidos analisados e das dietas administradas.

Efeito in vitro dos ácidos 2-metilacetoacético e 2-metil-3-hidroxibutírico sobre alguns parâmetros do metabolismo energético em córtex cerebral de ratos jovens

As deficiências da β-cetotiolase mitocondrial e da 2-metil-3-hidroxibutiril-CoA desidrogenase (MHBD) são erros inatos do catabolismo da isoleucina. Os pacientes afetados pela deficiência da β-cetotiolase apresentam crises agudas de cetose e acidose metabólica, podendo apresentar convulsões que podem evoluir ao coma e morte. Bioquimicamente, são caracterizados por excreção urinária aumentada de ácido 2-metilacetoacético (MAA), 2-metil-3-hidroxibutírico (MHB) e tiglilglicina (TG). Alguns indivíduos apresentam acidemia láctica durante as crises de descompensação metabólica. Por outro lado, os indivíduos afetados pela deficiência da MHBD são caracterizados por retardo mental, convulsões e acidose láctica severa, apresentando excreção urinária aumentada de MHB e TG. O aumento do ácido láctico em ambas as enfermidades sugere um comprometimento do metabolismo energético. Tendo em vista que os mecanismos fisiopatogênicos de ambas desordens são totalmente desconhecidos e que os achados bioquímicos sugerem um déficit na produção de energia dos pacientes, o presente trabalho teve por objetivo investigar os efeitos in vitro do MAA e do MHB sobre alguns parâmetros do metabolismo energético em córtex cerebral de ratos jovens. Nossos resultados demonstraram que o MAA inibiu a produção de CO2 a partir de glicose, acetato e citrato, indicando um bloqueio do ciclo do ácido cítrico. Em adição, o complexo II da cadeia respiratória bem como a enzima succinato desidrogenase foram inibidos na presença do MAA. Portanto, é possível que a inibição da cadeia respiratória tenha levado à inibição secundária do ciclo de Krebs. As enzimas Na+,K+-ATPase e creatina quinase (CK) não foram afetadas pelo MAA. O MHB inibiu a produção de CO2 a partir dos três substratos testados bem como o complexo IV da cadeia respiratória, sugerindo que a inibição da cadeia respiratória tenha levado à inibição da produção CO2 pelo ciclo de Krebs. A enzima Na+,K+- ATPase não foi afetada pelo ácido. No entanto, o MHB inibiu a atividade total da CK às custas da CK mitocondrial (mi-CK). A presença do inibidor da enzima óxido nítrico sintase L-NAME e do antioxidante glutationa reduzida (GSH) preveniram a inibição da atividade total da CK, enquanto que a GSH preveniu a inibição da mi-CK, sugerindo que os efeitos do MHB sobre a CK estejam relacionados à oxidação de grupamentos tióis essenciais à atividade enzimática. Tais resultados sugerem que o metabolismo energético cerebral é inibido in vitro pelo MAA e pelo MHB. Caso estes achados se confirmem nas deficiências da β-cetotiolase e da MHBD, é possível que um prejuízo no metabolismo energético causado pelo acúmulo destes metabólitos possa explicar, ao menos em parte, o dano neurológico encontrado nos pacientes portadores destas doenças.

Efeitos in vitro de metabólitos acumulados na deficiência da acil-CoA desidrogenase de cadeia média (MCAD) sobre parâmetros do metabolismo energético em córtex cerebral de ratos jovens

A deficiência da desidrogenase de acilas de cadeia média (MCAD) é o mais freqüente erro inato da oxidação de ácidos graxos. Os indivíduos afetados por esse distúrbio apresentam-se sintomáticos durante períodos de descompensação metabólica, caracterizado pelo acúmulo de ácidos graxos de cadeia média (AGCM), particularmente os ácidos octanóico (AO), decanóico (AD) e cis-4-decenóico (AcD). Durante as crises, os pacientes apresentam hipoglicemia hipocetótica, hipotonia, rabdomiólise, edema cerebral e, finalmente, entram em coma, podendo ter um desenlace fatal. O tratamento de urgência é baseado na infusão de glicose nos pacientes durante as crises, enquanto uma dieta rica em carboidratos e pobre em gorduras é recomendada nos períodos fora das crises. Uma parte considerável dos pacientes que sobrevivem às crises apresenta um grau variável de manifestações neurológicas. Entretanto, os mecanismos responsáveis pelos sintomas neurológicos da deficiência de MCAD são praticamente desconhecidos. No presente estudo avaliamos a influência dos principais metabólitos acumulados na deficiência de MCAD, os ácidos AO, AD e AcD, e , em alguns casos, também de seus derivados de carnitina e glicina, sobre as atividades de enzimas importantes do metabolismo energético em córtex cerebral de ratos Wistar de 30 dias de vida. AO, AD, AcD e octanoilcarnitina inibiram a atividade da Na+, K+-ATPase, com ênfase ao AcD, o inibidor mais potente da atividade da enzima. Além disso, verificamos que a co-incubação do AO com glutationa (GSH) ou trolox (vitamina E solúvel) evitou seu efeito inibitório sobre a atividade da enzima. A inibição da enzima pelo AcD foi também prevenida quando o mesmo foi co-incubado com as enzimas catalase (CAT) e superóxido dismutase (SOD) juntas, mas não com GSH. Além disso, AO, AD e AcD aumentaram a lipoperoxidação em homogeneizados de córtex cerebral de ratos, medidos por quimioluminescência e TBA-RS. Tais resultados sugerem que esses metabólitos inibiram a atividade da Na+, K+-ATPase via radicais livres. Observamos ainda que somente AD e AcD inibiram atividades dos complexos da cadeia respiratória, ao contrário do AO que não teve qualquer ação sobre essas atividades. Enquanto o AD diminuiu somente a atividade do complexo IV a uma concentração muito alta (3 mM), o AcD diminuiu as atividades dos complexos II, II-III e IV dentro da faixa de concentrações encontrada na deficiência de MCAD (0,25-0,5 mM). Além disso, AO, AD e AcD inibiram a produção de CO2 a aprtir de glicose e acetato radiativos como substratos, indicando uma inibição do ciclo de Krebs. No entanto, somente AD e AcD reduziram a produção de CO2 a partir de citrato, enquanto AO não alterou a mesma. Além disso, nenhum dos três metabólitos testados alterou a atividade da citrato sintase. Demonstramos ainda que o AcD reduziu as atividades da creatinaquinase mitocondrial e citosólica, mas em uma concentração muito alta não encontrada na deficiência de MCAD. Este efeito não foi evitado por GSH, vitamina C+E ou L-NAME, sugerindo que o mesmo deve ter ocorrido via mecanismo distinto do estresse oxidativo. AcD foi o inibidor mais potente das atividades enzimáticas testadas neste trabalho, indicando que deve ser o metabólito de maior toxicidade nesta doença, ao menos no que se refere ao comprometimento do metabolismo energético. Espera-se que nossos resultados possam contribuir para um melhor entendimento dos mecanismos responsáveis pelos sintomas neurológicos envolvidos na deficiência de MCAD.

Efeitos in vivo e in vitro do ácido glutárico sobre parâmetros bioquímicos do metabolismo energético em cérebro médio, músculo esquelético e músculo cardíaco de ratos jovens

O ácido glutárico (AG) é o principal metabólito acumulado nos tecidos e fluidos corporais de pacientes afetados por acidemia glutárica tipo I (AG I), um erro inato do metabolismo da via catabólica dos aminoácidos lisina, hidroxilisina e triptofano causado pela deficiência severa da atividade da enzima glutaril-CoA desidrogenase. Clinicamente, os pacientes apresentam macrocefalia ao nascimento e uma hipomielinização ou desmielinização progressiva do córtex cerebral. Crises de descompensação metabólica com encefalopatia aguda ocorrem nestes pacientes principalmente entre 3 e 36 meses de vida, levando a uma marcada degeneração estriatal, que é a principal manifestação neurológica da doença. Depois de sofrer essas crises, os pacientes apresentam distonia e discinesia que progridem rapidamente e os incapacita para as atividades normais. Apesar dos sintomas neurológicos severos e achados neuropatológicos com atrofia cerebral, os mecanismos que levam ao dano cerebral na AG I são pouco conhecidos. O objetivo inicial do presente trabalho foi desenvolver um modelo animal por indução química de AG I através da injeção subcutânea do AG em ratos Wistar de forma que os níveis cerebrais deste composto atinjam concentrações similares aos encontrados em pacientes (~0,5 mM) para estudos neuroquímicos e comportamentais. Observamos que o AG atingiu concentrações no cérebro aproximadamente 10 vezes menores do que no plasma e 5 vezes menores do que nos músculos cardíaco e esquelético. O próximo passo foi investigar o efeito desse modelo sobre parâmetros do metabolismo energético no cérebro médio, bem como nos tecidos periféricos (músculo cardíaco e músculo esquelético) de ratos de 21 dias de vida Verificamos que a produção de CO2 a partir de glicose não foi alterada no cérebro médio dos ratos, bem como a atividade da creatina quinase no cérebro médio, músculo cardíaco e músculo esquelético. A atividade do complexo I-III da cadeia respiratória estava inibida em cérebro médio de ratos (25%), enquanto no músculo esquelético estavam inibidas as atividades dos complexos I-III (25%) e II-III (15%) e no músculo cardíaco não foi encontrada nenhuma inibição dos complexos da cadeia respiratória. Em seguida, testamos o efeito in vitro do AG sobre os mesmos parâmetros do metabolismo energético e observamos uma inibição das atividades do complexo I-III (20%) e da sucinato desidrogenase (30%) no cérebro médio na concentração de 5 mM do ácido. A produção de CO2, a partir de glicose e acetato, e a atividade da creatina quinase não foram alteradas pelo AG no cérebro médio dos animais. Assim, concluímos que o AG interfere no metabolismo energético celular, o que poderia explicar, ao menos em parte, a fisiopatogenia da AG I.