Descending pain modulation in a Kaolin-induced hydrocephalus rat model

Pain transmission at the spinal cord is modulated by descending actions that arise from supraspinal areas which collectively form the endogenous pain control system. Two key areas involved of the endogenous pain control system have a circunventricular location, namely the periaqueductal grey (PAG) and the locus coeruleus (LC). The PAG plays a crucial role in descending pain modulation as it conveys the input from higher brain centers to the spinal cord. As to the LC, it is involved in descending pain inhibition by direct noradrenergic projections to the spinal cord. In the context of neurological defects, several diseases may affect the structure and function of the brain. Hydrocephalus is a congenital or acquired disease characterized by an enlargement of the ventricles which leads to a distortion of the adjacent tissues, including the PAG and LC. Usually, patients suffering from hydrocephalus present dysfunctions in learning and memory and also motor deficits. It remains to be evaluated if lesions of the periventricular brain areas involved in pain control during hydrocephalus may affect descending pain control and, herein, affect pain responses. The studies included in the present thesis used an experimental model of hydrocephalus (the rat injected in the cisterna magna with kaolin) to study descending modulation of pain, focusing on the two circumventricular regions referred above (the PAG and the LC). In order to evaluate the effects of kaolin injection into the cisterna magna, we measured the degree of ventricular dilatation in sections encompassing the PAG by standard cytoarquitectonic stanings (thionin staining). For the LC, immunodetection of the noradrenaline-synthetizing enzyme tyrosine hydroxylase (TH) was performed, due to the noradrenergic nature of the LC neurons. In general, rats with kaolin-induced hydrocephalus presented a higher dilatation of the 4th ventricle, along with a tendency to a higher area of the PAG. Due to the validated role of detection the c-fos protooncogene as a marker of neuronal activation, we also studied neuronal activation in the several subnuclei which compose the PAG, namely the dorsomedial, dorsolateral, lateral and ventrolateral (VLPAG) parts. A decrease in the numbers of neurons immunoreactive for Fos protein (the product of activation of the c-fos protooncogene) was detected in rats injected with kaolin, whereas the remaining PAG subnuclei did not present changes in Fos-immunoreactive nuclei. Increases in the levels of TH in the LC, namely at the rostral parts of the nucleus, were detected in hydrocephalic animals. The following pain-related parameters were measured, namely 1) pain behavioural responses in a validated pain inflammatory test (the formalin test) and 2) the nociceptive activation of spinal cord neurons. A decrease in behavioral responses was detected in rats with kaolin-induced hydrocephalus was detected, namely in the second phase of the test (inflammatory phase). This is the phase of the formalin test in which the motor behaviour is less important, which is important since a semi-quantitative analysis of the motor performance of rats injected with kaolin indicates that these animals may present some motor impairments. Collectively, the results of the behavioral studies indicate that rats with kaolin-induced hydrocephalus exhibit hypoalgesia. A decrease in Fos expression was detected at the superficial dorsal layers of the spinal cord in rats with kaolin-induced hydrocephalus, further indicating that hydrocephalus decreases nociceptive responses. It remains to be ascertained if this is due to alterations in the PAG and LC in the rats with kaolin-induced hydrocephalus, which may affect descending pain modulation. It remains to be evaluated what are the mechanisms underlying the increased pain inhibition at the spinal dorsal horn in the hydrocephalus rats. Regarding the VLPAG, the decrease in neuronal activity may impair descending modulation. Since the LC has higher levels of TH in rats with kaolininduced hydrocephalus, which also appears to increase the noradrenergic innervation in the spinal dorsal horn, it is possible that an increase in the release of noradrenaline at the spinal cord accounts for pain inhibition. Our studies also determine the need to study in detail patients with hydrocephalus namely in what concerns their thresholds to pain and to perform imaging studies focused on the structure and function of pain control areas in the brain.

Étude des mécanismes psychophysiologiques de la modulation volontaire de la douleur par le biofeedback et la respiration.

Bien que la douleur soit une expérience subjective universelle, la façon de la percevoir et de l’interpréter est modulée par une multitude de facteurs. Plusieurs interventions cognitives se sont montrées efficaces pour réduire la douleur dans des conditions cliniques et expérimentales. Cette thèse s’intéressera particulièrement aux mécanismes psychophysiologiques impliqués dans les stratégies de modulation volontaire de la douleur. Ces stratégies sont intéressantes puisqu’elles encouragent une prise en charge par l’individu, lui permettant de jouer un rôle actif dans la régulation de sa douleur. La première étude s’intéresse à l’efficacité du biofeedback comme moyen de modulation volontaire de la douleur. Il s’agissait de déterminer si le fait de présenter une rétroaction de l’amplitude du réflex RIII (évoqué par une stimulation électrique du nerf sural) au cours d’un entraînement de plusieurs essais permettrait au participant d’adopter des stratégies de modulation de la douleur et d’activer volontairement des mécanismes de contrôle descendant de la douleur. De façon à évaluer spécifiquement les changements induits par le biofeedback, la modulation du réflexe RIII et de la douleur était comparée dans trois groupes (biofeedback valide, faux biofeedback et groupe contrôle sans rétroaction). Dans les trois groupes, il était suggéré aux participants d’utiliser des stratégies cognitives de modulation de la douleur (attention, modulation de la respiration, réévaluation cognitive et imagerie mentale) afin d’augmenter ou de diminuer leur réflexe RIII comparativement à leur niveau de base. Les résultats de notre étude indiquent que les participants des 3 groupes ont réussi à moduler leur réflexe RIII (p<0,001) ainsi que leurs évaluations de douleur (p<0,001) (intensité et désagrément). Les résultats de notre étude montrent que l’entraînement au biofeedback n’était pas nécessaire pour obtenir une modulation du réflexe RIII et de la douleur, ce qui suggère que l’utilisation de stratégies cognitives pourrait être suffisante pour déclencher des mécanismes de contrôle de la douleur. La deuxième étude découle de la première et s’intéressait à l’influence de la fréquence et de la phase respiratoire sur la nociception spinale, l’activité cérébrale et la perception de douleur. Le contrôle volontaire de la respiration est un moyen commun de régulation des émotions et est fréquemment utilisé en combinaison avec d’autres techniques (ex. : relaxation, méditation) dans le but de réguler la douleur. Les participants étaient invités à synchroniser leur respiration à des indices sonores indiquant le moment de l’inspiration et de l’expiration. Trois patrons de respiration étaient proposés (respiration à 0,1Hz avec une inspiration de 4 secondes, respiration à 0,1Hz avec une inspiration de 2 secondes et respiration à 0,2Hz avec une inspiration de 2 secondes. La moitié des stimulations étaient données durant l’inspiration et l’autre moitié durant l’expiration. Afin d’évaluer l’effet de ces manipulations, l’amplitude du RIII, l’évaluation subjective d’intensité de la douleur et de l’anxiété suscitée par le choc en plus des potentiels évoqués étaient mesurés. Les résultats de cette étude démontrent que les évaluations d’intensité de la douleur n’étaient pas affectées par le patron respiratoire (p=0,3), mais étaient statistiquement plus basses durant l’inspiration comparativement à l’expiration (p=0,02). Un effet de phase (p=0,03) était également observé sur les potentiels évoqués durant la condition de respiration à 0,1hHz avec une inspiration de 2 secondes comparativement au patron de respiration de 0,2Hz. Paradoxalement, l’amplitude du réflexe RIII était augmenté durant l’inspiration (p=0,02) comparativement à l’expiration. Ces résultats montrent que la manipulation de la fréquence et de la phase respiratoires (par une synchronisation imposée) a un effet marginal sur les évaluations de douleur et sur l’activité cérébrale et spinale évoquée par une stimulation électrique (douleur aigüe). Cela suggère que d’autres mécanismes contribuent aux effets analgésiques observés dans la relaxation et la méditation. Plus largement, nos résultats font état de la nécessité d’études plus approfondies avec une méthodologie plus rigoureuse afin de contrôler les effets non spécifiques aux traitements évalués. Une meilleure connaissance des mécanismes sous-tendant chaque stratégie permettrait de mieux cibler les clientèles susceptibles d’y répondre et de mieux considérer le ratio coût bénéfice de chaque traitement.

Mind wandering away from pain dynamically engages antinociceptive and default mode brain networks

Human minds often wander away from their immediate sensory environment. It remains unknown whether such mind wandering is unsystematic or whether it lawfully relates to an individual’s tendency to attend to salient stimuli such as pain and their associated brain structure/function. Studies of pain–cognition interactions typically examine explicit manipulation of attention rather than spontaneous mind wandering. Here we sought to better represent natural fluctuations in pain in daily life, so we assessed behavioral and neural aspects of spontaneous disengagement of attention from pain. We found that an individual’s tendency to attend to pain related to the disruptive effect of pain on his or her cognitive task performance. Next, we linked behavioral findings to neural networks with strikingly convergent evidence from functional magnetic resonance imaging during pain coupled with thought probes of mind wandering, dynamic resting state activity fluctuations, and diffusion MRI. We found that (i) pain-induced default mode network (DMN) deactivations were attenuated during mind wandering away from pain; (ii) functional connectivity fluctuations between the DMN and periaqueductal gray (PAG) dynamically tracked spontaneous attention away from pain; and (iii) across individuals, stronger PAG–DMN structural connectivity and more dynamic resting state PAG–DMN functional connectivity were associated with the tendency to mind wander away from pain. These data demonstrate that individual tendencies to mind wander away from pain, in the absence of explicit manipulation, are subserved by functional and structural connectivity within and between default mode and antinociceptive descending modulation networks.

Impact de la cécité sur le système nociceptif

La vision joue un rôle très important dans la prévention du danger. La douleur a aussi pour fonction de prévenir les lésions corporelles. Nous avons donc testé l’hypothèse qu’une hypersensibilité à la douleur découlerait de la cécité en guise de compensation sensorielle. En effet, une littérature exhaustive indique qu’une plasticité intermodale s’opère chez les non-voyants, ce qui module à la hausse la sensibilité de leurs sens résiduels. De plus, plusieurs études montrent que la douleur peut être modulée par la vision et par une privation visuelle temporaire. Dans une première étude, nous avons mesuré les seuils de détection thermique et les seuils de douleur chez des aveugles de naissance et des voyants à l’aide d’une thermode qui permet de chauffer ou de refroidir la peau. Les participants ont aussi eu à quantifier la douleur perçue en réponse à des stimuli laser CO2 et à répondre à des questionnaires mesurant leur attitude face à des situations douloureuses de la vie quotidienne. Les résultats obtenus montrent que les aveugles congénitaux ont des seuils de douleur plus bas et des rapports de douleur plus élevés que leurs congénères voyants. De plus, les résultats psychométriques indiquent que les non-voyants sont plus attentifs à la douleur. Dans une deuxième étude, nous avons mesuré l’impact de l'expérience visuelle sur la perception de la douleur en répliquant la première étude dans un échantillon d’aveugles tardifs. Les résultats montrent que ces derniers sont en tous points similaires aux voyants quant à leur sensibilité à la douleur. Dans une troisième étude, nous avons testé les capacités de discrimination de température des aveugles congénitaux, car la détection de changements rapides de température est cruciale pour éviter les brûlures. Il s’est avéré que les aveugles de naissance ont une discrimination de température plus fine et qu’ils sont plus sensibles à la sommation spatiale de la chaleur. Dans une quatrième étude, nous avons examiné la contribution des fibres A∂ et C au traitement nociceptif des non-voyants, car ces récepteurs signalent la première et la deuxième douleur, respectivement. Nous avons observé que les aveugles congénitaux détectent plus facilement et répondent plus rapidement aux sensations générées par l’activation des fibres C. Dans une cinquième et dernière étude, nous avons sondé les changements potentiels qu’entrainerait la perte de vision dans la modulation descendante des intrants nociceptifs en mesurant les effets de l’appréhension d’un stimulus nocif sur la perception de la douleur. Les résultats montrent que, contrairement aux voyants, les aveugles congénitaux voient leur douleur exacerbée par l’incertitude face au danger, suggérant ainsi que la modulation centrale de la douleur est facilitée chez ces derniers. En gros, ces travaux indiquent que l’absence d’expérience visuelle, plutôt que la cécité, entraine une hausse de la sensibilité nociceptive, ce qui apporte une autre dimension au modèle d’intégration multi-sensorielle de la vision et de la douleur.

Impact de la cécité sur le système nociceptif

La vision joue un rôle très important dans la prévention du danger. La douleur a aussi pour fonction de prévenir les lésions corporelles. Nous avons donc testé l’hypothèse qu’une hypersensibilité à la douleur découlerait de la cécité en guise de compensation sensorielle. En effet, une littérature exhaustive indique qu’une plasticité intermodale s’opère chez les non-voyants, ce qui module à la hausse la sensibilité de leurs sens résiduels. De plus, plusieurs études montrent que la douleur peut être modulée par la vision et par une privation visuelle temporaire. Dans une première étude, nous avons mesuré les seuils de détection thermique et les seuils de douleur chez des aveugles de naissance et des voyants à l’aide d’une thermode qui permet de chauffer ou de refroidir la peau. Les participants ont aussi eu à quantifier la douleur perçue en réponse à des stimuli laser CO2 et à répondre à des questionnaires mesurant leur attitude face à des situations douloureuses de la vie quotidienne. Les résultats obtenus montrent que les aveugles congénitaux ont des seuils de douleur plus bas et des rapports de douleur plus élevés que leurs congénères voyants. De plus, les résultats psychométriques indiquent que les non-voyants sont plus attentifs à la douleur. Dans une deuxième étude, nous avons mesuré l’impact de l'expérience visuelle sur la perception de la douleur en répliquant la première étude dans un échantillon d’aveugles tardifs. Les résultats montrent que ces derniers sont en tous points similaires aux voyants quant à leur sensibilité à la douleur. Dans une troisième étude, nous avons testé les capacités de discrimination de température des aveugles congénitaux, car la détection de changements rapides de température est cruciale pour éviter les brûlures. Il s’est avéré que les aveugles de naissance ont une discrimination de température plus fine et qu’ils sont plus sensibles à la sommation spatiale de la chaleur. Dans une quatrième étude, nous avons examiné la contribution des fibres A∂ et C au traitement nociceptif des non-voyants, car ces récepteurs signalent la première et la deuxième douleur, respectivement. Nous avons observé que les aveugles congénitaux détectent plus facilement et répondent plus rapidement aux sensations générées par l’activation des fibres C. Dans une cinquième et dernière étude, nous avons sondé les changements potentiels qu’entrainerait la perte de vision dans la modulation descendante des intrants nociceptifs en mesurant les effets de l’appréhension d’un stimulus nocif sur la perception de la douleur. Les résultats montrent que, contrairement aux voyants, les aveugles congénitaux voient leur douleur exacerbée par l’incertitude face au danger, suggérant ainsi que la modulation centrale de la douleur est facilitée chez ces derniers. En gros, ces travaux indiquent que l’absence d’expérience visuelle, plutôt que la cécité, entraine une hausse de la sensibilité nociceptive, ce qui apporte une autre dimension au modèle d’intégration multi-sensorielle de la vision et de la douleur.

Organisation et modulation du réseau neuronal de la respiration chez la lamproie.

Les mécanismes neuronaux contrôlant la respiration sont présentement explorés à l’aide de plusieurs modèles animaux incluant le rat et la grenouille. Nous avons utilisé la lamproie comme modèle animal nous permettant de caractériser les réseaux de neurones du tronc cérébral qui génèrent et modulent le rythme respiratoire. Nous avons d’abord caractérisé une nouvelle population de neurones, dans le groupe respiratoire paratrigéminal (pTRG), une région du tronc cérébral essentielle à la genèse du rythme respiratoire chez la lamproie. Les neurones de cette région sont actifs en phase avec le rythme respiratoire. Nous avons montré que ces neurones possèdent une arborisation axonale complexe, incluant des projections bilatérales vers les groupes de motoneurones du tronc cérébral qui activent les branchies ainsi que des connexions reliant les pTRG de chaque côté du tronc cérébral. Ces résultats montrent que le pTRG contient un groupe de cellules qui active les motoneurones respiratoires des deux côtés et qui pourrait être impliqué dans la synchronisation bilatérale du rythme respiratoire. Nous avons ensuite étudié les mécanismes neuronaux par lesquels le rythme respiratoire est augmenté en lien avec l’effort physique. Nous avons montré que la région locomotrice du mésencéphale (MLR), en plus de son rôle dans la locomotion, active les centres respiratoires pendant la nage, et même en anticipation. Les neurones de la MLR projetant vers les centres locomoteurs et respiratoires sont ségrégés anatomiquement, les neurones localisés plus dorsalement étant ceux qui possèdent des projections vers les centres respiratoires. Nous avons aboli la contribution de la partie dorsale de la MLR aux changements respiratoires en injectant des bloqueurs des récepteurs glutamatergiques localement, sur des préparations semi-intactes. Nous avons montré que lors d’épisodes de nage, une majeure partie de l’effet respiratoire est abolie par ces injections, suggérant un rôle prépondérant des neurones de cette région dans l’augmentation respiratoire pendant la locomotion. Nos résultats confirment que le rythme respiratoire est généré par une région rostrolatérale du pons de la lamproie et montrent que des connexions des centres locomoteurs arrivent directement à cette région et pourraient être impliquées dans l’augmentation respiratoire reliée à l’effort physique.

Bottom-up, not top-down, modulation of imitation by human and robotic models

Visual observation of human actions provokes more motor activation than observation of robotic actions. We investigated the extent to which this visuomotor priming effect is mediated by bottom-up or top-down processing. The bottom-up hypothesis suggests that robotic movements are less effective in activating the ‘mirror system’ via pathways from visual areas via the superior temporal sulcus to parietal and premotor cortices. The top-down hypothesis postulates that beliefs about the animacy of a movement stimulus modulate mirror system activity via descending pathways from areas such as the temporal pole and prefrontal cortex. In an automatic imitation task, subjects performed a prespecified movement (e.g. hand opening) on presentation of a human or robotic hand making a compatible (opening) or incompatible (closing) movement. The speed of responding on compatible trials, compared with incompatible trials, indexed visuomotor priming. In the first experiment, robotic stimuli were constructed by adding a metal and wire ‘wrist’ to a human hand. Questionnaire data indicated that subjects believed these movements to be less animate than those of the human stimuli but the visuomotor priming effects of the human and robotic stimuli did not differ. In the second experiment, when the robotic stimuli were more angular and symmetrical than the human stimuli, human movements elicited more visuomotor priming than the robotic movements. However, the subjects’ beliefs about the animacy of the stimuli did not affect their performance. These results suggest that bottom-up processing is primarily responsible for the visuomotor priming advantage of human stimuli.

Modulation of nociceptive-like behavior in zebrafish (Danio rerio) by environmental stressors

Zebrafish have been demonstrated to react consistently to noxious chemical stimuli and present reliable phenotypes of stress, fear, and anxiety. In this article, we describe the modulation of nociceptive-like responses of zebrafish to fear-, stress-, and anxiety-eliciting situations. Animals were exposed to an alarm substance, confinement stress, or a novel environment before being injected with 1% acetic acid in the tail. The alarm substance and confinement stress reduced the display of erratic movements and tail-beating behavior elicited by acetic acid. The novelty of the environment, in contrast, increased the frequency of tail-beating behavior. The results suggest that descending modulatory control of nociception exists in zebrafish, with apparent fear- and stress-induced analgesia and anxiety-induced hyperalgesia.

Sleep restriction attenuates amplitudes and attentional modulation of pain-related evoked potentials, but augments pain ratings in healthy volunteers

The experiment investigated the impact of sleep restriction on pain perception and related evoked potential correlates (laser-evoked potentials, LEPs). Ten healthy subjects with good sleep quality were investigated in the morning twice, once after habitual sleep and once after partial sleep restriction. Additionally, we studied the impact of attentional focussing on pain and LEPs by directing attention to (intensity discrimination) or away from the stimulus (mental arithmetic). Laser stimuli directed to the hand dorsum were rated as 30% more painful after sleep restriction (49+/-7 mm) than after a night of habitual sleep (38+/-7 mm). A significant interaction between attentional focus and sleep condition suggested that attentional focusing was less distinctive under sleep restriction. Intensity discrimination was preserved. In contrast, the amplitude of the early parasylvian N1 of LEPs was significantly smaller after a night of partial sleep restriction (-36%, p<0.05). Likewise, the amplitude of the vertex N2-P2 was significantly reduced (-34%, p<0.01); also attentional modulation of the N2-P2 was reduced. Thus, objective (LEPs) and subjective (pain ratings) parameters of nociceptive processing were differentially modulated by partial sleep restriction. We propose, that sleep reduction leads to an impairment of activation in the ascending pathway (leading to reduced LEPs). In contradistinction, pain perception was boosted, which we attribute to lack of pain control distinct from classical descending inhibition, and thus not affecting the projection pathway. Sleep-restricted subjects exhibit reduced attentional modulation of pain stimuli and may thus have difficulties to readily attend to or disengage from pain.

Tonic nicotinic modulation of serotoninergic transmission in the spinal cord

The spinal serotoninergic projection from the raphe magnus has been shown to modulate nociceptive inputs, and activation of this projection mediates nicotine-elicited analgesia. Here, we investigate the interactions between cholinergic and serotoninergic systems in the spinal cord, by conducting serotonin [5-hydroxytryptamine (5-HT)] efflux experiments on mouse spinal slices. At least three spinal populations of nicotinic receptors are distinguished that affect 5-HT release. The first could be directly located on serotoninergic terminals, is insensitive to nanomolar concentrations of methyllicaconitine (MLA), and may be subjected to a basal (not maximal) cholinergic tone. The second is tonically and maximally activated by endogenous acetylcholine, insensitive to nanomolar concentrations of MLA, and present on inhibitory neurons. The last is also present on inhibitory neurons but is sensitive to nanomolar concentrations of MLA and not tonically activated by acetylcholine. Multiple nicotinic acetylcholine receptor populations thus differentially exert tonic or not tonic control on 5-HT transmission in the spinal cord. These receptors may be major targets for nicotine effects on antinociception. In addition, the presence of a tonic nicotinic modulation of 5-HT release indicates that endogenous acetylcholine plays a role in the physiological regulation of descending 5-HT pathways to the spinal cord.

Habituation of an invertebrate escape reflex due to modulation by higher centers rather than local events.

Learning is widely thought to result from altered potency of synapses within the neural pathways that mediate the learned behavior. Support for this belief, which pervades current physiological and computational thinking, comes especially from the analysis of cases of simple learning in invertebrates. Here, evidence is presented that in one such case, habituation of crayfish escape, the learning is more due to onset of tonic descending inhibition than to the intrinsic depression of circuit synapses to which it was previously attributed. Thus, the altered performance seems to depend at least as much on events in higher centers as on local plasticity.

Down-regulation Of Slc8a1 As A Putative Apoptosis-evasion Mechanism By Modulation Of Calcium Levels In Penile Carcinoma.

The SLC8A1 gene, which encodes the Na(+)/Ca(2+) exchanger, plays a key role in calcium homeostasis. Our previous gene expression oligoarray data revealed SLC8A1 underexpression in penile carcinoma (PeCa). The aim of this study was to investigate whether the dysregulation of SLC8A1 expression is associated with apoptosis and cell proliferation in PeCa, via modulation of calcium concentration. The underlying mechanisms of SLC8A1 underexpression were also explored, focusing on copy number alteration and microRNA. Transcript levels of SLC8A1 gene and miR-223 were evaluated by quantitative PCR, comparing PeCa samples with normal glans tissues. SLC8A1 copy number was evaluated by microarray-based comparative genomic hybridization (array-CGH). Caspase-3 and Ki-67 immunostaining, as well as calcium distribution by Laser Ablation Imaging Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry [LA(i)-ICP-MS], were investigated in both normal and tumor samples. Confirming our previous data, SLC8A1 underexpression was detected in PeCa samples (P=0.001) and was not associated with gene copy number loss. In contrast, overexpression of miR-223 (P=0.002) was inversely correlated with SLC8A1 (P=0.015, r=-0.426), its putative repressor. In addition, SLC8A1 underexpression was associated with decreased calcium distribution, high Ki-67 and low caspase-3 immunoexpression in PeCa when compared with normal tissues. Down-regulation of the SLC8A1 gene, most likely mediated by its regulator miR-223, can lead to reduced calcium levels in PeCa and, consequently, to suppression of apoptosis and increased tumor cell proliferation. These data suggest that the miR-223-NCX1-calcium-signaling axis may represent a potential therapeutic approach in PeCa.

Effect Of Pain Chronification And Chronic Pain On An Endogenous Pain Modulation Circuit In Rats.

We tested the hypothesis that chronic pain development (pain chronification) and ongoing chronic pain (chronic pain) reduce the activity and induce plastic changes in an endogenous analgesia circuit, the ascending nociceptive control. An important mechanism mediating this form of endogenous analgesia, referred to as capsaicin-induced analgesia, is its dependence on nucleus accumbens μ-opioid receptor mechanisms. Therefore, we also investigated whether pain chronification and chronic pain alter the requirement for nucleus accumbens μ-opioid receptor mechanisms in capsaicin-induced analgesia. We used an animal model of pain chronification in which daily subcutaneous prostaglandin E2 (PGE2) injections into the rat's hind paw for 14 days, referred to as the induction period of persistent hyperalgesia, induce a long-lasting state of nociceptor sensitization referred to as the maintenance period of persistent hyperalgesia, that lasts for at least 30 days following the cessation of the PGE2 treatment. The nociceptor hypersensitivity was measured by the shortening of the time interval for the animal to respond to a mechanical stimulation of the hind paw. We found a significant reduction in the duration of capsaicin-induced analgesia during the induction and maintenance period of persistent mechanical hyperalgesia. Intra-accumbens injection of the μ-opioid receptor selective antagonist Cys(2),Tyr(3),Orn(5),Pen(7)amide (CTOP) 10 min before the subcutaneous injection of capsaicin into the rat's fore paw blocked capsaicin-induced analgesia. Taken together, these findings indicate that pain chronification and chronic pain reduce the duration of capsaicin-induced analgesia, without affecting its dependence on nucleus accumbens μ-opioid receptor mechanisms. The attenuation of endogenous analgesia during pain chronification and chronic pain suggests that endogenous pain circuits play an important role in the development and maintenance of chronic pain.

Hemodynamic, morphometric and autonomic patterns in hypertensive rats - renin-angiotensin system modulation

BACKGROUND: Spontaneously hypertensive rats develop left ventricular hypertrophy, increased blood pressure and blood pressure variability, which are important determinants of heart damage, like the activation of renin-angiotensin system. AIMS: To investigate the effects of the time-course of hypertension over 1) hemodynamic and autonomic patterns (blood pressure; blood pressure variability; heart rate); 2) left ventricular hypertrophy; and 3) local and systemic Renin-angiotensin system of the spontaneously hypertensive rats. METHODS: Male spontaneously hypertensive rats were randomized into two groups: young (n=13) and adult (n=12). Hemodynamic signals (blood pressure, heart rate), blood pressure variability (BPV) and spectral analysis of the autonomic components of blood pressure were analyzed. LEFT ventricular hypertrophy was measured by the ratio of LV mass to body weight (mg/g), by myocyte diameter (μm) and by relative fibrosis area (RFA, %). ACE and ACE2 activities were measured by fluorometry (UF/min), and plasma renin activity (PRA) was assessed by a radioimmunoassay (ng/mL/h). Cardiac gene expressions of Agt, Ace and Ace2 were quantified by RT-PCR (AU). RESULTS: The time-course of hypertension in spontaneously hypertensive rats increased BPV and reduced the alpha index in adult spontaneously hypertensive rats. Adult rats showed increases in left ventricular hypertrophy and in RFA. Compared to young spontaneously hypertensive rats, adult spontaneously hypertensive rats had lower cardiac ACE and ACE2 activities, and high levels of PRA. No change was observed in gene expression of Renin-angiotensin system components. CONCLUSIONS: The observed autonomic dysfunction and modulation of Renin-angiotensin system activity are contributing factors to end-organ damage in hypertension and could be interacting. Our findings suggest that the management of hypertensive disease must start before blood pressure reaches the highest stable levels and the consequent established end-organ damage is reached.

5-HT1A autoreceptor modulation of locomotor activity induced by nitric oxide in the rat dorsal raphe nucleus

The dorsal raphe nucleus (DRN) is the origin of ascending serotonergic projections and is considered to be an important component of the brain circuit that mediates anxiety- and depression-related behaviors. A large fraction of DRN serotonin-positive neurons contain nitric oxide (NO). Disruption of NO-mediated neurotransmission in the DRN by NO synthase inhibitors produces anxiolytic- and antidepressant-like effects in rats and also induces nonspecific interference with locomotor activity. We investigated the involvement of the 5-HT1A autoreceptor in the locomotor effects induced by NO in the DRN of male Wistar rats (280-310 g, N = 9-10 per group). The NO donor 3-morpholinosylnomine hydrochloride (SIN-1, 150, and 300 nmol) and the NO scavenger S-3-carboxy-4-hydroxyphenylglycine (carboxy-PTIO, 0.1-3.0 nmol) were injected into the DRN of rats immediately before they were exposed to the open field for 10 min. To evaluate the involvement of the 5-HT1A receptor and the N-methyl-D-aspartate (NMDA) glutamate receptor in the locomotor effects of NO, animals were pretreated with the 5-HT1A receptor agonist 8-hydroxy-2-(di-n-propylamino)tetralin (8-OH-DPAT, 8 nmol), the 5-HT1A receptor antagonist N-(2-[4-(2-methoxyphenyl)-1-piperazinyl]ethyl)-N-2-pyridinyl-cyclohexanecarboxamide maleate (WAY-100635, 0.37 nmol), and the NMDA receptor antagonist DL-2-amino-7-phosphonoheptanoic acid (AP7, 1 nmol), followed by microinjection of SIN-1 into the DRN. SIN-1 increased the distance traveled (mean ± SEM) in the open-field test (4431 ± 306.1 cm; F7,63 = 2.44, P = 0.028) and this effect was blocked by previous 8-OH-DPAT (2885 ± 490.4 cm) or AP7 (3335 ± 283.5 cm) administration (P < 0.05, Duncan test). These results indicate that 5-HT1A receptor activation and/or facilitation of glutamate neurotransmission can modulate the locomotor effects induced by NO in the DRN.