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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Josiane do Nascimento Silva
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Moreira, Ana Carolina Takakura (President)
Caetano, Ariadiny de Lima
Lagnado, Sara Joyce Shammah
Munhoz, Carolina Demarchi
Title in Portuguese
Caracterização das aferências da região parafacial lateral e do núcleo retrotrapezóide e suas possíveis implicâncias funcionais no controle da expiração ativa.
Keywords in Portuguese
Controle respiratório
Hipercapnia
Sistema nervoso central
Abstract in Portuguese
O controle do sistema respiratório é realizado por neurônios localizados no bulbo e na ponte. Existem duas regiões localizadas próximas na coluna respiratória ventral do bulbo, mas que estão envolvidas com atividades respiratórias diferentes: núcleo retrotrapezóide (RTN) e região parafacial lateral (pFRG). O RTN contém neurônios quimiossensíveis que expressam o fator de transcrição Phox2b e respondem à hipercapnia e hipóxia; por este motivo, esta região é considerada uma forte candidata a conter os quimiorreceptores centrais. Além do seu envolvimento na quimiorrecepção central, experimentos descritos na literatura mostraram a importância do RTN também na inspiração. O pFRG está envolvido na geração da expiração ativa (E2), pois dados da literatura sugerem que existe uma inibição sináptica para essa região que, quando é inibida, gera a E2. Entretanto, até o presente momento, não se sabe a fonte desta inibição para os neurônios do pFRG, nem se os neurônios Phox2b do RTN contribuem para a geração da E2. Diante disso, o principal objetivo desta tese foi investigar, de forma anatômica e funcional, a localização da fonte de inibição para o pFRG. Foram utilizados ratos Wistar que receberam injeções de traçadores retrógrados no RTN e no pFRG, a fim de observarmos projeções de regiões que possuem neurônios inibitórios. Observamos projeções oriundas de diversas regiões envolvidas com a respiração que contêm neurônios inibitórios. Para o RTN, as projeções se originaram no núcleo do trato solitário intermediário (NTSi), núcleo tegmental pedunculopontino (PPT), complexo de Botzinger (BotC), rafe bulbar (RB) e Kolliker-Fuse (KF); e para o pFRG, as projeções se originaram dos mesmos núcleos, com exceção do PPT. É importante apontar que o pFRG também recebeu projeções do núcleo tegmental laterodorsal (LDT). Foi realizado um protocolo de hibridização in situ utilizando a metodologia de RNAscope, a qual nos confirmou que muitas das projeções observadas para o pFRG eram inibitórias. Adicionalmente, constatamos também projeções dos neurônios quimiossensíveis do RTN para o pFRG, sugerindo a participação do RTN na expiração ativa. Além disso, realizamos também experimentos funcionais para investigar a importância destas projeções na expiração ativa, por meio de inibições de algumas dessas regiões e registro das variáveis respiratórias. Os resultados mostraram que a inibição do NTSi gera E2 de forma tônica e inibição do PPT gera E2 fásica. Também constatamos que a inibição da RB promove aumento da amplitude abdominal durante hipercapnia, sugerindo que a RB pode modular a atividade do pFRG durante hipercapnia. Os resultados mostraram que as regiões do NTSi e PPT são fortes candidatas a serem fontes para o pFRG, inibindo a E2.
Title in English
Characterization of retrotrapezoid nucleus and lateral parafacial region afferences, possible functional implication in the control of active expiration.
Keywords in English
Central nervous system
Hypercapnia
Respiratory control
Abstract in English
Respiratory system control is performed by neurons located in the medulla and the pons. There are two regions located close in the ventral column of the medulla, but are involved in different respiratory phases: retrotrapezoid nucleus (RTN) and lateral parafacial region (pFRG).The RTN contains chemosensitive neurons that express the transcription factor Phox2b and respond to hypercapnia and hypoxia; for this reason, this region is considered a candidate to contain the central chemoreceptors. In addition to its involvement in central chemoreception, experiments described in the literature showed the importance of RTN also in inspiration. The pFRG is involved in the generation of active expiration (E2); data from the literature suggest that there is synaptic inhibition for this region which, when inhibited, generates E2. However, the source of this inhibition to pFRG neurons and whether Phox2b neurons of the RTN contribute to the generation of E2 are still not known. Therefore, the main objective of this study was to investigate, anatomically and functionally, the location of the source of inhibition for pFRG. We used male Wistar rats that received injections of retrograde tracers into the RTN and pFRG, to investigate projections from regions that have inhibitory neurons. We observed projections from several regions involved on respiration containing inhibitory neurons. There were projections to the RTN from the intermediate nucleus of the solitary tract (NTSi), pedunculopontine tegmental nucleus (PPT), Botzinger complex (BotC), medullary raphe (RB), Kolliker-Fuse (KF). The projections to the pFRG are the same as observed to RTN, except PPT. There is also projection from tegmental dorsal laterodorsal nucleus (LDT) to pFRG. An in situ hybridization protocol was performed using the RNAscope methodology, which confirmed that many of the projections observed to pFRG were inhibitory. In addition, we observed projections of the chemosensitive neurons from the RTN to the pFRG, suggesting the participation of the RTN in E2. In addition, we performed functional tests to verify the involvement of some of those projections with E2. We performed inhibition of some of those regions and record the respiratory variables. The data showed that the inhibition of NTSi generates tonic E2 and inhibition of PPT generates phasic E2. We also found that inhibition of RB promotes increased abdominal amplitude during hypercapnia, suggesting that RB may modulate pFRG activity during hypercapnia. The results showed that the NTSi and PPT regions are candidates to be sources for pFRG, inhibiting E2.
 
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Release Date
2021-02-19
Publishing Date
2019-05-07
 
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