Participação da irisina no controle cardiorrespiratório e metabólico de ratos adultos

Abstract

A irisina é um hormônio constituído por 112 aminoácidos recém-identificado, derivado de uma proteína transmembrana codificada pelo gene fibronectina tipo III contendo 5 genes (FNDC5), que está altamente relacionado à atividade metabólica do músculo esquelético e do tecido adiposo, possuindo uma similaridade de 100% entre ratos e humanos. Sabe-se que a concentração da irisina aumenta durante o exercício físico trazendo efeitos benéficos para vários tecidos, inclusive para o sistema nervoso, promovendo neuroplasticidade, uma vez que a irisina parece estar associada a proliferação e diferenciação neural. Recentemente também foi demonstrado que esse hormônio modula as funções cardiovasculares podendo atuar como um importante mensageiro entre os órgãos para integrar o gasto de energia com a atividade cardiovascular. Entretanto, pouco se sabe sobre a participação da irisina no controle cardiorrespiratório e metabólico. Desta forma, o objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito da injeção intracerebroventricular (icv) de veículo ou irisina (IR, 0,425 e 1,66 µg/µL) no quarto ventrículo (4V) de ratos adultos sobre ventilação (VE), consumo de oxigênio (VO2), equivalente respiratório (VE / VO2), temperatura corporal (TC), pressão arterial média (PAM) e frequência cardíaca (FC) durante o estado de vigília e sono frente a exposição ao ar ambiente, hipercapnia (7% CO2) e hipóxia (10% O2). O tratamento com irisina centralmente com a menor concentração (0,425 µg/µL), promoveu uma redução na VE em condições de ar ambiente durante a vigília, culminando em uma hipoventilação (menor VE / VO2). Durante a exposição as condições de ar ambiente, os animais tratados com a maior concentração de irisina (1,66 µg/µL), também apresentaram uma redução da VE e da fR. Os animais tratados com a maior concentração de irisina quando expostos a altos níveis de CO2 apresentaram um aumento na VE, em decorrência de um maior VT e uma redução no VO2, o que acarretou em uma maior hiperventilação (maior VE / VO2) durante a vigília. As duas concentrações de irisina atenuaram a hipotermia induzida pela hipóxia. Em relação aos parâmetros cardiovasculares, a injeção central de irisina na menor concentração causou um aumento significativo na FC em todas as condições durante o sono e a vigília, sem alterar a PAM. Enquanto o tratamento com a maior concentração, promoveu um aumento da FC nos animais quando expostos a hipóxia durante os estados de sono e vigília e durante a hipercapnia em estado de sono. Nossos dados demonstram que a irisina exerce um efeito inibitório no controle da respiração em condição de ar ambiente e potencializa a resposta hiperventilatória sob hipercapnia, promovendo um aumento da VE e inibindo o VO2 durante a vigília. Além disso, essa miocina exerce uma modulação excitatória na FC e atenua a queda da temperatura corporal em condição de baixo O2.

Irisin is a newly identified hormone consisting of 112 amino acids, derived from a transmembrane protein encoded by the type III fibronectin gene containing 5 (FNDC5), which is highly related to the metabolic activity of skeletal muscle and adipose tissue, having a similarity of 100% between rats and humans. It is known that the concentration of irisin increases during physical exercise, bringing beneficial effects to various tissues, including the central nervous system, promoting neuroplasticity, since irisin seems to be associated with neural proliferation and differentiation. It has also recently been shown that this hormone modulates cardiovascular functions, possibly acting as an important messenger between organs to integrate energy expenditure with cardiovascular activity. Therefore, the present study evaluated the effect of intracerebroventricular (icv) injection of vehicle or irisin (IR, 0.425 and 1.66 µg/µL) in the fourth ventricle (4V) of adult male rats in ventilation (VE), oxygen consumption (VO2), ventilatory equivalent (VE / VO2), body temperature (TB), mean arterial pressure (MAP) and heart rate (HR) in wakefulness and sleep state during room air, hypercapnia (7% CO2) and hypoxia (10% O2). Treatment with irisin centrally with the lowest concentration (0.425 µg/µL), promoted a reduction in VE in room air conditions during wakefulness, culminating in a hypoventilation (lower VE / VO2). During exposure to room air conditions, animals treated with the highest concentration of irisin (1.66 µg/µL) also showed a reduction in VE and fR. The animals treated with the highest concentration of irisin when exposed to high levels of CO2 showed an increase in VE, due to a higher VT and a reduction in VO2, which resulted in hyperventilation (higher VE / VO2) during wakefulness. The both concentrations of irisin attenuated hypoxia-induced regulated hypothermia. Regarding cardiovascular parameters, central irisin injection with the lower concentration caused a significant increase in HR under all conditions during sleep and wakefulness, without altering MAP. The treatment with the highest concentration promoted an increase in HR in the animals when exposed to hypoxia during sleep and wakefulness states and during hypercapnia in sleep state. Our data demonstrate that irisin exerts an inhibitory effect on breathing control and potentiates the hyperventilatory response under hypercapnia, promoting an increase in VE and inhibiting VO2 during wakefulness. In addition, this myokine is excitatory to HR and attenuates the drop in body temperature in low O2 conditions.