Modulação da Ativação por CO2 de Neurônios do NTS que Recebem Projeções Orexinérgicas em Normóxia e Hipercapnia

Abstract

A regulação quimioreceptiva central ao CO²/pH envolve redes neurais integradas no tronco encefálico, sendo o subnúcleo comissural do núcleo do trato solitário (NTSc) uma região crítica para o controle homeostático e integração de aferências cardiorrespiratórias. O sistema orexinérgico hipotalâmico projeta-se para o NTSc, exercendo papel facilitador da ventilação que varia conforme os estados de vigília e o ciclo circadiano. O objetivo deste trabalho foi avaliar o papel da sinalização orexinérgica na modulação do padrão de ativação de neurônios no NTSc durante o desafio hipercápnico em comparação a normocapnia, durante a fase clara (período de repouso). Foram utilizados encéfalos de ratos Wistar machos adultos expostos por 3 h a condições de normocapnia (GNN: 21% de O₂, < 0,5% de CO₂, N₂ balanço ou hipercápnica GHN: 21% de O₂, 7% de CO₂, N₂ balanço). As secções coronais (30 µm) foram submetidas ao processamento imuno-histoquímico de dupla marcação para Fos e orexina A e B, contra-coradas por Nissl, e analisadas morfometricamente em sete níveis interaurais. Em condições basais (GNN), observou se uma assimetria funcional marcante: a população de células duplamente marcadas FOS-OX exibiu uma imunorreatividade persistentemente superior à diminuição acentuada das células expressores de FOS, refletindo uma liberação basal e contínua do sistema orexinérgico mesmo na fase inativa do animal. Sob estimulação hipercápnica (GHN), observou se um aumento estatisticamente significativo no número absoluto e na densidade da população de Fos-total e de células FOS especificamente. Embora a situação hipercapnia tenha demonstrado um aumento também na ativação na população FOS-OX, o recrutamento celular foi massivamente direcionado às células não-orexinérgicas FOS. Os resultados sugerem que, durante a fase clara, a modulação orexinérgica opera sob um teto fisiológico circadiano, atuando de forma permissiva como um plano de fundo funcional estável, enquanto a resposta compensatória imediata à acidose local depende do recrutamento preferencial e sob demanda das populações quimioreceptivas locais não-orexinérgicas no NTSc.

Central chemoreceptive regulation to CO²/pH involves integrated neural networks within the brainstem, with the commissural subnucleus of the nucleus of the tractus solitarius (cNTS) representing a critical region for homeostatic control and integration of cardiorespiratory afferents. The hypothalamic orexinergic system projects to the cNTS, exerting a ventilatory facilitatory role that varies according to vigilance states and the circadian cycle. The objective of this study was to evaluate the role of orexinergic signaling in modulating the activation pattern of cNTS neurons during hypercapnic challenge compared to normocapnia, during the light phase (resting period). Brains from adult male Wistar rats exposed for 3 h to either normocapnic (GNN: 21% de O₂, < 0,5% de CO₂, N₂ balançe or hypercapnic GHN: 21% de O₂, 7% de CO₂, N₂ balançe) conditions were used. Coronal sections (30 µm) were submitted to double-labeling immunohistochemical processing for Fos and orexin A and B, counterstained with Nissl, and morphometrically analyzed across seven interaural levels. Under basal conditions (GNN), a striking functional asymmetry was observed: the double-labeled FOS- OX cell population exhibited a persistently higher immunoreactivity compared to the sharp decrease in Fos-expressing cells, reflecting a basal and continuous release from the orexinergic system even during the animal's inactive phase. Under hypercapnic stimulation (GHN), a statistically significant increase was observed in both the absolute number and density of the total FOS population and specifically of FOS cells. Although the hypercapnic condition also demonstrated an increase in the activation of the FOS-OX population, cellular recruitment was massively directed toward non-orexinergic FOS cells. These results suggest that, during the light phase, orexinergic modulation operates under a circadian physiological ceiling, acting permissively as a stable functional background, while the immediate compensatory response to local acidosis depends on the preferential and under-demand recruitment of local non-orexinergic chemoreceptive populations within the cNTS.