Effects of sciatic nerve transection on glucose uptake in the presence and absence of lactate in the frog dorsal root ganglia and spinal cord

Abstract

Frogs have been used as an alternative model to study pain mechanisms because the simplicity of their nervous tissue and the phylogenetic aspect of this question. One of these models is the sciatic nerve transection (SNT), which mimics the clinical symptoms of “phantom limb”, a condition that arises in humans after amputation or transverse spinal lesions. In mammals, the SNT increases glucose metabolism in the central nervous system, and the lactate generated appears to serve as an energy source for nerve cells. An answerable question is whether there is elevated glucose uptake in the dorsal root ganglia (DRG) after peripheral axotomy. As glucose is the major energy substrate for frog nervous tissue, and these animals accumulate lactic acid under some conditions, bullfrogs Lithobates catesbeianus were used to demonstrate the effect of SNT on DRG and spinal cord 1-[14C] 2-deoxy-D-glucose (14C-2-DG) uptake in the presence and absence of lactate. We also investigated the effect of this condition on the formation of 14CO2 from 14C-glucose and 14C-L-lactate, and plasmatic glucose and lactate levels. The 3-O-[14C] methyl-D-glucose (14C-3-OMG) uptake was used to demonstrate the steady-state tissue/medium glucose distribution ratio under these conditions. Three days after SNT, 14C-2-DG uptake increased, but 14C-3-OMG uptake remained steady. The increase in 14C-2-DG uptake was lower when lactate was added to the incubation medium. No change was found in glucose and lactate oxidation after SNT, but lactate and glucose levels in the blood were reduced. Thus, our results showed that SNT increased the glucose metabolism in the frog DRG and spinal cord. The effect of lactate on this uptake suggests that glucose is used in glycolytic pathways after SNT.

As rãs são usadas como modelos experimentais alternativos no estudo da nocicepção, tanto pela simplicidade do seu tecido nervoso como por permitirem uma abordagem filogenética sobre o tema. Um desses modelos é a secção do nervo isquiático (SNI), o qual simula os sintomas clínicos do “membro fantasma”, uma condição que ocorre nos humanos após amputação ou secção completa da medula espinal. Em mamíferos, a SNI aumenta o metabolismo da glicose no sistema nervoso central, e o lactato é uma fonte energética para as células nervosas. Porém é desconhecido se essa é a situação em gânglio da raiz dorsal (GRD). Como a glicose é o principal substrato energético para o tecido nervoso de rãs, e a concentração plasmática de lactato está aumentada nesses animais em distintas situações, a rã-touro Lithobates catesbeianus foi usada para demonstrar os efeitos da SNI sobre a captação de 1-[14C] 2-deoxi-D-glicose (14C-2-DG), na presença e ausência de lactato, em GRD e medula espinal. Foram demonstrados ainda os efeitos dessa condição experimental sobre a formação de 14CO2 a partir de 14C-glicose e 14C-L-lactato, e a concentração plasmática de glicose e lactato. A captação de 3-O-[14C] metil-D-glicose (14C-3-OMG) foi usada para demonstrar a relação tecido/meio estável da glicose nessas condições. A captação de 14C-2-DG aumentou três dias após a SNI, sem qualquer alteração na captação de 14C-3-OMG. O aumento foi reduzido quando o lactato foi acrescentado ao meio de incubação. A taxa de oxidação da glicose e do lactato não modificou após SNI, mas houve redução na concentração plasmática de glicose e lactato. Assim, a SNI aumenta o metabolismo da glicose no GRD e medula espinal de rãs. Os efeitos do lactato sobre essa captação sugerem o uso da glicose na via glicolítica após a SNI.