Modulações energéticas cerebrais permitem a manutenção de crises epilépticas prolongadas

Abstract

Epilepsia é uma desordem neurológica que afeta o sistema nervoso central, predispondo o paciente a crises recorrentes, as quais apresentam uma alta demanda energética cerebral, e que culminam na depleção dos níveis de glicose cerebrais conforme a crise epiléptica progride de aguda (até 5 min) à prolongada (de 5 min até algumas horas). A presente tese mapeou os diferentes modelos de crises e síndromes epilépticas com enfoque em peixe-zebra, no intuito de selecionar o melhor modelo em nosso universo experimental para investigar quais outros substratos energéticos poderiam ser utilizados pelo cérebro frente ao hipometabolismo da glicose em crises epilépticas prolongadas induzidas por pentilenotetrazol. Hipotetizou-se um ambiente produtor de peróxido de hidrogênio como agente modulatório do metabolismo energético neste tipo de crise epiléptica. Para tanto se caracterizou o protocolo de respirometria de alta resolução em dissociado cerebral de peixe-zebra adulto. Os peixes foram expostos a pentilenotetrazol por diferentes tempos. Detectou-se um desacoplamento entre o metabolismo da glicose e o consumo de O2 para produção de ATP em crises epilépticas prolongadas de 20 min. Neste momento, testou-se o impacto dos seguintes substratos energéticos sobre o consumo de O2 para produção de ATP: L-glutamato, L-glutamina, L-lactato, e β-hidroxibutirato. Também foi avaliado o sistema pró/antioxidante em amostras de cérebro de peixe-zebra adulto submetido a crises epilépticas prolongadas por 20 min (CEUA – 28043). Os resultados indicam o uso do L-glutamato e da L-glutamina como substratos energéticos para a manutenção de crises epilépticas prolongadas, e um ambiente favorável à produção de peróxido de hidrogênio, pela redução da atividade do Complexo I mitocondrial, pelo aumento da atividade das enzimas superóxido dismutase e glutationa peroxidase, e pelo aumento da oxidação de diclorofluoresceína. A literatura aponta para uma inibição da glicerol-3-fosfato-desidrogenase e piruvato-cinase, e uma ativação da glicose-6-fosfato-desidrogenase por aumento de peróxido de hidrogênio, o que culmina na diminuição da utilização da glicose como substrato energético. A completa oxidação do glutamato na presença de baixos níveis de piruvato ocorre via saída do malato da matriz mitocondrial e sua conversão a piruvato pela enzima málica. Ambas as enzimas produtoras de Fosfato de dinucleótido de nicotinamida e adenina reduzida citadas acimas apresentam atividade aumentada no modelo de convulsão abordado. Portanto, o metabolismo glutamatérgico é fundamental para a manutenção energética, e para a atividade de defesas antioxidantes em momentos de crises epilépticas prolongadas induzidas por pentilenotetrazol em peixe zebra adulto.

Epilepsy is a brain disorder, which promotes the predisposition to events of high energy expenditure known as epileptic seizure. As epileptic seizure progress form acute (until 5 min of duration) to prolonged (above 5 min of duration), lower is the concentration of glucose in the brain. This thesis mapped all models of zebrafish epileptic seizure and epileptic syndrome to choose the best model in our experimental conditions to evaluate the impact of other substrates under glucose brain hypometabolism related to prolonged epileptic seizure induced by pentylenetetrazole. It was hypothesized that an environment with high concentrations of hydrogen peroxide could be connecting with the fast metabolic modulation in this model. To do so, the highresolution respirometry protocol for zebrafish brain dissociated was characterized. Fish were exposed to pentylenetetrazole by different duration. There was a decoupling between glucose brain metabolism and O2 consumption to ATP synthesis after 20 min of exposure to pentylenetetrazole. At this moment, the impact of the following substrates were measured under O2 consume to ATP synthesis: L-glutamate, L-glutamine, L-lactate, and β-hydroxybutyrate. The redox balanced was evaluated as well (CEUA – 28043). Data indicate L-glutamate and L-glutamine as the main energy substrate to maintain prolonged epileptic seizure. There was an environment prone to hydrogen peroxide, because mitochondrial complex I activity was impered, and the enzymes superoxide dismutase and glutamine peroxidase were activity, as well as the oxidation of diclorofluoresceine was increased. Hydrogen peroxide activates glucose-6-phosphate-dehydrogenase, and inhibits glycerol-3-phosphatedehydroganase as well as piruvate kinase. Therefore the glucose metabolism would be modulated to antioxidant defense instead of glycolysis. In low pyruvate concentrations, malate from glutamate is transported to the cytosol and converted to pyruvate and Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate. The activity of glucose-6- phosphate-dehydrogenase and citosolic malic enzyme were increased. Therefore, glutamate metabolismo is imperative to energy maintain prolonged epileptic seizure and to antioxidante defense to avoid further damage.