Administração de lactato como agente neuroprotetor em ratos neonatos submetidos ao modelo de hipóxia-isquemia encefálica

Abstract

A encefalopatia hipóxico-isquêmica neonatal (EHI) é uma das principais causas de morbidade e mortalidade em recém-nascidos. Atualmente, a hipotermia é a única terapia utilizada para o tratamento da EHI. Entretanto, a hipotermia possui algumas limitações, não sendo eficaz em todos os casos de EHI. Assim, outros possíveis agentes neuroprotetores têm sido testados em modelos animais. O presente trabalho avaliou a utilização de lactato em um modelo animal de hipóxia-isquemia neonatal (HI), que mimetiza em ratos neonatos os danos observados em recém-nascidos humanos. O lactato é um potencial substrato energético do sistema nervoso central (SNC), além de ter demonstrado ação neuroprotetora em modelos de isquemia cerebral em animais adultos. Para a padronização inicial dos experimentos, as concentrações endógenas de lactato foram avaliadas em diferentes momentos após a HI e também após uma injeção intraperitoneal de lactato exógeno. Para investigar o possível papel neuroprotetor do lactato sobre a lesão encefálica e parâmetros comportamentais, ratos Wistar machos e fêmeas com 7 dias de vida foram submetidos à oclusão permanente da artéria carótida comum direita (isquemia) combinada com a exposição a uma atmosfera hipóxica (8% de oxigênio) por 60 minutos (hipóxia). Os animais foram divididos em 4 grupos experimentais: grupo HI (animais submetidos ao procedimento de HI neonatal); grupo HI+LAC (animais submetidos ao procedimento de HI neonatal e que receberam injeções de lactato após a HI); grupo SHAM (animais submetidos a uma cirurgia fictícia e mantidos em normoxia); grupo SHAM+LAC (animais submetidos a uma cirurgia fictícia, mantidos em normoxia e que receberam injeções de lactato). O lactato foi administrado 30 minutos e 2h após a hipóxia (na dose de 2 g/kg) no grupo HI+LAC e nos mesmos momentos no grupo SHAM+LAC. Os grupos HI e SHAM receberam apenas a injeção de veículo (tampão fosfato-salino, PBS). O volume de lesão encefálica foi calculado a partir de fatias coronais dos encéfalos de animais (em P9) coradas com 2,3,5-cloreto de trifeniltetrazólio (TTC), que marca as regiões de células vivas. Os animas foram submetidos aos testes comportamentais de geotaxia negativa e reflexo de endireitamento (em P8 e P14); teste olfatório (em P14); e teste do cilindro (em P20). As concentrações endógenas de lactato retornam aos valores controle 30 minutos após a HI. O lactato exógeno administrado atinge um pico aos 5 minutos (concentração cerca de 4 vezes maior do que a basal) e retorna aos valores basais aos 90 minutos após a injeção. Nos animais submetidos à HI, a administração de lactato reduziu o volume de lesão em P9 e melhorou alguns parâmetros comportamentais em P8 (geotaxia negativa) e em P20 (teste do cilindro), tanto em machos quanto em fêmeas. Assim, parece que o lactato exerce um efeito neuroprotetor de curto prazo, reduzindo a lesão encefálica 48h após a HI (P9), o que parece ter sido importante para a melhora dos desfechos comportamentais observada. Estudos adicionais são necessários para permitir a compreensão dos mecanismos de ação do lactato e sua utilização no tratamento de recém-nascidos que passaram por eventos hipóxicos-isquêmicos encefálicos.

Neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE) is a major cause of mortality and disability in newborns. Currently, the standard approach for treating HIE is therapeutic hypothermia (TH). However, TH shows some limitations, not being efficient in all cases of HIE. Thus, other putative neuroprotective agents have been tested in animal models. The present study evaluated the lactate administration in an animal model of HIE that mimics, in neonatal rats, the brain damage observed in human newborns. Lactate is a potential energy substrate of the central nervous system (CNS), besides its neuroprotective effects have been shown in adult animals following cerebral ischemia. Endogenous concentrations of lactate were evaluated at different time points after HIE and after an intraperitoneal injection of lactate. To investigate the putative neuroprotective role of lactate following brain injury, seven-days-old (P7) male and female Wistar rats underwent permanent common right carotid occlusion (ischemia) combined with an exposition to a hypoxic atmosphere (8% oxygen) for 60 minutes. Animals were assigned to four experimental groups: HI group (animals submitted to HI procedure); HI+LAC group (animals submitted to HI procedure, which received lactate following HI); SHAM group (animals submitted to a fictitious surgery and kept in normoxia); SHAM+LAC group (animals submitted to a fictitious surgery, kept in normoxia and receiving lactate injections). Lactate (2 g/kg) was administered 30 minutes and 2 h after hypoxia in HI+LAC group and at the same times in SHAM+LAC group. HI and SHAM groups received vehicle (phosphate-saline buffer, PBS) injections at the same time points. Volume of brain damage was quantified in coronal brain slices of the animals (P9) stained with 2,3,5-triphenyl tetrazolium chloride (TTC), indicative of viable tissue. Animals underwent behavioral assessments such as negative geotaxis and righting reflex (at P8 and P14), olfactory discrimination (at P14), and cylinder test (P20). Endogenous plasma lactate concentrations return to basal levels 30 minutes after HI. Levels of exogenous lactate reach a peak at 5 minutes and return to basal levels at 90 minutes after injections. In HI animals, lactate administration reduced brain lesion volume in P9 and improved some behavioral parameters in P8 (negative geotaxis) and P20 (cylinder test), for both sexes. Therefore, lactate seems to exert a short-term neuroprotective effect, reducing brain damage 48h following HI (P9), which appear to influence the improvement of behavioral outcomes. Additional studies are necessary in order to understand the mechanisms of action of lactate and its application in the treatment of newborns that underwent hypoxia-ischemia encephalopathy.