Efeitos neuroprotetores da insulina em animais submetidos ao traumatismo cranioencefálico

Abstract

O traumatismo cranioencefálico (TCE) é definido por uma alteração na função normal do cérebro, causada por forças externas. Após o TCE, ocorre ativação de diferentes cascatas de eventos neurotóxicos que culminam com neurodegeneração e disfunções cognitivas. À nível sistêmico, a ocorrência de hiperglicemia é o efeito mais comum pós-TCE e está fortemente associada com o aumento da mortalidade e piora no prognóstico clínico. Dessa forma, a hiperglicemia atua como um facilitador dos mecanismos de dano secundário. A administração de insulina periférica, em casos de hiperglicemia pós-TCE, mostra-se benéfica na recuperação e melhora cognitiva do paciente. Atualmente tem se demonstrado que a insulina é capaz de se ligar aos seus receptores, em células neuronais, e exercer efeitos neuroprotetores, que, conceitualmente, poderiam melhorar a sobrevida celular pós-TCE. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos do tratamento com insulina em modelo animal de TCE por análises in vivo e ex vivo. Quanto às análises in vivo, utilizamos modelos animais de hiperglicemia induzida por fármaco (streptozotocina), e após, os animais foram submetidos ao tratamento com insulina ou salina, com posterior indução do TCE, pela técnica de Impacto Cortical Controlado (ICC). Observamos que a hiperglicemia promove aumento da mortalidade no TCE e déficit na memória de reconhecimento, efeitos que foram prevenidos com o tratamento com insulina. A literatura é consistente na associação entre o aumento da mortalidade em casos de hiperglicemia no TCE, além de se observar maior taxa de mortalidade em pacientes diabéticos insulinodependentes, que sofrem trauma, em relação aos insulino independentes. Estudos mostram que a insulina apresenta efeitos positivos na cognição e sua sinalização é importante para formação e manutenção das memórias, premissas que podem explicar o efeito positivo da insulina na prevenção do déficit na memória de reconhecimento. Dessa forma, para avaliarmos os efeitos agudos desse hormônio, pós-TCE, realizamos ensaio ex vivo para visualizar a resposta das células frente à suplementação com insulina e isolar os efeitos desse hormônio a nível de Sistema Nervoso Central (SNC). Fatias hipocampais foram expostas à meios com concentração normal e alta de glicose, e suplementadas com insulina. Observamos aumento na razão do imunoconteúdo de pIRS-1Ser612/IRS-1, na presença do hormônio, somente no grupo sham, indicando responsividade das células hipocampais à adição de insulina neste grupo, contrário ao observado no grupo TCE, fato que pode estar associado à resistência cerebral a insulina no TCE. Há disfunção mitocondrial pós-TCE evidenciado pela redução do consumo de oxigênio no grupo TCE em relação ao sham, quando as mitocôndrias são desafiadas com substratos e inibidores da cadeia de transporte de elétrons. Esses efeitos não estão associados à um aumento na produção de H2O2 e adição de insulina não apresentou efeitos benéficos significativos. Embora haja disfunção mitocondrial e sabe-se que esse efeito pode estar associada a perda de funcionalidade e mortalidade neuronal, esse estudo não evidenciou alterações na viabilidade celular. Em face aos nossos resultados, concluímos que há efeito sinérgico da hiperglicemia e o TCE no aumento da mortalidade e déficit na memória de reconhecimento, efeitos prevenidos pelo tratamento com insulina. Agudamente, verificamos que o consumo mitocondrial de oxigênio basal e a viabilidade celular não são alterados após o TCE. Porém evidencia-se a presença de déficit mitocondrial no hipocampo 24 h após o TCE, dado pela redução do consumo de oxigênio em resposta à adição de ADP em condições saturantes, quando comparado ao grupo sham; a presença de insulina anulou essas diferenças. Dessa forma, ressalta-se a importância da insulina na manutenção das funções metabólicas e de memória no TCE.

Traumatic brain injury (TBI) occurs when an external force or object penetrates and damage the brain tissue. After a TBI event, there is an activation of several cascades of neurotoxic events that lead to neurodegeneration and cognitive dysfunctions. Hyperglycemia is the most common post-TBI effect, and it is strongly associated with the increase in mortality and worse clinical prognosis. Also, hyperglycemia facilitates the secondary damage mechanisms post-TBI. Administration of peripheral insulin in TBI patients with hyperglycemia is beneficial to improve the clinical prognosis and cognition. It has been shown that insulin can be able to bind its receptors on neuronal cells and perform neuroprotective effects improvising post-TBI cell survival. The objective of this study was to evaluate the impact of insulin treatment in an animal TBI model, using in vivo and ex vivo experiments. In in vivo experiments, first, the animals were submitted to a model of hyperglycemia, induced by Streptozotocin. After that, the animals received treatment with insulin or saline, and then they were submitted to a TBI model. We observed that hyperglycemia increased the mortality and also cause a deficit of recognition memory in TBI animals. These effects were prevented by insulin treatment. Several studies have been associated with the increased of mortality in hyperglycemic patients that suffer TBI, and also higher mortality rate in insulin-dependent diabetic patients, who suffer trauma comparing to independent insulin diabetic patients. Studies have shown that insulin has positive effects on cognition and its signaling is important for the formation and support of memories, premises that may explain the positive effect of insulin in the prevention of recognition memory deficit. Thus, to isolate brain effects and also to evaluate the effects of both hyperglycemia and insulin on the Central Nervous System (CNS) after TBI, an ex vivo protocol was developed. Twenty-four hours after TBI, hippocampal slices were exposed to a medium with normal and high glucose concentration and supplement with insulin. We observed an increase in the ratio of immunocontent of pIRS-1Ser612/IRS-1, with insulin in the medium, only at the sham group, indicating responsiveness of hippocampal cells to the addition of insulin. The same effect was not observed at the TBI group, a fact that may be associated with brain insulin brain resistance after TBI. There was a reduction of oxygen consumption in the TBI group compared to the sham group when were added substrates and inhibitors of the electron transport chain. This result showed a mitochondrial dysfunction after TBI. These effects cannot be associated with an increase in H2O2 production. Insulin supplementation did not show beneficial effects. Alt-hough mitochondrial dysfunction is related to loss of functionality and neuronal mortality, this study did not show changes in cellular viability. This study has shown there is a synergic effect of hyperglycemia and TBI increasing mortality and recognition memory deficit, effects avoid by treatment with insulin. Acutely, basal oxygen mitochondrial consumption and cell viability were not altered after TBI. However, mitochondrial deficits in the hippocampus, 24 hours after TBI, are shown due to the reduction of the oxygen consumption in response to the addition of ADP in when compared to the sham group; insulin supplementation reverts these effects. Our work emphasizes the importance of insulin in the maintenance of metabolic and memory functions in the TBI.