Efeitos neurocomportamentais do tratamento neonatal com ferro : possível modelo para o estudo de doenças neurodegenerativas

Abstract

O excesso de ferro no cérebro tem sido relacionado com a patogênese de várias doenças neurodegenerativas humanas. O período neonatal é crítico para o estabelecimento da concentração de ferro no cérebro adulto. Nesta tese são avaliados os efeitos neurocomportamentais do tratamento neonatal com ferro. No primeiro estudo (capítulo II) camundongos NMRI foram tratados oralmente com 3.7 ou 37.0 mg Fe+2/kg diariamente do 10° ao 12° dias de vida pós-natal. Os animais tratados com Fe+2 37.0 mg/kg apresentaram marcada hipocinesia para os três parâmetros da atividade motora: locomoção, respostas de orientação e atividade total nos primeiros vinte minutos, no entanto foram mais ativos nos vinte minutos finais da sessão de uma hora. Os camundongos tratados com a dose mais baixa (Fe+2 3.7 mg/kg/dia) apresentaram diminuição apenas no número de respostas de orientação no primeiros vinte minutos e um aumento da locomoção e das respostas de orientação nos vinte minutos finais da sessão. Na tarefa do labirinto radial, os camundongos tratados com Fe+2 37.0 mg/kg apresentaram um maior número de erros, bem como uma latência maior em obter os 8 pellets no 3° dia testado, quando comparados com os controles. A análise do conteúdo total de ferro (μg/g) mostrou que a dose de 37.0 mg/kg induziu um aumento nos níveis de ferro nos gânglios da base, mas não no córtex frontal. No segundo grupo de experimentos (capítulo III) os camundongos foram tratados com ferro (7.5 mg/kg) em três diferentes fases do período neonatal: do 3° ao 5°, do 10° ao 12° e do 19° ao 21º dia de vida. Confirmando os resultados obtidos no primeiro estudo, o tratamento com ferro do 10° ao 12º dia causou hipocinesia para os três parâmetros da atividade motora nos primeiros vinte minutos, sendo que a respostas de orientação neste caso, continuaram diminuídas no 2° período de 20 minutos. Novamente, encontrou-se um aumento dos três parâmetros nos vinte minutos finais da sessão. O tratamento com ferro do 3° ao 5° dia, produz efeitos sobre a atividade motora, mas em uma menor extensão que aqueles produzidos pelo tratamento do 10° ao 12° dia. Na tarefa do labirinto radial, os camundongos tratados do 10° ao 12° dia apresentaram maior número de erros e maior latência na segunda e terceira (última) sessão, enquanto que nos tratados do 3° ao 5° dia o mesmo ocorreu somente na última. A análise do conteúdo total de ferro (μg/g) mostrou que quando o ferro foi administrado do 3° ao 5° e do 10° ao 12° encontrou-se uma elevação nos níveis de ferro nos gânglios da base, mas não no córtex frontal. O tratamento neonatal com ferro do 19° ao 21° dia de vida não produziu efeitos em nenhum dos parâmetros das tarefas comportamentais estudadas, além de não alterar o conteúdos de ferro nos gânglios da base. Com o objetivo de investigar a interação dos efeitos do ferro administrado no período neonatal com tratamento com MPTP (capítulo IV), grupos de camundongos C57 Bl/6 receberam Fe2+ (7.5 mg/kg), ou veículo do 10° ao 12° dia de vida, seguido, aos 3 meses de idade pela administração de MPTP (2 x 20 ou 2 x 40 mg/kg, s.c.) ou salina. A combinação do tratamento neonatal com ferro com a exposição dos camundongos adultos ao MPTP produziu déficits severos na atividade motora, acentuando os efeitos do MPTP. A análise neuroquímica mostrou que a combinação do ferro com MPTP produz uma depleção mais acentuada do conteúdo de DA estriatal, do que aquela encontrada nos animais tratados apenas com MPTP. No capítulo V ratos foram tratados com ferro em quatro diferentes doses do 10° ao 12° dia de vida. Os ratos que receberam Fe+2 30.0 mg/kg (dose mais alta) apresentaram diminuição no número de cruzamentos nos 5 minutos finais da sessão na tarefa do campo aberto. Na tarefa do labirinto radial todas as doses utilizadas (de 2.5 a 30.0 mg/kg/dia) causaram aumento na latência em visitar os oito braços e menor número de escolhas corretas nas 8 primeiras entradas no 5° (último) dia testado. O conhecimento dos efeitos funcionais do excesso de ferro adquirido pelo cérebro durante o período neonatal ainda é limitado, no entanto os resultados obtidos apontam para o envolvimento do ferro em processos neurodegenerativos.

Excess iron in the brain has been irnplicated in the pathogenesis of several human neurodegenerative disorders. The neonatal period is critical for the establishment of normal iron content in the adult brain. ln the first study (Chapter II), the long-term neurobehavioural effects of iron exposure during this period were assessed by treating NMRI mice orally with 0.0, 3.7 or 37.0 mg Fe2+/kg b. w. on postnatal days 10 - 12. Spontaneous motor behaviour and radial arm maze learning were tested at the age of 3 months. lt was found that the mice treated with the higher dose of Fe2+ 37.0 mg/kg b. w., were hypoactive during the first 20 min of testing but hyperactive during the final 20 min, showing an almost complete lack of habituation of spontaneous activity in the test chambers. These changes were also seen in animals treated with the lower dose of Fe2+, 3.7 mg/kg b. w., but the effects were lesser pronounced indicating dose-response relationship. ln the radial arm maze, the Fe2+ 37.0 mg/kg group evidenced significantly both more errors in arm choices and longer latencies to acquire all eighth pellets. Analysis of brain iron content indicated significantly more total iron (μg/g) in the basal ganglia, but not frontal cortex, of the higher, 37 mg/kg, dose group. For the second study (Chapter III), newbom mice were administered Fe2+ (7.5 mg/kg, b.w.) on either Days 3-5, 10-12 or 19- 21, or vehicle (saline) at the same times, postnatally. lt was found that mice treated with Fe2+ during postnatal Days 10-12 were marked hypokinesic during the 1st 20-min test period and hyperkinesic during the 3rd and final 20- min test period. These mice showed an almost complete lack of habituation of spontaneous motor activity parameters to the test chambers. ln the radial arm maze the Days 10-12 treatment group evidenced significantly both more errors in arm choices and longer latencies to acquire all eight pellets; these mice showed also a severe trial-to-trial retention deficit as indexed by retention quotients. These behavioural deficits were observed also in animals treated with Fe2+ during postnatal Days 3-5, but the effects were less pronounced indicating the higher susceptibility of the brain for Fe2+-induced damage, during Days 10- 12 post partum. Treatment with Fe2+ on Days 19-21 did not induce behavioural alterations in comparison with its respective control (vehicle) group. Analysis of total brain iron content indicated significantly more iron (μg/g) in the basal ganglia, but not frontal cortex, of mice from days 3-5 and 10-12 Fe2+ treatment groups. ln order to study the interactive effects of postnatal iron and adult MPTP treatments (Chapter IV), groups of C57 Bl/6 mice were administered iron (Fe2+) 7.5 mg/kg, b. wt., p.o. or vehide (saline) on Days 10-12 post partum followed, at 3 months of age, by administration of either MPTP (2 x 20 or 2 x 40 mg/kg, s.c.) or saline. Behavioural testing was started three weeks later. MPTP treatment of adult mice caused a dose-related hypokinesia throughout the 3 x 20-min test periods; in the mice that received both neonatal iron and MPTP severe deficits of motor activity (akinesia) were obtained. Neurochemical analyses of striatal DA levels demonstrated that the depletions were most severe under conditions of combined neonatal iron and adult MPTP treatment; postnatal iron enhanced DA loss after the 2 x 20 mg/kg dose of MPTP. Furthermore, these depletions were associated with an almost total akinesia by these groups when locomotion and rearing counts were expressed as a percentage of the Veh-sal group. The analysis of total iron content (μg/g) in brain regions indicated notably elevated levels in the basal ganglia, but not in the frontal cortex, of mice administered Fe2+ on Days 10-12 after birth. ln the Chapter V Wistar rats were treated neonataUy with. 0.0; 2.5; 7.5; 15.0 or 30.0 mg Fe+2/kg b.w. on days 10-12 after birth. Results show th.at the highest iron dose (30.0 mg/kg) caused a decrease in the number of crossings in the final 5-minute period of the session. ln the radial arm maze task all the iron doses used in this study produced a higher latency in visiting the 8 arms and a decrased number of correct choices in the first 8 entries in the last trial. The knowledge of the long-term effects of iron entering the brain during this critical period of rapid brain growth are limited. lncreased amounts of iron in the brain, especially in the basal ganglia may contribute to neurodegenerative processes.