Estudo ontogênico da utilização de nutrientes energéticos em cerebelo de ratos

Abstract

O sistema nervoso central é capaz de utilizar uma variedade de substratos para obtenção de energia, entre eles incluem-se: glicose, corpos cetônicos, lactato, glicerol e glutamina. A utilização dos nutrientes energéticos pelo sistema nervoso central pode ser regulada em diversos níveis, tais como: transporte através dos capilares cerebrais, transporte através da membrana plasmática dos neurônios e células gliais, variações nas atividades das enzimas, e variações nos níveis plasmáticos dos nutrientes energéticos. Os níveis plasmáticos dos nutrientes energéticos variam acentuadamente durante o desenvolvimento do rato. Esta mudança é ocasionada pela dieta ingerida que ocasiona modificações na liberação de hormônios e neurotransmissores visando uma adaptação metabólica à dieta ingerida. Durante a vida fetal o principal nutriente energético utilizado pelo sistema nervoso central do feto é a glicose proveniente da circulação materna; nas primeiras duas a três horas de vida extrauterina o lactato sangüíneo é o principal nutriente energético; após este período, a glicose é o principal nutriente energético até cerca de 12 horas de vida extrauterina; após este período, glicose e corpos cetônicos são os principais nutrientes energéticos utilizados pelo sistema nervoso central durante o período de lactação. Os níveis de corpos cetônicos sangüíneos no período de lactação vão depender do teor lipídico do leite materno. No leite de rata, a concentração de lipídios está em torno de 13%, o que ocasiona uma concentração de corpos cetônicos em tomo de 1,5 a 2,0 mM no lactente. Após o período de lactação, em tomo do vigésimo primeiro dia de vida, a dieta a que os animais são submetidos possui uma elevada porcentagem de carboidratos, o que determina que a concentração dos corpos cetônicos diminua acentuadamente, sendo que neste período o principal nutriente energético utilizado pelo sistema Após o período de lactação, em tomo do vigésimo primeiro dia de vida, a dieta a que os animais são submetidos possui uma elevada porcentagem de carboidratos, o que determina que a concentração dos corpos cetônicos diminua acentuadamente, sendo que neste período o principal nutriente energético utilizado pelo sistema nervoso central é a glicose. Nesta tese realizamos um estudo ontogenético da oxidação a CO2, bem como da conversão a lipídios, por fatias de cerebelo de ratos in vitro dos seguintes nutrientes energéticos (nas concentrações indicadas): 5,0 mM de glicose; 10,0 mM de lactato, 2,0 mM de βOH-Butirato; 1,0 mM de glicerol; 0,5 mM de glicina; e 2,0 mM de glutamina nas idades de aproximadamente 21 dias de gestação, 10 dias de vida pós-natal, 21 dias de vida pós-natal e na idade adulta (3 meses). O meio de incubação utilizado foi Krebs-Ringer bicarbonato. Com exceção da glicina ([1-14C]glicina, [2-14C]glicina) e o J30H-Butirato, marcado no carbono 3, os demais nutrientes energéticos foram uniformemente marcados com 14C. Verificamos que o metabolismo de todos os nutrientes energéticos utilizados nesta tese variaram ontogeneticamente. A oxidação a CO2 da glicose, lactato , glicerol e glutamina aumentaram com a idade dos animais, enquanto a oxidação a CO2 do β OH-Butirato e glicina diminuíram com a idade dos animais. A síntese de lipídios a partir da glicose, βOH-Butirato e glicerol aumentaram com a idade dos animais. O lactato e a glutamina foram os principais nutrientes energéticos oxidados a CO2 em todas as idades estudadas. Apenas na idade adulta a oxidação da glutamina a CO2 foi superior à oxidação do lactato. Nas idades de 7; 14 e 21 dias de idade o βOH-Butirato apresentou uma maior oxidação a CO2 do que o glicerol, a oxidação do glicerol na idade adulta foi significativamente superior a oxidação do βOH-Butirato. A oxidação da glicose a CO2 foi superior à oxidação do βOH-Butirato e do glicerol em todas as idades estudadas. A glicina apresentou uma acentuada diminuição na oxidação com o aumento das idades dos animais e na idade adulta foi juntamente com βOH-Butirato o composto menos oxidado a CO2. Em relação à síntese de lipídios, a glicose e o lactato foram os principais nutrientes energéticos convertidos a lipídios. Aos 10 dias de vida pós-natal, a síntese de lipídios a partir de lactato foi superior à síntese a partir da glicose; nas demais idades estudadas a síntese de lipídios a partir dos dois substratos não apresentaram diferença entre si. Na idade adulta, a síntese de lipídios a partir do βOH-Butirato foi superior à síntese de lipídios a partir do glicerol e nas demais idades estudadas, não houve diferença entre a síntese de lipídios a partir dos dois substratos. A glutamina e a glicina foram os dois nutrientes energéticos que apresentaram menor conversão a lipídios em relação aos demais nutrientes energéticos em todas as idades estudadas.

The CNS is capable of using a variety of substrates for obtainance of energy, and among them are included: glucose, ketone bodies, lactate, glycerol and glutamine. The utilization of the energetic nutrients by the CNS can be regulated in several levels, such as: transport through brain capillaries, transport through neuron and glial cells plasma membrane, variations in enzyme activities, and variations in plasma levels of the energetic nutrients. The plasma levels of the energetic nutrients vary markedly during the development of the animal, and this change is perpetrated by the ingested diet which causes modifications in hormone and neurotransmitters, aiming a metabolic adaptation to the ingested diet. During the fetal life the main energetic nutrient utilized by the fetus CNS is glucose derived from matern circulation; in the first two or three hours of extra-uterine life blood lactate is the main energetic nutrient; after this period glucose is the main energetic nutrient until about twelve hours of extra-uterine life, and after this period glucose and ketone bodies become the major energetic nutrients utilized by the CNS during the whole lactation period. The levels of ketone bodies in the lactation period will depend on the fat content of matern milk, and in the rat milk the lipid concentration is around 13%, which allows a concentration of ketone bodies of 1.5 to 2.0 mM in the breastfeeding rat. After the period of lactation the diet to which the animals are submitted possesses a high percentage of carbohydrates, what determines a marked decrease in ketone bodies concentration, and in this period the major energetic nutrient utilized by the CNS is glucose. ln this thesis we performed an ontogenic study of oxidation to CO2, as well as conversion to lipids, by rat cerebellum slices in vitro of the following energetic nutrients (in the indicated concentrations): 5,0 mM glucose; 10.0 mM lactate, 2.0 mM βOH-Butyrate; 1.0 mM glycerol; 0.5 mM glycine; and 1.0 mM glutamine. The incubation media utilized was Krebs-Ringer bicarbonate. With exception of glycine ([1-14C]glycine , [2- 14C]glycine), the remaining energetic nutrients were uniformly labeled with 14C. ln the present work we verified oxidation to CO2 and convertion to lipids of the following energetic nutrients: 1-glucose, 2-lactate, 3- βOHButyrate, 4-glycerol, 5-glycine, 5-glutamine, by cerebellum slices of rats at the ages of 21.5 days of gestation, 1 o days of post-natal life, 21 days of post-natal life and at adult age (3 months). We verified that the metabolism of all the energetic nutrients utilized in this thesis varied ontogenetically. The oxidation to CO2 of glucose, lactate, glycerol and glutamine increased with the age of the animals, while the oxidation to CO2 of βOH-Butyrate and glycine decreased with the ages of the animals. Lipid synthesis from glucose, βOH-Butyrate and glycerol increased with the age of the animals. Lactate and glutamine were the main energetic nutrients oxidized to CO2 in all ages studied. Only at adult age the oxidation of glutamine to CO2 was superior to oxidation of lactate. At the ages of 7- 14- and 21 days of age BOH-Butyrate presented a higher oxidation to CO2 than glycerol in all studied ages, but by its tum glycerol oxidation at adult age was significantly superior in comparison to oxidation of βOH-Butyrate at the same age. Glucose oxidation to C02 was higher than the oxidation of βOH-Butyrate and glycerol in all studied ages. Glycine at the ages of 21.5 days of gestation and at 10 days of post-natal life presented a higher oxidation rate than glucose, but due to the fact of presenting a marked decrease in the oxidation rate with the increasing in the age of the animals, it was, concurrently with βOH-Butyrate, the two least oxidized substrates to C02. ln regard to lipid synthesis, glucose and lactate were the main energetic nutrients converted to lipids. At 10 days of post-natal life the synthesis of lipids from lactate was higher than the synthesis from glucose, and in the remaining ages studied the lipid synthesis from these two substrates did not present significant differences. At adult age the lipid synthesis from β-OH-Butyrate was higher than lipid synthesis from glycerol, and the remaining ages studied there was no difference in lipid synthesis from the two substrates. Glutamine and glycine were the two energetic nutrients that presented the lowest conversion to lipids in comparison to the remaining energetic nutrients in all ages studied.