Efeito da secção do nervo isquiático sobre parâmetros ultraestrutural, histoquímico, imunoistoquímico e de captação de análogos da glicose em gânglio da raiz dorsal de rãs Lithobates catesbianus

Abstract

As rãs são utilizadas como modelos experimentais em diferentes situações experimentais. Uma delas é o estudo dos efeitos da seção do nervo isquiático (SNI) sobre o tecido nervoso. Essa ampla utilização desses animais como modelos experimentais justifica a realização de estudos que visam o conhecimento morfofuncional de seus tecidos. Inúmeros estudos mostram que, assim como nos mamíferos, o principal substrato energético no tecido nervoso de rãs é a glicose. Porém, é desconhecida a distribuição dos transportadores de glicose no tecido nervoso de rãs, bem como se a SNI altera esse transporte. Outra questão em aberto é se o lactato, cuja concentração está aumentada no plasma de rãs durante períodos de hibernação e após atividades motoras, é usado como substrato energético pelo tecido nervoso, o que está demonstrado em outras espécies de vertebrados. É desconhecida ainda no gânglio da raiz dorsal (GRD) de rãs a distribuição e os efeitos da SNT sobre a reação à nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato diaforase (NADPH-diaforase), enzima considerada equivalente a óxido nítrico sintase, responsável pela síntese de óxido nítrico, e a reação ao ácido periódico-reativo de Schiff (PAS), que indica a presença de mucopolissarídeos, incluindo o glicogênio, uma importante reserva energética no tecido nervoso de rãs. Desconhece-se também a distribuição e os efeitos da SNT sobre a imunorreatividade à serotonina, importante molécula com função neurotransmissora e/ou moduladora no sistema nervoso, tirosina hidroxilase, enzima limitante na síntese de catecolaminas, moléculas com diversos papéis fisiológicos, incluindo ação neurotransmissora e/ou neuromoduladora no tecido nervoso, e c-Fos, proteína considerada marcadora de ativação neural por estimulação nociva. Outras questões ainda em aberto são os efeitos da SNT sobre: a captação do análogo da glicose 1-14C 2-deoxi-D-glicose (14C-2-DG) e concentração plasmática de glicose e lactato; se os tipos II e III de células gliais satélites (CGSs), recentemente descritas no GRD de coelho, estão presentes nesse gânglio de rãs; e os efeitos da SNT sobre a ultraestrutura de CGSs e neurônios do GRD. Assim, o objetivo dessa tese foi determinar: 1) a ultraestrutura de neurônios e CGSs; 2) a distribuição das reações à NADPH-diaforase e PAS, e a imunoistoquímica à serotonina, tirosina hidroxilase, c-Fos e transportadores de glicose tipo 1 e 3; e 3) a captação de 14C-2-DG, na presença e ausência de lactato, em GRD de rãs Lithobates catesbianus com e sem SNI. A escolha pelos transportadores de glicose tipos 1 e 3 foi pelo fato de ocorrerem na membrana de endotélio, células gliais e de neurônios. Para a realização do estudo inicialmente 12 rãs Lithobates catesbianus, adultas, machos, com peso de 100-200g, que não sofreram qualquer manipulação cirúrgica foram mortas por decapitação e os gânglios das raízes dorsais (GRDs) do nervo isquiático retirados e preparados para análises ultraestrutural, histoquímica à NADPH-diaforase e PAS, e imunoistoquímica à serotonina, tirosina hidroxilase e transportadores de glicose dos tipos 1 e 3. Feito isso, 18 outras rãs, nas mesmas condições físicas, foram divididas em três grupos experimentais (n=6/grupo): controle (rãs que não sofreram qualquer manipulação cirúrgica), sham (rãs onde foram efetuados apenas os procedimentos para isolamento do nervo isquiático) e SNI (rãs que tiveram o nervo isquiático direito totalmente seccionado em seu tronco comum). Esses animais foram mortos três dias após a intervenção cirúrgica e seus GRDs do nervo isquiático usados para demonstrar os efeitos da secção nervosa sobre a ultraestrutura, a reação à NADPH-diaforase, e a imunoistoquímica à serotonina, tirosina hidroxilase, c-Fos e transportadores de glicose dos tipos 1 e 3 no GRD. Outros 20 animais, divididos nos mesmos grupos experimentais, foram usados para demonstrar os efeitos da SNI sobre a captação de 14C-2-DG, na presença ou ausência de lactato, e a taxa de produção de 14CO2 a partir de 14C-L-lactato e de 14C-glicose no GRD. Essas rãs foram usadas ainda para demonstrar os efeitos da denervação periférica sobre a concentração plasmática de glicose e lactato. Nossos resultados mostraram que os neurônios sensoriais do GRD de rã Lithobates catesbianus tiveram distribuição, diâmetro e morfologia que foi similar àquela descrita para essas células em gânglio de mamíferos. As CGSs apresentaram morfologia similar àquela descrita para essas células em gânglios de outras espécies de vertebrados. As células dos tipos II e III, observadas no GRD de coelho, não ocorreram no GRD de Lithobates catesbianus. O padrão de atividade à NADPH-diaforase e a distribuição da imunorreatividade à serotonina, tirosina hidroxilase e Glut 1 e 3 foram também similares ao descrito em mamíferos. Pela primeira vez foi demonstrada, em anfíbios, a presença de reação à NADPH-diaforase em CGCs do GRD. A captação de 14C-2-DG foi reduzida quando o lactato foi acrescentado ao meio de incubação. As alterações induzidas pela SNI foram também similares àquelas descritas nos mamíferos. Houve acréscimo no número de mitocôndrias, retículo endoplasmático, ribossomas e filamentos no citoplasma das CGSs, mais neurônios e CGCs com reação positiva à NADPH-diaforase, um maior número de prolongamentos imunorreativos à tirosina hidroxilase em torno de somas de neurônios sensoriais, e mais núcleos neuronais imunorreativos a c-Fos. Nenhuma alteração ocorreu na imunorreatividade a serotonina e transportadores de glicose. Houve aumento na captação de 14C-2-DG, que foi reduzido quando o lactato foi acrescentado ao meio de incubação. Porém, a formação de 14CO2 a partir de 14C-L-lactato e de 14C-glicose não alterou nessas condições. Todavia, diferentemente dos mamíferos, a SNI não provocou mudança no número de CGCs no GRD, mostrando uma peculiaridade na resposta das rãs à SNI. Assim, nosso estudo reforça o uso de rãs como modelo experimental para estudo dos efeitos da SNI, um modelo de dor fantasma, sobre o tecido nervoso. Porém, dada a diferença peculiar ocorrida no GRD de rãs com SNI, é evidente a necessidade de mais conhecimento dos efeitos dessa situação experimental nesses animais.

Frogs have been used as experimental models in different experimental situations. One of these is the study of the effects of the sciatic nerve transection (SNT) on the nerve tissue. The wide use of these animals as experimental models justifies the studies aimed at morphofunctionally understanding of their tissues. Numerous studies have shown that glucose is the main energy substrate in the nerve tissue of frogs as well as in mammals. However, the distribution of glucose transporters in the nerve tissue of frogs is unknown as well as whether SNT alters such transportation. Another unanswered question is whether the lactate, whose concentration is increased in the frog plasma during hibernation periods and after motor activities, is used as an energy substrate by the nerve tissue, which has been demonstrated in other vertebrate species. In the dorsal root ganglion (DRG) cells of frogs are still unknown the distribution and effects of SNT on the reaction of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate diaphorase (NADPH-diaphorase), an enzyme that is considered equivalent to nitric oxide synthase, responsible for the synthesis of nitric oxide, and on the reaction of periodic acid-Schiff (PAS), which indicates the presence of mucopolysaccharides, including glycogen, an important energy reserve in frog nerve tissue. Moreover, the distribution and effects of SNT on immunoreactivity to serotonin, an important molecule that functions as a neurotransmitter and / or neuromodulator in the nervous system, tyrosine hydroxylase, the rate-limiting enzyme in catecholamine biosynthesis, molecules with various physiological roles, including neurotransmitter and / or neuromodulator action in the nerve tissue, and c-Fos, a protein that is regarded as a marker of neuronal activation by noxious stimulation are also unknown. Other questions regarding is the effect of SNT on the uptake of glucose analogue 2-Deoxy-D-glucose-1-14C (14C-2-DG) and glucose and lactate concentration plasma; whether the types II and III of satellite glial cells (SGCs), recently described in rabbit DRG, are present in this ganglion of frogs; and the effects of SNT on the ultrastructure of SGCs and DRG neurons remain unanswered as well. Thus, this thesis aimed to determine: 1) the ultrastructure of neurons and SGCs; 2) the distribution of NADPH-diaphorase and PAS reaction, and immunohistochemistry for serotonin, tyrosine hydroxylase, c-Fos and glucose transporters types 1 and 3; and 3) the uptake of 2-DG-14C, in the presence and absence of lactate, in DRG of frogs, Lithobates catesbianus, with and without SNT. Glucose transporters types 1 and 3 were chosen because they occur in the membrane of endothelial cells, glial cells and neurons. Initially, 12 adult male frogs, Lithobates catesbianus, weighing 100-200g, not having undergone any previous surgical manipulation, were killed by decapitation. The DRGs of the sciatic nerve were removed and prepared for ultrastructural analysis, histochemistry of NADPH-diaphorase and PAS, and immunohistochemistry for serotonin, tyrosine hydroxylase and glucose transporters types 1 and 3. After that, 18 other frogs in the same physical conditions were divided into three experimental groups (n = 6/group): control group (frogs not subjected to any surgical manipulation), sham (frogs in which only surgical procedures for isolating the sciatic nerve were performed), and SNT (frogs in which the right sciatic nerve was completely transected). These animals were killed three days after the procedure, and their sciatic nerve DRGs used to demonstrate the effects of nerve transection on the ultrastructure, NADPH-diaphorase reaction, and immunohistochemical serotonin, tyrosine hydroxylase, c-Fos and glucose transporters types 1 and 3 in the DRG. Other 20 animals, divided into the same experimental groups, were used to demonstrate the effects of SNI on the uptake of 14C-2-DG in the presence or absence of lactate, the production rate of 14CO2 from 14C-L-lactate and 14C-glucose in the DRG. These frogs were used to further demonstrate the effects of peripheral denervation on plasma glucose and lactate levels. Our results have demonstrated that sensory neurons of bullfrog, Lithobates catesbianus, DRG showed distribution, diameter and morphology similar to those described for these ganglion cells in mammals. The CGSs showed morphology similar to that described for these cells in the lymph nodes of other vertebrate species. Cells types II and III, observed in rabbit DRG did not occur in the Lithobates catesbianus DRG. The pattern of NADPH-diaphorase activity and distribution of immunoreactivity of serotonin, tyrosine hydroxylase and Glut 1 and 3 were also similar to those described in mammals. For the first time, it has been demonstrated the presence of NADPH-diaphorase reaction on SGCs of DRG in amphibians. The uptake of 14C-2-DG was reduced when lactate was added to the incubation medium. SNT-induced changes were also similar to those ones described in mammals. There was an increase in the number of mitochondria, endoplasmic reticulum, ribosomes and filaments in the SGCs cytoplasm; more neurons and SGCs with positive reaction to NADPH-diaphorase; a greater number of tyrosine hydroxylase immunoreactive extensions around body sensory neurons; and more c-Fos immunoreactivity in neuronal nuclei. No changes occurred in serotonin immunoreactivity and glucose transporters. There was an increase in the uptake of 14C-2-DG, which was reduced when lactate was added to the incubation medium. However, the formation of 14C-2-DG from 14C-L-lactato and glucose did not change under these conditions. Unlike mammals, SNT caused no change in the number of SGCs in DRG, showing a peculiarity in the response of frogs to SNT. Therefore, our study supports the use of frogs as an experimental model to study the effects of SNT, a model of phantom pain on the nerve tissue. However, given the peculiar differences occurred in the DRG of frogs with SNT, it is clearly necessary to carry out further studies to better understand the effects of an experimental situation like this in such animals.