Respostas de estresse induzidas pela privação de sono paradoxal em ratos: neurobiologia e comparação com estressores clássicos

Respostas de estresse induzidas pela privação de sono paradoxal em ratos: neurobiologia e comparação com estressores clássicos

Alternative title Stress responses induced by paradoxical sleep deprivation in rats: neurobiology and comparison with classic stressors
Author Moraes, Danilo Alves de Autor UNIFESP Google Scholar
Advisor Suchecki, Deborah Autor UNIFESP Google Scholar
Institution Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Graduate program Psicobiologia
Abstract Background: Stressors are responsible for generating a set of neuronal, endocrine, autonomic and behavioral responses, coordinated by the central nervous system (CNS). In rodents, several findings demonstrate that paradoxical sleep deprivation (PSD) by the single platform method (SPM) triggers stress response. However, there is a recurrent criticism of these results, debating whether the observed changes are due to the suppression of this sleep phase or to other stressful stimuli linked to the method. Other methods of PSD produce stress responses similar to those described for the SPM, despite the differences in magnitude, which led us to propose that, regardless of the method, prolonged, unremitting PSD is a stressful stimulus responsible for such changes. The sympathetic nervous system (SNS) and the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis are the main physiologic stress response systems. However, it is possible to assess the stress response under different perspectives, such as those involving neurochemical changes and differential activation of specific pathways, depending on the perception of the stimulus by the brain and discrimination between physical or psychological stimuli. Objectives: To indirectly compare the SPM for sleep deprivation with other classic stressors, known to be of distinct natures and evaluate the changes caused by these manipulations in a more detailed way, e.g., not only restricted to peripheral glucocorticoid release, but also to discriminate the activation of neuronal structures associated with the stress response as well as the expression of its main mediators [arginine-vasopressin (AVP), corticotropin releasing hormone (CRH) and central monoamines]. Methods: In Experiment 1, male rats were exposed to cold during 1 h (physical stressor), to predator odor during 30 min (psychological stressor) or to restraint during 1 h (mixed stressor) 1 or 4 times, once per day. In Experiment 2, the animals were submitted to PSD by the SPM, wherein the stimulus length was 1 or 4 days, uninterrupted. After the stress protocol, we evaluated: 1) AVP and CRH expression in the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN) and median eminence (ME); adrenocorticotrophic hormone (ACTH) and corticosterone (CORT) plasma levels; 2) noradrenaline, dopamine and serotonin levels in the prefrontal cortex (FC), hypothalamus (HPT), amygdala (AMY), dorsal and ventral hippocampus (dHPC and vHPC); 3) EGR1 expression in the cingulate cortex (pre-limbic area, infra-limbic area, rostral region and caudal region), AMY (basolateral and central nuclei) and PVN. Results: All stimuli increased plasma ACTH and CORT levels, albeit at different magnitudes. Repeated exposure resulted in lower CORT response compared to single exposure, indicating habituation of this response, except for prolonged PSD. No differences in CRH expression were found in the PVN and ME after exposure to any of the stressors, except for PSD which was the only stimulus that reduced AVP expression in the PVN and increased it in the ME. The main changes in central monoaminergic response occurred after repeated exposure to the predator odor, including increased noradrenaline in the HPT, reduced noradrenaline and serotonin levels in the vHPC and increased serotonin turnover in the AMY. PSD also produced neurochemical changes, some of which were similar to predator odor exposure, such as reduced noradrenaline in the FC, dHPC and vHPC, increased dopamine in AMY and increased serotonin turnover in the FC, HPT and dHPC. No changes were found in EGR1 expression in the cingulate cortex and amygdala of cold, restraint and predator odor groups, after single or repeated exposure, whereas PSD reduced EGR1 expression in the cingulate cortex (infra-limbic area). Moreover, exposure to cold, restraint and PSD increased EGR1 expression in the PVN. PSD-exposed animals showed changes in the stress response at all levels assessed (HPA axis hormones, neurochemistry, neuronal activation). Conclusions: Despite the fact that PSD methodology involves association of typically physical stressors (contact with water and restricted movement), the EGR1 expression in the PVN, HPA axis and monoamine responses to PSD presented a profile that was closer to a psychological stressor. We can conclude that PSD is in fact a stressful stimulus and its nature is similar to a psychological stressor.

Fundamentação teórica: Os estressores geram um conjunto de respostas composto por alterações neuronais, endócrinas, autonômicas e comportamentais, coordenadas pelo sistema nervoso central. Resultados em roedores mostram que a privação de sono paradoxal (PSP), utilizando o método da plataforma única (MPU), desencadeia respostas de estresse. No entanto, há uma crítica recorrente a esses resultados, questionando se as alterações observadas são decorrentes da supressão desta fase do sono ou de outros estímulos estressores vinculados ao método. Outras metodologias de PSP produzem respostas de estresse semelhantes às descritas com o MPU, apesar das diferenças de magnitude, levando-nos a propor que a PSP prolongada e ininterrupta, independente do método, seja um estímulo estressante responsável por essas alterações. O sistema nervoso simpático e o eixo hipotálamohipófise-adrenal são os principais sistemas de resposta ao estresse. No entanto, outras perspectivas para avaliar a resposta ao estresse envolvem alterações neuroquímicas e a percepção do estímulo pelo cérebro, que é capaz de discriminar entre estímulos físicos ou psicológicos e assim, resultar no desencadeamento de ativação de vias específicas. Objetivos: Comparar indiretamente o MPU para privação de sono com outros estressores clássicos, que sabidamente são de natureza distinta e avaliar as alterações causadas por essas manipulações de maneira mais detalhada, não apenas restrita à liberação periférica de glicocorticóides, mas também à ativação das estruturas neuronais associadas à resposta ao estresse, bem como à expressão de seus principais mediadores [arginina-vasopressina (AVP), hormônio liberador de corticotrofina (CRH) e monoaminas centrais]. Métodos: No Experimento 1, ratos machos foram expostos ao frio por 1 h (estressor físico), ao odor de predador por 30 min (estressor psicológico) ou à restrição de movimento por 1 h (estressor misto), uma única vez ou por 4 vezes, uma vez por dia. No Experimento 2, os animais foram submetidos à PSP pelo MPU, sendo que a duração do estímulo foi de 1 ou 4 dias, ininterruptos. Após o protocolo de estresse, nós avaliamos: 1) expressão de AVP e CRH no núcleo paraventricular do hipotálamo (PVN) e eminência mediana (ME); concentrações plasmáticas de hormônio adrenocorticotrófico (ACTH) e corticosterona (CORT); 2) concentrações de noradrenalina, dopamina e serotonina no córtex préfrontal (FC), hipotálamo (HPT), amígdala (AMY), hipocampo dorsal e ventral (dHPC e vHPC); 3) expressão de EGR1 no córtex cingulado (área pré-límbica, área infralímbica, região rostral e região caudal), AMY (amígdala basolateral e central) e PVN. Resultados: Todos os estímulos aumentaram as concentrações plasmáticas de ACTH e CORT, embora em diferentes magnitudes. A exposição repetida aos estressores resultou em menor resposta de CORT, comparada à exposição única, indicando uma habituação dessa resposta, exceto pela PSP prolongada. Não foram encontradas diferenças na expressão de CRH no PVN e ME após a exposição a qualquer um dos estressores, exceto pela PSP que foi o único estímulo que reduziu a expressão de AVP no PVN e aumentou na ME. As principais alterações na resposta monoaminérgica central ocorreram após exposição repetida ao odor de predador, incluindo aumento da noradrenalina no HPT, redução das concentrações de noradrenalina e serotonina no vHPC e aumento do turnover de serotonina na AMY. A PSP também produziu alterações neuroquímicas, algumas semelhantes à exposição ao odor de predador, como redução de noradrenalina no FC, dHPC e vHPC, aumento de dopamina na AMY e aumento do turnover de serotonina no FC, HPT e dHPC. Não foram encontradas alterações na expressão de EGR1 no córtex cingulado e na amígdala dos grupos frio, restrição de movimento e odor de predador, após exposição única ou repetida, enquanto a PSP reduziu a expressão de EGR1 no córtex cingulado (área infra-límbica). Além disso, a exposição ao frio, restrição de movimento e PSP aumentaram a expressão de EGR1 no PVN. A PSP resultou em alterações na resposta ao estresse em todos os níveis avaliados (hormônios do eixo HPA, neuroquímica, ativação neuronal). Conclusões: Apesar da metodologia da PSP envolver associação de estressores tipicamente físicos (contato com a água e restrição de movimento), a expressão de EGR1 no PVN e respostas do eixo HPA e monoaminas centrais apresentaram um perfil mais próximo ao de um estressor psicológico. Podemos concluir que o PSP é de fato um estímulo estressante e sua natureza se assemelha a um estressor psicológico.
Keywords Paradoxical Sleep Deprivation
Stress
HPA Axis
Central monoamines
Privação de sono paradoxal
Estresse
Eixo HPA 4
Monoaminas centrais
EGR1
Language Portuguese
Sponsor Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Associação Fundo de Incentivo à Pesquisa (AFIP)
Grant number FAPESP: 2014/22218-0
FAPESP: 2017/06419-4
Date 2020-04-30
Published in MORAES, Danilo Alves de. Respostas de estresse induzidas pela privação de sono paradoxal em ratos: neurobiologia e comparação com estressores clássicos. 2020. 149 f. Tese (Doutorado em Ciências) - Escola Paulista de Medicina, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), São Paulo.
Research area Privação de Sono em Seres Humanos e Modelos Animais
Knowledge area Medicina e Biologia do Sono
Publisher Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Extent 149 p.
Origin https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.xhtml?popup=true&id_trabalho=9106414
Access rights Open access Open Access
Type Thesis
URI https://repositorio.unifesp.br/handle/11600/58776

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Name: 2020 MORAES, DANILO ALVES DE.Doutorado.pdf
Size: 12.85Mb
Format: PDF
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