L'estrès oxidatiu, el metabolisme energètic disfuncional i els neurotransmissors desestabilitzadors van alterar el perfil metabòlic cerebral en un model de rata de busseig de saturació d'heliox simulada fins a 4.0 MPa

Resum

L'objectiu principal del present estudi va ser determinar els canvis del perfil metabòlic en el cervell de les rates després d'un busseig simulat amb heliox saturat (HSD) a 400 metres d'aigua de mar en comparació amb els controls en blanc. Es van investigar les alteracions del metaboloma polar del cervell de rata a causa de la HSDcòrtex, hipocamp, iteixit estriatmostres mitjançant l'aplicació d'un enfocament metabolòmic basat en RMN juntament amb la detecció bioquímica a l'escorça. Elreducció dels nivells de glutatió i taurinapot hipotèticamentaugmentar les defenses antioxidantsdurant el busseig de saturació, que també va ser provat pelaugment del nivell de malondialdehid, elDisminució de la superòxid dismutasa, i ladisminució de la glutatió peroxidasaa l'escorça. La disminució concomitant de les vies metabòliques aeròbiques i anaeròbiques va incloure un metabolisme energètic regulat a la baixa, que també es va demostrar amb la quantificació bioquímica dels enzims metabòlics Na-K ATPasa i LDH al teixit de l'escorça cerebral. Elanomalies metabòliques significatives dels neurotransmissors d'aminoàcids, com el GABA, la glicina i l'aspartat, van reduir els aminoàcids aromàtics, inclosostirosinai fenilalanina, tots dos implicats en elmetabolisme de la dopaminai la noradrenalina, que estan regulades a la baixa a l'escorça. En particular, una disminució del N-acetil aspartat s'associa amb danys neuronals. En resum, la descompressió hiperbàrica d'un HSD de 400 msw va afectarmetaboloma cerebralen un model de rata, que podria incloure una àmplia gamma d'homeòstasi d'aminoàcids pertorbadores, metabòlits relacionats amb l'estrès oxidatiu i el metabolisme energètic i components de neurotransmissors desestabilitzadors. Aquestspertorbacionspot contribuir a laneuroquímicsifenotips neurològics de HSD.

Feu clic aquí per obtenir suplements antioxidants de Cistanche

Introducció

L'alta pressió superior a 1,3 MPa (a aproximadament 120-metre d'aigua de mar) s'indueix en humans i mamífers amb risc de canvis al sistema nerviós central (SNC) [1, 2]. El SNC podria ser un dels objectius més sensibles a la pressió atmosfèrica excessiva, les bombolles de gas al cos i la malaltia de descompressió (DCS) causada pel busseig en aigües profundes. En aquestes condicions, una sèrie de manifestacions psicomotores i cognitives són molt complexes, amb tremolors distals i proximals, anomalies electroencefalogràfiques, fasciculacions, mioclònies, trastorns del son, nàusees, mal de cap, marejos i rendiment reduït en les proves cognitives [2-4]. Moen et al. van mesurar anomalies neurològiques regionals mitjançant imatges de ressonància magnètica (MRI) ponderades per difusió i perfusió. Es van trobar dèficits de perfusió en la funció microvascular cerebral amb microèmbols arterials [5] en bussejadors del Mar del Nord, demostrat per un temps mitjà de transició reduït a causa de la reducció de la complexitat del sistema microvascular o capil·lar. Alvhild Alette Bjørkum et al. va trobar una homeòstasi de proteïnes pertorbadora, per exemple, a les vesícules sinàptiques, i components citoesquelètics desestabilitzadors després d'un busseig amb saturació d'heliox en un model de rata. Tanmateix, Arvid Hope et al. va informar que no es van observar lesions visibles del SNC de canvis morfològics sota ressonància magnètica en rates amb símptomes neurològics massius de malaltia per descompressió després de la descompressió per saturació d'heliox [6]. Per tant, hipotetitzem que es podrien observar possibles alteracions del perfil molecular darrere d'anomalies fisiològiques tan significatives però ambigües al teixit del SNC després d'una immersió amb saturació d'heliox.

La identificació de biomarcadors per controlar l'estat dels mecanismes fisiològics cel·lulars és important per entendre els esdeveniments bioquímics. Sempre és un repte tenint en compte la complexitat i diversitat de les vies moleculars implicades en la resposta dels sistemes biològics a diversos factors en un moment o condició específics. Els intents anteriors d'enllaçar biomarcadors individuals amb pertorbacions funcionals del SNC han proporcionat una visió del dany oxidatiu i la immersió posterior a la saturació del metabolisme energètic [3, 4, 7]. De la mateixa manera, diversos estudis han comparat els perfils de neurotransmissors d'aminoàcids de rates amb síndrome neurològica d'alta pressió amb els d'individus sans [2]. Il·lustrar l'empremta metabòlica neurològica de l'oci del SNC podria afavorir les hipòtesis etiològiques [8, 9], la prevenció [10] i els enfocaments terapèutics [11]. Tanmateix, no s'ha investigat la pertorbació metabòlica neurològica integrada induïda per una gran profunditat de busseig amb saturació d'heliox. Aquesta sortida d'informació de sistemes biològics complexos es pot registrar ràpidament a causa dels avenços en mitjans tecnològics [12]. L'aplicació de l'espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear (RMN) d'alta resolució pot proporcionar quantitats extremes d'alta complexitat però dades de perfil metabòlic robustes i interpretables. Les dades espectrals de biofluids i extractes de metabòlits de teixits es poden obtenir mitjançant mètodes quimiomètrics i bioinformàtics per revelar informació sobre l'estat fisiològic o patològic. L'espectroscòpia RMN proporciona informació qualitativa i quantitativa immediata sobre aproximadament 102 molècules petites diferents presents en una mostra biològica. La detecció de RMN permet un enfocament ampli i imparcial sense selecció a priori de vies bioquímiques específiques. A més, la RMN permet una anàlisi d'alt rendiment i una alta reproductibilitat, i és una tècnica intrínsecament quantitativa en un ampli rang dinàmic a causa de la resposta lineal dels senyals de RMN dins d'una concentració. Aquesta tecnologia s'ha aplicat amb èxit a malalties neurològiques com l'atàxia cerebel·losa [13], la malaltia de Huntington [14, 15] i la malaltia d'Alzheimer [16, 17] tant en estudis preclínics com clínics.

Malgrat la prometedora aplicabilitat de la metabolòmica basada en RMN, no s'ha informat de la seva aplicació per avaluar els efectes de pertorbació metabòlica del nervi central del busseig amb saturació d'heliox. L'objectiu del present estudi va ser investigar els canvis metabolòmics en diferents compartiments anatòmics del cervell (escorça, hipocamp i estriat) i els canvis de nivell d'índex bioquímic a l'escorça en un model de rata després de simular 400 metres d'aigua de mar (MSW) amb saturació d'heliox. , tal com mostra el disseny experimental esquemàtic de la present investigació a la figura 1. La il·lustració de l'empremta metabòlica de l'òrgan diana podria proporcionar un conjunt de biomarcadors disponibles que podrien contribuir a millores en els procediments de busseig.

Fig 1. Disseny experimental esquemàtic de la present investigació

Procediments experimentals

Confirmem que hem llegit la posició de la revista sobre qüestions relacionades amb la publicació ètica i afirmem que aquest informe és coherent amb aquestes directrius.

Reactius i materials Clorur de sodi de grau analític, DMSO, NaN3, NaH2PO4•2H2O i Na2HPO4•12H2O es van comprar a Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd. (Xangai, Xina). CHCl3 i CH3OH de grau HPLC es van obtenir de Merck (Darmstadt, Alemanya). Sigma-Aldrich va proporcionar D2O (99,9 per cent en D) que conté 3-(trimetil-silil) propionat-2, 2, 3, 3, d4 (TSP) de sodi com a estàndard intern per a la referència del canvi químic (MO, EUA). Es va preparar un sistema tampó que contenia 0,2 M Na2HPO4/NaH2PO4 en D2O a pH 7,4 per evitar l'efecte del pH sobre els canvis químics dels metabòlits a diferents concentracions. Els kits d'assaig per a la determinació de l'ATPasa de sodi i potassi (Na-K-ATPasa), la colinesterasa (AChE) i la lactat deshidrogenasa (LDH) es van comprar a Abcam (EUA). Els kits d'assaig de dopamina (DA) es van comprar a RD, EUA, els kits d'assaig d'epinefrina (E) i norepinefrina (NE) eren d'Abnova, Taiwan, els kits d'assaig de 5-hidroxitriptamina (5HT) eren de BioSource i Els kits d'assaig d'àcid gamma-aminobutíric (GABA) eren de Santa Cruz, EUA. Els kits d'assaig de superòxid dismutasa (SOD), malondialdehid (MDA) i glutatió peroxidasa (GPx) es van comprar a Caiman, EUA.

Aprovació ètica

Tots els protocols experimentals van ser aprovats pel Comitè d'Ètica Animal del Naval Medical Center de PLA, Naval Medical University (núm. d'aprovació: SYXK (Shanghai)2017-0019, any d'aprovació: 2020). Tots els animals van rebre una bona atenció segons la Guia de Cura i Ús d'Animals de Laboratori de la Universitat de Medicina Naval. Confirmem que tots els mètodes s'informen d'acord amb les directrius ARRIVE (https://arriveguidelines.org) per a la notificació d'experiments amb animals. Els participants investigats en aquest estudi eren rates, no humans; per tant, no hi havia consentiment per participar.

Disseny d'animals i agrupacions

En aquesta investigació es van incloure rates Sprague-Dawley mascles adults amb una edat mitjana de 8 setmanes i un pes de 200-220 g. Els animals es van comprar a Shanghai Slac Laboratory Animal Co., Ltd. (Xangai, Xina). Es van fer els màxims esforços per minimitzar el patiment dels animals i el nombre d'animals necessaris per capturar dades fiables. Es disposava de menjar de rata estàndard i d'aigua potable per a tots els animals ad libitum. Els animals amb 3 rates per gàbia es van allotjar en una habitació d'animals lliure de patògens (SPF) específica (temperatura, 22-24˚C, humitat, 45-55 per cent) i condicions de llum controlades (cicle de llum-foscor de 12/12 hores) durant una setmana abans de l'experiment. Abans de començar els experiments de busseig, les rates es van aclimatar durant cinc dies a l'entorn del laboratori, inclosa una cambra hiperbàrica. Setze rates van ser pesades, etiquetades, restringides assignades aleatòriament a un control (exposició a l'aire normobàric però suportant llum i soroll similars, anomenat grup CON, n=8) i un grup experimental (subjecte a un busseig de saturació d'heliox simulat a 4,0 MPa (400 msw), anomenat grup HSD, n=8).

Busseig de saturació estimulada de 400 msw

Les rates del grup HSD es van pressuritzar en gas heli-oxigen en una cambra hiperbàrica. En resum, es van incloure quatre fases de compressió, emmagatzematge, descompressió i rellotge de flexió

el període de saturació. La taxa de compressió de la rata era d'1 msw/min fins a 10 msw amb un 20% de barreges de gas He O i 3,54 msw/min de 10 msw a 400 msw amb He pur. La compressió de temps des de la superfície fins a 400 msw va trigar aproximadament 120 minuts. La fase inferior a 400 msw va ser de 120 minuts. La concentració d'oxigen es va complementar amb oxigen pur per mantenir la pressió parcial d'oxigen a 35 ~ 50 kPa durant el procés de compressió i la profunditat d'emmagatzematge. El període de rellotge de flexió de descompressió va ser de 40 min a 300 msw, 45 min a 200 msw, 50 min a 105 msw, 60 min a 45 msw, 75 min a 10 msw, 75 min a 3 msw i després a la superfície. La velocitat d'ascens utilitzat en aquest model de descompressió és d'aproximadament 10 metres (33 peus) per min. la pressió parcial d'oxigen es va mantenir a 38 ~ 67 kPa durant l'etapa de descompressió. Després de la descompressió a 10 m, la concentració d'oxigen es va mantenir al 20-24 per cent. La visió general de la línia de temps de busseig de saturació es mostra a la figura 2. Les rates del grup de control de l'aire (Grup CON, anomenat grup control, amb vuit rates) es van criar dins de l'entorn atmosfèric al mateix laboratori experimental amb la mateixa cambra que els grups HSD. El grup de control no va rebre cap procediment de compressió o descompressió, però va suportar un soroll i una llum similars al grup HSD.

Recollida de mostres

Després del període de descompressió, les rates van ser anestesiades amb pentobarbital sòdic ({{0}},3 per cent, 1,0 ml/kg de pes de rata) per via intraperitoneal, seguida de l'eliminació del cervell. Els hemisferis cerebrals esquerres es van dissecar ràpidament. En dos grups d'animals, els teixits de l'escorça, l'hipocamp i l'estriat es van disseccionar i es van abreujar respectivament com a HSDC, HSDH, HSDS, CONC, CONH i CONS. Com a teixit més gran entre els tres compartiments, cada mostra de còrtex es va tallar en dues peces amb pesos aproximadament iguals (una part de la mostra per a l'anàlisi metabolòmica, les altres peces de mostres per a avaluacions bioquímiques). Tots els teixits es van congelar en nitrogen líquid i es van emmagatzemar a -80 °C fins a una anàlisi posterior.

Demana més:

Correu electrònic:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel: més 86 15292862950