Kısa süreli mınosiklin uygulamasının ventilasyonun farklı şiddetlerdeki hipoksiye aklimatizasyonu oluşumuna etkisinin sıçan beyin sapında nukleus traktus solitarius bölgesinde araştırılması
Investigation of the effect of short term minocycline administration on ventilatory aclimatization to hypoxia in different sevirities in nucleus traktus solitarius region on the brainstem of the rat
Yazar: HATİCE TANRIVERDİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KEMAL ERDEM BAŞARAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ÇAĞLAR BEKER
Erciyes Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Beyin sapı = Brain stem ; Hipoksi = Hypoxia ; Minosiklin = Minocycline ; Nöronal plastisite = Neuronal plasticity ; Nükleus traktus solitarius = Nucleus of solitary tract ; Otonom sinir sistemi = Autonomic nervous system ; Solunum bozuklukları = Respiration disorders ; Solunum yetmezliği = Respiratory insufficiency ; Sıçanlar = Rats ; İnflamasyon = Inflammation

Özet:
Merkezi sinir sistemindeki nöron-glia iletişimi, beyin sapının solunum kontrol merkezlerinde nöral sinyal mekanizmasının önemli bir bileşeni olarak ortaya çıkmaktadır. Hipoksi sonrasında gelişen inflamasyonun oluşumunda glia hücreleri etkilidir. Minosiklin, glial hücre aktivasyonunu etkileyerek Ventilasyonun Hipoksiye Aklimatizasyonunu (VAH) bloke eder. VAH, normoksiye döndükten sonra da devam eden ve hem merkezi sinir sistemi solunum merkezlerinde hem de periferik kemoreseptörlerde plastisiteyi içeren ventilasyonda zamana bağlı artıştır. Sıçan beyin sapında minosiklin uygulamasıyla inflamasyonu baskılayarak glia hücrelerinin VAH üzerindeki rolünü araştırdığımız çalışmamızın amacı farklı hipoksik model ve şiddetlere maruz kalınması sonucu oluşan ventilatuar nöroinflamasyonun medulla üzerinde bulunan nükleus traktus solitarius (NTS)'de oluşumunu minosiklinin nasıl ve hangi yollarla etkileyeceğinin test edilmesidir.
Bu çalışmada, 48 adet Sprague Dawley cinsi erişkin erkek sıçan kullanıldı. Denekler Orta Şiddetli Akut Sürekli Hipoksi (OşASH), Şiddetli Akut Sürekli Hipoksi (şASH), Orta Şiddetli Kronik Sürekli Hipoksi (OşKSH), Şiddetli Kronik Sürekli Hipoksi (şKSH) olmak üzere 4 gruba ayrıldı.  Her grupta Saline (SA) uyggulaması ve minosiklin (MİN) uygulaması yapılmak üzere iki alt gruba ayrılarak toplamda 8 grup oluşturuldu. Akut Sürekli Hipoksi grubu (OşASH ve şASH) sıçanlar normabarik oda içerisinde %21 O₂ seviyesine (3 gün), Kronik Sürekli Hipoksi grubu (OşKSH ve şKSH) sıçanlar ise %13 ve %10 O₂ seviyesine (3 gün) maruz bırakıldılar. MİN ve SA gruplarında 3 günlük süreçte her gün ilaç dozları uygulandı. ASH ve KSH grupları için farklı protokoller uygulanarak bütün vücut pletismografisi cihazı ile ventilasyon, solunum frekansı ve tidal volüm ölçümleri yapıldı. Deney sonrasında beyin sapı dokusunda mikroglia ve astrosit ekspresyonları immünofloresan boyama yöntemi kullanılarak incelendi.
Beyin sapı dokusunda yapılan incelemelerde MİN uygulaması yapılan gruplarda SA uygulması yapılan gruplara göre mikroglia ekspresyonunda azalış tespit edilirken astrosit miktarında da gerçekleşen azalışın daha az yoğunlukta olduğu bulundu. Solunum parametreleri değerlerininde bu bulguları desteklediği görüldü. 
Sonuç olarak, sürekli hipoksi ile nöral plastisitede ve VAH oluşumunda glia hücrelerinin önemli bir rolü olabiceği tespit edildi. Bu olay hipoksi ve inflamasyonun kombine edildiği ortak klinik senaryolarda, örneğin Kronik Obstrüktif Akciğer Hastalığı (KOAH)'ın şiddetlenmesinde veya yoğun bakım ünitelerinde sepsisten akut respiratuar distres sendromuna (ARDS) kadar geniş bir klinik alanda kullanılan mekanik ventilasyon tedavisinin sonlandırılmasından sonra ortaya çıkabilecek solunum yetmezliği gibi sorunlarda uygulanacak tedavi yöntemlerinin geliştirilmesine katkı sağlayacaktır.

Anahtar Kelimeler: Beyin sapı; Hipoksi; HVR; Minosiklin; Nöroplastisite.

Abstract:
Neuron-glia communication in the central nervous system emerges as an important component of the neural signaling mechanism in the respiratory control centers of the brainstem. Glial cells are effective in the formation of inflammation that develops after hypoxia. Minocycline blocks the Ventilatory Acclimatization to Hypoxia (VAH) by affecting glial cell activation. VAH is a time-dependent increase in ventilation that persists after return to normoxia and includes plasticity in both the central nervous system respiratory centers and peripheral chemoreceptors. The aim of our study, in which we investigated the role of glia cells on VAH by suppressing inflammation with the application of minocycline in the rat brainstem, is to test how and in which ways minocycline will affect the formation of ventilatory neuroinflammation in the nucleus tractus solitarius (NTS) located on the medulla, as a result of exposure to different hypoxic models and severities.
In this study, 48 Sprague Dawley adult male rats were used. Subjects were divided into 4 groups as Moderate Acute Sustained Hypoxia (OşASH), Severe Acute Sustained Hypoxia (şASH), Moderate Chronic Sustained Hypoxia (OşKSH), and Severe Chronic Sustained Hypoxia (şKSH). Each group was divided into two subgroups with Saline (SA) application and Minocycline (MIN) application, and a total of 8 groups were formed. Rats in the Acute Sustained Hypoxia group (OşASH and şASH) were exposed to 21% O₂ (3 days) in the normabaric chamber, while the Chronic Sustained Hypoxia group (OşKSH and şKSH) rats were exposed to 13% and 10% O₂ (3 days). In the MIN and SA groups, drug doses were administered every day for a 3-day period. Ventilation, respiratory frequency and tidal volume measurements were made with a whole body plethysmography device by applying different protocols for the ASH and KSH groups. After the experiment, microglia and astrocyte expressions in the brainstem tissue were examined using immunofluorescence staining method.
In the examinations made in the brainstem tissue, it was found that while a decrease in microglia expiration was detected in the groups with MIN application compared to the groups in which SA application was made, the decrease in the amount of astrocyte was found to be less intense.  Respiratory parameters were found to support these results.
In conclusion, it was determined that glia cells may have an important role in neural plasticity and VAH formation with sustained hypoxia. This condition contributes to the development of treatment methods to be applied in common clinical scenarios where hypoxia and inflammation are combined, for example, in the exacerbation of Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) or in problems such as respiratory failure that may occur after the termination of mechanical ventilation therapy, which is used in a wide clinical area from sepsis to acute respiratory distress syndrome (ARDS) in intensive care units.

Keywords: Brainstem; HVR; Hypoxia; Minocycline; Neuroplasticity