Aralıklı ve sürekli hipoksiye maruz bırakılan sıçanlarda solunumsal uzun süreli fasilitasyonun (VLTF) araştırılması ve beyin sapı ve omurilik üzerindeki etkilerinin karşılaştırılması
Investigation of ventilatory long-term facilitation (VLTF) exposed to intermittent and sustained hypoxia and compared effects on brain stem and spinal cord in rats
Yazar: KEMAL ERDEM BAŞARAN
Danışman: PROF. DR. SAMİ AYDOĞAN
Erciyes Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Hiperkapni = Hypercapnia ; Hipoksi = Hypoxia ; Sinir iletimi = Neural conduction ; Solunum = Respiration ; Solunum fizyolojisi = Respiratory tract physiology ; Solunum fonksiyon testleri = Respiratory function tests ; Spinal kord = Spinal cord ; Sıçanlar = Rats ; Ventilasyon = Ventilation

Özet:
Akut aralıklı hipoksi, solunumsal motor çıktı cevabın genliğinde kalıcı bir artış olarak bilinen uzun süreli fasilitasyona (LTF) neden olur. Son zamanlarda yapılan çalışmalar solunumsal plastisiteye sebep olan hücreiçi sinyal yolakları ve bununla ilgili deneysel modeller üzerinde odaklanmıştır. LTF, aralıklı hipoksi sonrasında oluşurken, sürekli hipoksi ile oluşmaz. Birçok hücreiçi sinyal yolaklarının solunumsal LTF' ye sebep olabildiği aydınlatılmıştır. Bu yolaklar temel olarak serotonin bağımlı Gq (Q yolağı) ve adenozin bağımlı Gs (S yolağı) olarak ifade edilen metabolik protein çifti reseptorlerini aktive eder. Solunumsal nöral plastisiteye neden olan hipoksinin bir başka durumu kronik sürekli hipoksidir (KSH). KSH boyunca oluşan ventilasyonun hipoksiye aklimatizasyonu (VAH) sırasında hipoksik ventilatuar cevap (HVR) artar ve bu olayın fizyolojik anlamlılığı O2 taşınmasındaki artışla ifade edilmektedir. Bu tez çalışmasında AAİH' nin indüklediği vLTF oluşumuna neden olacağı düşünülen moleküler sinyal mekanizması içerisindeki S yolağının, A2A reseptör alt tipi aktivasyonunun, VAH oluşumunda asıl rolü oynadığı hipotez olarak sunulmuştur.
Bu çalışmamızda üç deney grubu kullanıldı. Normaksik grubu beyin sapı ve spinal kord dokuları çıkarılana kadar normaksik ortamda tutuldu. AAİH' ye maruz bırakılan grup için oluşturulan iki farklı protokolde bütün vücut pletismografisi (WBP) kullanılarak ventilasyon, solunum frekansı ve tidal volüm ölçümleri yapıldı. Ayrıca WBP ile entegre olan bir sistemle protokolde belirlenen zamanlarda arteriyel kan gazı analizi ile birlikte metabolizma ölçümleri yapıldı. Son olarak, KSH grubu ise bir hafta boyunca hipobarik hipoksik ortama maruz bırakıldı. İstatiksel analiz için p<0.05 anlamlılık düzeyi kabul edildi.
Bu çalışmada LTF oluşumuna neden olan sinyal yolakları ve bu yolaklar arasındaki etkileşimlerin VAH oluşumu için tartışılmıştır. Bulunan sonuçlara göre orta şiddetli AAİH sonrasında aktive olan Q yolağı pLTF oluşumuna neden oldu fakat vLTF oluşumuna neden olan herhangi bir kanıt bulunamadı. Sürekli hipoksi ile oluşan VAH, S yolağındaki adenozin A2A reseptör aktivasyonundan kaynaklanan plastisite oluşumu ile benzerlik gösterdi. Henüz üzerinde yeterince çalışma yapılmamış bu mekanizmaları veya etkileşimleri anlamak, solunum yetmezliği ve diğer motor fonksiyon bozuklukları olan hastaların tedavisinde yeni yöntemlerin gelişmesine katkı sağlayacaktır.

Abstract:
Acute intermittent hypoxia elicits long term facilitation (LTF) known as a persistent augmentation of respiratory motor output. Considerable recent progress has been made toward an understanding of the mechanisms of this potentially model of respiratory plasticity. LTF is elicited by intermittent but not sustained hypoxia. Multiple intracellular pathways have been elucidated that are capable of giving rise to ventilatory LTF (vLTF). They mainly activate the metabolic receptors coupled to Gq (Q pathway) and Gs (S pathway) proteins. Another condition to elicit ventilatory neural plasticity is chronic sustained hypoxia (CSH). Hypoxic ventilatory response augments during CSH when ventilatory acclimatization to hypoxia (VAH) occurs and physiological significant of this event could be explain with augmention of carrying O2 to tissues. In this study we hypothesis that activation of A2A receptor subtypes induced by AIIH in vLTF also play a role to present VAH in the actual formation of molecular signaling S pathway.
In this study we used three experimental groups. Normaxia group kept in normaxic conditions until brain stem and spinal cord tissues were taken out. There are two different protocols created for AIIH group. We used whole body pletismography (WBP) to measure ventilation, breathing frequency and tidal volume. In addition to WBP device we also used integrated devices to measure arterial blood gases and metabolism parameters simultaneously on timing points in protocols. Lastly, CSH group exposed to hypobaric hypoxia condition for one week. For statistical analysis, p <0.05 significance level was adopted.
In this study we discussed the possibility that interactions between pathways confer properties to LTF, including pattern sensitivity and formation of VAH. For our results activated Q pathway caused pLTF but not vLTF after exposed to moderate AIIH conditions. Activated adenosine A2A receptor in S pathway showed similar effect to occur plasticity with VAH during sustained hypoxia. Understanding these mechanisms and their interactions may enable us to understand plasticity as a treatment for patients with ventilatory impairment or other motor deficits.