Efeitos eletrofisiológicos do sevoflurano em neurônios piramidais da camada 5 do córtex auditivo primário do camundongo

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Araújo, Aelton Silva
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NEUROCIÊNCIAS
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52649
Resumo: General anesthetics are ubiquitous in medical practice, but the cellular mechanisms that promote amnesia, analgesia, immobility and unconsciousness by modulating voltage- and ligand-gated ion channels are still poorly understood. Recent studies are beginning to show the diversity of different anesthetics in regulating specific ion channels and that cortical pyramidal neurons are affected by lower concentrations than interneurons. This highlights that general anesthesia does not follow a "general" mechanism but depends on the choice of anesthetics with cell-type specific effects that need to be studied case by case. For example, the electrophysiological effects of volatile anesthetics such as sevoflurane are especially hard to study in in vitro preparations, yet, biophysical models predict stabilization of the open-state of low-threshold voltage-gated K+ channels (Kv1.2). Here we attempt a first step in identifying the electrophysiological profile of sevoflurane on layer 5 pyramidal neurons (L5 PNs) of the auditory cortex of adult mice. We applied sevoflurane by passing the carbogen mixture through a vaporizer for volatile anesthetic thereby both oxygenating and solubilizing sevoflurane in the artificial cerebrospinal fluid (aCSF) used for whole-cell patch-clamp recordings. The concentration of sevoflurane in the aCSF was quantified using gas chromatography-mass spectrometry. We further subdivided L5 PN into type A and B cells based on responses to small depolarizing and hyperpolarizing current steps, since type A and type B L5 PNs display subtle differences in membrane properties that might be modulated by sevoflurane. Quantification of passive and active membrane properties before and after application of low dose sevoflurane (approximately 22 µM) showed a decrease in the firing frequency for both cell types and a specific effect of depolarizing the action potential threshold of type A PNs, (APthreshold aCSF: -36.31 ± 0.94 mV; sevo: -21.75 ± 4.39 mV; p = 0.009; n = 8 cells) and increasing the action potential half-width of type B PNs (APHalf-width aCSF: 1.80 ± 0.13 ms; sevo: 2.29 ± 0.23 ms; p = 0.040; n = 10). Stable recordings after the washout of sevoflurane restored partially initial maximum firing frequency, AP threshold for type A and AP half-width for type B L5 PNs. Our preliminary results conclude that sevoflurane decreases the firing frequency of both types of L5 PNs, however, membrane properties are differentially affected depending on cell type. This work shows for the first time the direct effect of sevoflurane on L5 cortical pyramidal cells and adds to the cellular understanding of the mechanism of action of volatile anesthetics.
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For example, the electrophysiological effects of volatile anesthetics such as sevoflurane are especially hard to study in in vitro preparations, yet, biophysical models predict stabilization of the open-state of low-threshold voltage-gated K+ channels (Kv1.2). Here we attempt a first step in identifying the electrophysiological profile of sevoflurane on layer 5 pyramidal neurons (L5 PNs) of the auditory cortex of adult mice. We applied sevoflurane by passing the carbogen mixture through a vaporizer for volatile anesthetic thereby both oxygenating and solubilizing sevoflurane in the artificial cerebrospinal fluid (aCSF) used for whole-cell patch-clamp recordings. The concentration of sevoflurane in the aCSF was quantified using gas chromatography-mass spectrometry. We further subdivided L5 PN into type A and B cells based on responses to small depolarizing and hyperpolarizing current steps, since type A and type B L5 PNs display subtle differences in membrane properties that might be modulated by sevoflurane. Quantification of passive and active membrane properties before and after application of low dose sevoflurane (approximately 22 µM) showed a decrease in the firing frequency for both cell types and a specific effect of depolarizing the action potential threshold of type A PNs, (APthreshold aCSF: -36.31 ± 0.94 mV; sevo: -21.75 ± 4.39 mV; p = 0.009; n = 8 cells) and increasing the action potential half-width of type B PNs (APHalf-width aCSF: 1.80 ± 0.13 ms; sevo: 2.29 ± 0.23 ms; p = 0.040; n = 10). Stable recordings after the washout of sevoflurane restored partially initial maximum firing frequency, AP threshold for type A and AP half-width for type B L5 PNs. Our preliminary results conclude that sevoflurane decreases the firing frequency of both types of L5 PNs, however, membrane properties are differentially affected depending on cell type. This work shows for the first time the direct effect of sevoflurane on L5 cortical pyramidal cells and adds to the cellular understanding of the mechanism of action of volatile anesthetics.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESAnestésicos gerais são onipresentes na prática médica, mas os mecanismos celulares que promovem amnésia, analgesia, imobilidade e inconsciência modulando canais iônicos dependentes de voltagem e ligantes ainda são pouco compreendidos. Estudos recentes começam a mostrar a diversidade de diferentes anestésicos na regulação de canais iônicos específicos e que neurônios piramidais corticais são afetados por concentrações mais baixas do que interneurônios. Isso destaca que a anestesia geral não segue um mecanismo "geral", mas depende da escolha de anestésicos com efeitos específicos ao tipo celular que precisam ser estudados caso a caso. Por exemplo, os efeitos eletrofisiológicos de anestésicos voláteis, como o sevoflurano, são especialmente difíceis de estudar em preparações in vitro, no entanto, modelos biofísicos preveem a estabilização do estado aberto de canais de K+ dependentes de voltagem de baixo limiar (KV1.2). Aqui, tentamos dar um primeiro passo na identificação do perfil eletrofisiológico do sevoflurano em neurônios piramidais da camada 5 (L5 PNs) do córtex auditivo de camundongos adultos. Aplicamos sevoflurano passando a mistura de carbogênio através de um vaporizador para anestésico volátil, oxigenando e solubilizando o sevoflurano no líquido cefalorraquidiano artificial (aCSF) usado para gravações de patch-clamp de célula inteira. A concentração de sevoflurano em aCSF foi quantificada usando cromatografia gasosa-espectrometria de massa. Além disso, subdividimos os L5 PN em células do tipo A e B com base nas respostas a pequenos passos de corrente despolarizante e hiperpolarizante, uma vez que os L5 PNs do tipo A e B apresentam diferenças sutis nas propriedades da membrana que podem ser moduladas pelo sevoflurano. A quantificação das propriedades passivas e ativas da membrana antes e após a aplicação de sevoflurano em baixa dose (aproximadamente 22 µM) mostrou uma diminuição na frequência de disparo para ambos os tipos de células e um efeito específico de despolarização do limiar do potencial de ação do tipo A PNs (APthreshold no aCSF: -36.31 ± 0.94 mV; média ± E.P.M.; em sevo: -21.75 ± 4.39 mV; p = 0.009; n = 8 células) e aumento da meia-largura do potencial de ação do tipo B PNs (APHalf-width aCSF: 1.80 ± 0,13 ms; sevo: 2,29 ± 0.23; p = 0.041; n = 10). Gravações estáveis após a lavagem do sevoflurano restauraram parcialmente a frequência máxima inicial de disparo, o limiar do potencial de ação para o tipo A e a meia-largura do potencial de ação para o tipo B L5 PNs. Nossos resultados preliminares concluem que o sevoflurano diminui a frequência de disparo de ambos os tipos de L5 PNs, no entanto, as propriedades da membrana são afetadas diferencialmente dependendo do tipo celular. Este trabalho mostra pela primeira vez o efeito direto do sevoflurano em células piramidais corticais da camada 5 e contribui para o entendimento celular do mecanismo de ação dos anestésicos voláteis.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NEUROCIÊNCIASLeão, Emelie Katarina Svahnhttps://orcid.org/0000-0001-5960-996Xhttp://lattes.cnpq.br/6864851885074431https://orcid.org/0000-0001-7295-1233http://lattes.cnpq.br/1279823352935722Takahashi, Daniel Yasumasahttp://lattes.cnpq.br/4659230362946311Leão, Ricardo Maurício XavierAraújo, Aelton Silva2023-06-07T23:27:36Z2023-06-07T23:27:36Z2023-05-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfARAÚJO, Aelton Silva. Efeitos eletrofisiológicos do sevoflurano em neurônios piramidais da camada 5 do córtex auditivo primário do camundongo. Orientador: Emelie Katarina Svahn Leão. 2023. 56f. Dissertação (Mestrado em Neurociências) - Instituto do Cérebro, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52649info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2023-06-07T23:28:13Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/52649Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2023-06-07T23:28:13Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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