Estudos elucidam mecanismos que guiam ato de respirar

Maior compreensão dos circuitos do tronco cerebral explica papel dos astrócitos e do sistema vascular como mecanismos subjacentes da respiração

Maria Fernanda Ziegler, de Nova York (EUA)  |  Agência FAPESP – A respiração é fundamental para a vida. A sua função mais conhecida é trazer o oxigênio para o organismo e remover o dióxido de carbono. No entanto, os mecanismos subjacentes que governam o ato de inspirar e expirar ainda não estão completamente compreendidos.

Recentemente, três novos conhecimentos agregaram-se ao quebra-cabeça respiratório: o trabalho essencial dos neurônios na respiração, o papel dos astrócitos (células da glia que atuam na sustentação e na nutrição dos neurônios) e a função do sistema vascular.

“Vimos que são três unidades trabalhando de forma conjunta para que haja uma ventilação pulmonar adequada. Uma é o neurônio, que por si só tem uma importância essencial para controlar a atividade respiratória. A segunda unidade é o astrócito, liberando neurotransmissores, entre eles o ATP, para modular a atividade desse neurônio. Mais recentemente descobrimos também a função do sistema vascular, com sua atividade de constrição ou dilatação para, assim, aumentar ou diminuir a concentração de CO2 na região”, disse Thiago dos Santos Moreira , professor do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo (ICB-USP), durante palestra na FAPESP Week New York.

O encontro, realizado na City University of New York (CUNY) de 26 a 28 de novembro de 2018, reuniu pesquisadores brasileiros e norte-americanos com o objetivo de estreitar parcerias em pesquisa.

Moreira coordena o projeto temático, apoiado pela FAPESP, Núcleo retrotrapezoide, quimiossensibilidade central e automaticidade respiratória, cujas pesquisas ajudaram a elucidar os mecanismos que guiam a respiração em mamíferos.

Na respiração, as células do organismo usam o oxigênio para decompor os alimentos e assim liberar energia. Porém, ao fazer isso, elas produzem dióxido de carbono (CO2) como um resíduo, que é liberado na corrente sanguínea. Dessa forma, ele precisa ser transportado para os pulmões e ser expelido.

Já era sabido que os neurônios da região do tronco encefálico chamada de núcleo retrotrapezoide controlavam a atividade respiratória, por meio de uma propriedade intrínseca: detectar o aumento na concentração de CO2 e influenciar os centros respiratórios no cérebro.

“Tinha-se também um conhecimento prévio básico de que os astrócitos poderiam modular a respiração. Realizamos uma série de estudos mostrando que os astrócitos liberam neurotransmissores e que esse neurotransmissor é o ATP”, disse.

Moreira explica que o ATP [adenosina trifosfato, o substrato da enzima] age em um receptor específico no neurônio, controlando a respiração. Os astrócitos contribuem ainda para a quimiorrecepção em uma região do cérebro chamada núcleo retrotrapezoide (RTN).

Existia um paradoxo ao não incluir a ação do sistema vascular entre os mecanismos de respiração. Isso porque, se altos níveis de dióxido de carbono causam a dilatação dos vasos sanguíneos nas regiões cerebrais que contêm quimiorreceptores respiratórios, isso deveria, em teoria, eliminar esse importante estímulo, reduzindo a atividade respiratória.

O grupo de Moreira descobriu ao estudar os cérebros de ratos adultos que diferentes regras se aplicam aos centros cerebrais responsáveis pelo controle da respiração em comparação com outras áreas do cérebro.

Nas regiões que controlam a respiração, se o sangue se torna muito ácido, os astrócitos liberam sinais químicos como os neurotransmissores chamados de purinas. Isso promove uma diminuição do calibre dos vasos sanguíneos na região de tronco encefálico responsável pela detecção dos níveis de CO2 e, assim, possibilita uma maior ativação dos astrócitos e neurônios para aumentar a atividade respiratória e restaurar a fisiologia respiratória.

“O sistema vascular, portanto, diminui ou aumenta o calibre dos vasos sanguíneos mediante as variações de CO2, regulando quanto de CO2 deve agir no neurônio e quanto deve ser lavado do sangue”, disse.

O mecanismo garante que os níveis locais de dióxido de carbono nos centros respiratórios do cérebro permaneçam em sintonia com as demandas das redes locais, mantendo, assim, a atividade respiratória.

De acordo com Moreira, os próximos desafios da pesquisa são identificar os mecanismos moleculares que controlam a dilatação e constrição dos vasos sanguíneos em regiões cerebrais contendo quimiorreceptores respiratórios e descobrir se os medicamentos que modulam esses mecanismos têm o potencial de tratar algumas disfunções respiratórias em certos tipos de patologias como a apneia obstrutiva do sono, doença de Parkinson e epilepsia.