Ivona Stipica Safić

Ime i prezime: dr. sc. IVONA STIPICA SAFIĆ dr. med.
 
Naslov disertacije: „RESPIRACIJSKA PLASTIČNOST IZAZVANA AKUTNIM PONAVLJANIM HIPERKAPNIJAMA I HIPOKSIJAMA U ŠTAKORA - ULOGA SEROTONINSKIH I ADRENERGIČNIH RECEPTORA“
 
Mentor: prof. dr. sc. MAJA VALIĆ
 
Datum obrane: 6. lipnja 2019.
 
Poveznica: https://library.foi.hr/dbook/index.php?B=1&item=X02151
 
Kvalifikacijski znanstveni rad za doktorsku disertaciju:
 
Stipica I, Dodig, IP, Pecotic R, Dogas Z, Valic Z, Valić M. Periodicity during hypercapnic and hypoxic stimulus is crucial in distinct aspects of phrenic nerve plasticity. Physiol Res. 2016;65(1):133-43.
 
Safic IS, Pecotic R, Dodig IP, Dogas Z, Valic Z, Valic M. Phrenic long-term depression evoked by intermittent hypercapnia is modulated by serotonergic and adrenergic receptors in raphe nuclei. J. Neurophysiol.2018;120:321-9.
 
Valic M, Pecotic R, Dodig IP, Valic Z, Stipica I, Dogas Z. Intermittent hypercapnia-induced phrenic long-term depression is revealed after serotonin receptor blockade with methysergide in anaesthetized rats. Exp Physio. 2016; 101(2):319-31.
 
SAŽETAK:
 
Ova disertacija napravljena je kako bi se istražio utjecaj različitih podražaja, ali i uloge 5-HT i ɑ2-adrenergičnih receptora u razvoju respiracijske plastičnosti.
Istraživanje je podijeljeno u dva dijela. U prvom dijelu, uspoređeni su dugoročni učinci ponavljanih i kontinuiranih hiperkapnijskih i hipoksijskih podražaja te ponavljanog kombiniranog hiperkapnijsko-hipoksijskog podražaja na plastičnost freničnog živca. U drugom dijelu, različiti agonisti i antagonisti 5-HT i ɑ2 recceptora su mikroinjicirani u kaudalno rafe područje kako bi se ispitala uloga receptora važnih u nastanku i održavanju pLTD-a.
Odrasli, muški, uretanom anestezirani, vagotomizirani, paralizirani, mehanički ventilirani Sprague-Dawley štakori bili su izloženi: akutnoj ponavljanoj hiperkapniji (AIHczrak ili AIHcO2), akutnoj ponavljanoj hipoksiji (AIH), kombiniranoj ponavljanoj hiperkapniji i hipoksiji (AIHcH), kontinuiranoj hiperkapniji (CHc), ili kontinuiranoj hipoksiji (CH). U drugom dijelu studije štakori su bili izloženi protokolu akutne ponavljane hiperkapnije (5 epizoda 15% CO2 u zraku, svaka epizoda trajala je 3 minute). Eksperimentalnoj skupini mikroinjiciran je ili selektivni agonist 5-HT1A receptora 8-OH-DPAT ili nespecfični antagonist 5-HT receptora metizergid ili α2-adrenergični antagonisti johimbin, dok je kontrolnoj skupini mikroinjicirana fiziološka otopina u kaudalno rafe područje.
U AIHc skupini, frekvencija freničnog živca smanjena je s 44.25 ± 4.06 u T0 na 35.29 ± 5.21 udisaja / min u T60, (P = 0.04, AIHczrak) i sa 45.5 ± 2.62 na 37.17 ± 3.68 udisaja/min (P=0.05, AIHcO2). tj. izazvana je dugoročna depresija frekvencije freničkog živca. Izloženost AIH izazvala je povećanje pPNA u T60 za 143.7 ± 30.1% u usporedbi s početnim vrijednostima, P=0.02), tj. izazvana je dugoročna facilitacija freničkog živca. Kombinirana ponavljana hiperkapnija i hipoksija ili kontinuirana hiperkapnija ili hipoksija nisu izazvale dugoročnu plastičnost freničnog živca. U drugom dijelu istraživanja, u kontrolnoj skupini, pPNA se smanjila 60 minuta nakon završetka posljednjeg hiperkapnijskog podražaja u usporedbi s osnovnim vrijednostima, tj. razvio se pLTD (P=0.02). U 8-OH-DPAT skupini, pPNA je značajno smanjen u T15, T30 i T60 u usporedbi s početnim vrijednostima, tj. nastao je pLTD (P=0.01). U skupini koja je primala metizergid, akutna ponavljana hiperkapnija nije izazvala značajne promjene u pPNA u T15, T30 i T60 u usporedbi s osnovnim vrijednostima. U skupini s johimbinom, akutna ponavljana hiperkapnija nije izazvala značajne promjene vršne aktivnosti freničkog živca u T15, T30 i T60 u usporedbi s osnovnim vrijednostima nakon kraja posljednje hiperkapnijske epizode.
Zaključno, ponavljani hiperkapnijski ili hipoksijski podražaji potrebni su za izazivanje plastičnosti freničnog živca. Aktivacija 5-HT1A receptora važna je za nastanak pLTD, dok blokiranje α2-adrenergičkih receptora sprječava razvoj pLTD-a nakon akutne ponavljane hiperkapnije. Ovi rezultati sugeriraju da kemijska modulacija 5-HT i α2-adrenergičkih receptora u rafe jezgri utječe na hiperkapnijom izazvan pLTD, nudeći važan uvid u razumijevanje mehanizama uključenih u razvoj respiratorne plastičnosti.
 
SUMMARY:
 
This study was undertaken to determine pattern sensitivity of phrenic nerve plasticity in respect to different respiratory challenges and to investigate the role of 5-HT and α2- adrenergic receptors in the initiation of pLTD.
Study was divided into two parts. In the first, we compared long-term effects of intermittent and continuous hypercapnic and hypoxic stimuli, and combined intermittent hypoxia and hypercapnia on phrenic nerve plasticity. In the second part, different drugs were microinjected in the raphe region to investigate which receptors are important for pLTD induction and maintance.
Adult, male, urethane-anesthetized, vagotomized, paralyzed, mechanically ventilated Sprague-Dawley rats were exposed to: acute intermittent hypercapnia (AIHcair or AIHcO2), acute intermittent hypoxia (AIH), combined intermittent hypercapnia and hypoxia (AIHcH), continuous hypercapnia (CHc), or continuous hypoxia (CH). In the second part of the study rats were exposed to the protocol of acute intermittent hypercapnia (5 episodes of 15% CO2 in air, each episode lasting 3 minutes). Experimental group received microinjection of selective 5-HT1A receptors agonist 8-OH-DPAT, broad spectrum 5-HT antagonist methysergide or α2- adrenergic antagonist yohimbine, whereas control group received microinjection of 0.9% saline into the caudal raphe region.
Peak phrenic nerve activity (pPNA) and burst frequency were analyzed during baseline (T0), hypercapnia or hypoxia exposures, at 15, 30, and 60 minutes (T60) after the end of the stimulus.
In the AIHc groups phrenic nerve frequency decreased from 44.25 ± 4.06 at T0 to 35.29 ± 5.21 breaths/min at T60, (P=0.04, AIHcair) and from 45.5 ± 2.62 to 37.17 ± 3.68 breaths/min (P=0.05, AIHcO2), i.e. frequency phrenic long term depression was induced. Exposure to AIH elicited increase of pPNA at T60 by 143.7 ± 30.1 % compared to baseline (P=0.02), i.e. phrenic long-term facilitation was induced. Combined intermittent hypercapnia and hypoxia or continuous hypercapnia or hypoxia failed to induce long-term plasticity of the phrenic nerve.
In the second part of the study, in the control group, pPNA decreased 60 minutes after the end of the last hypercapnic episode compared to baseline values, i.e. pLTD developed (P=0.02). In the 8-OH-DPAT group pPNA significantly decreased at T15, T30 and T60 compared to baseline, i.e. pLTD developed (P=0.01). In the methysergide-treated group, acute intermittent hypercapnia did not evoke significant changes in pPNA at T15, T30, and T60 compared to baseline values. In the yohimbine group acute intermittent hypercapnia did not evoke significant changes of the peak phrenic nerve activity at T15, T30, and T60 compared to baseline values after the end of the last hypercapnic episode.
In conclusion, intermittency of the hypercapnic or hypoxic stimuli is needed to evoke phrenic nerve plasticity. Activation of 5-HT1A receptors accentuated induction of pLTD, whereas blockade of α2-adrenergic receptors prevented development of pLTD following acute intermittent hypercapnia in anesthetized rats. These results suggest that chemical modulation of 5-HT and α2-adrenergic receptors in raphe nuclei affects hypercapnia induced pLTD, offering the important insights in understanding the mechanisms involved in development of respiratory plasticity. Ispiši stranicu