Alterações bidirecionais na temperatura cerebral modulam profundamente as respostas neurovasculares espaço-temporais em

Biologia da Comunicação volume 6, Número do artigo: 185 (2023) Citar este artigo

930 Acessos

10 Altmétrica

Detalhes das métricas

O acoplamento neurovascular (CNV) é um mecanismo que, entre outras funções críticas conhecidas e latentes, garante que as regiões cerebrais ativadas sejam adequadamente supridas com oxigênio e glicose. Esse fenômeno biológico sustenta técnicas de neuroimagem não invasivas relacionadas à perfusão e relatórios recentes implicaram o comprometimento da CNV em vários distúrbios neurodegenerativos. No entanto, muito permanece desconhecido em relação à CNV na saúde e na doença, e apenas recentemente houve um crescente reconhecimento de uma estreita interação com a termodinâmica do cérebro. Assim, desenvolvemos uma nova abordagem multimodal para modular sistematicamente a temperatura cortical e interrogar a dinâmica espaço-temporal da NVC evocada sensorialmente. Mostramos que as mudanças na temperatura cortical modulam profunda e intrincadamente a CNV, com baixas temperaturas associadas à diminuição do fornecimento de oxigênio e altas temperaturas induzindo uma oscilação vascular distinta. Essas observações fornecem novos insights sobre a relação entre CNV e termodinâmica cerebral, com implicações importantes para terapias relacionadas à temperatura cerebral, biomarcadores funcionais de temperatura cerebral elevada e métodos in vivo para estudar o acoplamento neurovascular.

O acoplamento neurovascular é um mecanismo homeostático vital que serve a inúmeras funções críticas no cérebro saudável, incluindo entrega de oxigênio e glicose para regiões ativadas, eliminação de resíduos e subprodutos metabólicos, tráfego neuroimune e regulação da temperatura cerebral1. O acoplamento neurovascular preservado é uma suposição fundamental que sustenta a inferência da ativação neuronal a partir de sinais de neuroimagem relacionados à perfusão, como a ressonância magnética funcional (fMRI) dependente do nível de oxigênio no sangue (BOLD)2. O acoplamento neurovascular prejudicado, por sua vez, gerou um interesse particular nos últimos tempos, com relatos recentes implicando que os déficits desempenham um papel fundamental na progressão e talvez no início de distúrbios neurodegenerativos, como a doença de Alzheimer3,4,5, e ressaltando o potencial da disfunção neurovascular déficits unitários como novos alvos para terapia e biomarcadores sensíveis de doença precoce.

A temperatura cerebral é regulada por uma interação complexa entre o metabolismo cerebral, o fluxo sanguíneo e a temperatura corporal central, de modo que, em seres humanos saudáveis, a produção de calor em regiões cerebrais ativadas devido ao aumento da taxa metabólica é dissipada pelo influxo de sangue na temperatura central durante a atividade funcional. hiperemia6,7. Alterações patológicas na temperatura cerebral, por outro lado, tornaram-se cada vez mais reconhecidas como uma característica importante em vários distúrbios, incluindo doenças neurodegenerativas, epilepsia, lesão cerebral e acidente vascular cerebral 8,9. O declínio dependente da idade no metabolismo cerebral está associado a uma redução concomitante da temperatura cerebral10, e a diminuição da temperatura cerebral em pacientes com doença de Parkinson foi atribuída à biogênese mitocondrial prejudicada11,12, com indivíduos com doença mitocondrial exibindo hipotermia cerebral como resultado de fosforilação oxidativa defeituosa13 . A febre (pirexia) após o AVC também está associada a aumentos na morbidade e mortalidade14 e é frequentemente observada após traumatismo cranioencefálico15 e associada ao aumento da gravidade neurológica e tempo de internação em unidades de terapia intensiva16. Aumentos na temperatura cerebral são observados concomitantemente durante a atividade convulsiva17,18 e as convulsões induzidas por febre são a atividade cerebral patológica mais prevalente durante o desenvolvimento, com um número desproporcional de pacientes adultos com epilepsia do lobo temporal medial tendo convulsões febris durante a infância19,20. Esses relatórios, e outros, levaram a um interesse recente considerável na manipulação da temperatura cerebral como uma estratégia terapêutica para melhorar os resultados de doenças neurológicas, embora estudos clínicos tenham relatado sucessos mistos potencialmente como resultado de uma falta de consenso sobre protocolos de intervenção ideais21,22,23 ,24. Embora haja evidências substanciais de que as mudanças na temperatura cerebral alteram as respostas associadas aos vasos, como a afinidade da hemoglobina com o oxigênio (e, portanto, a saturação de oxigênio no sangue)7, a permeabilidade da barreira hematoencefálica25 e o fluxo sanguíneo cerebral, bem como as taxas neurometabólicas18, muito pouco se sabe sobre a influência da temperatura cerebral na evolução espaço-temporal do acoplamento neurovascular. Abordar essa importante lacuna de pesquisa é fundamental para (1) elucidar como as alterações patológicas na temperatura cerebral exacerbam resultados clínicos adversos em uma variedade de distúrbios cerebrais, (2) desenvolver abordagens terapêuticas racionais e eficazes com base na modulação da temperatura cerebral e (3) permitir uma interpretação mais precisa dos sinais relacionados ao BOLD fMRI, em termos de ativação neuronal subjacente, na saúde e na doença.