Uma via excitatória monossináptica do tronco cerebral que conduz atividades locomotoras e respostas cardiovasculares simpáticas

Jan 03, 2024

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 5079 (2022) Citar este artigo

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O exercício, incluindo a locomoção, requer ajustes cardiovasculares autonômicos apropriados para atender às demandas metabólicas dos músculos em contração, mas a arquitetura funcional do cérebro subjacente a esses ajustes permanece desconhecida. Aqui, demonstramos circuitos do tronco cerebral que desempenham um papel essencial na transmissão de sinais motores volitivos, ou seja, comando central, para direcionar atividades locomotoras e respostas cardiovasculares simpáticas. Neurônios locomotores mesencefálicos em ratos transmitem sinais excitatórios dirigidos por comandos centrais para a medula ventrolateral rostral, pelo menos parcialmente, por meio de processos glutamatérgicos, para ativar os sistemas nervosos simpático e somatomotor. A excitação optogenética desta via monossináptica provoca respostas locomotoras e cardiovasculares como visto durante o exercício de corrida, enquanto a inibição da via suprime as atividades locomotoras e a elevação da pressão arterial durante a corrida voluntária sem afetar a homeostase cardiovascular basal. Esses resultados demonstram uma importante via subcortical que transmite sinais de comando central, fornecendo informações importantes sobre o mecanismo do circuito central necessário para o condicionamento fisiológico essencial para maximizar o desempenho do exercício.

O exercício, incluindo a locomoção, que faz parte do comportamento fundamental em vertebrados, incluindo humanos, é acompanhado por ajustes cardiovasculares autonômicos que fornecem os recursos metabólicos, como combustível e oxigênio, exigidos pela contração dos músculos esqueléticos e, assim, aumentam o desempenho físico. A contribuição de um sinal motor descendente feedforward do prosencéfalo para o controle cardiovascular tem sido sugerida por mais de um século1,2. Atualmente, esse sinal de feedforward tem sido chamado de comando central e postulado como ativação paralela dos sistemas motor somático e autônomo no cérebro para aumentar simultaneamente a atividade muscular junto com a pressão arterial e a contratilidade cardíaca3. Este conceito veio pela primeira vez de um estudo humano mostrando que a magnitude das respostas cardiovasculares durante o exercício isométrico voluntário em tensão muscular constante se correlacionou positivamente com a quantidade de ativação do comando central que foi alterada por contrações reflexas devido à vibração do tendão no músculo agonista ou antagonista4. O comando central está associado à ativação do sistema nervoso simpático independentemente do feedback do movimento, conforme demonstrado por aumentos nas variáveis ​​cardiovasculares durante a locomoção fictícia em gatos decorticados e paralisados5 e por respostas cardiovasculares exageradas à contração muscular voluntária em seres humanos após paralisia6,7.

A localização precisa da fonte do comando central permanece incerta porque o mecanismo do circuito central pelo qual os sinais do comando central provocam ajustes cardiovasculares autonômicos durante o exercício ainda não foi totalmente elucidado. Regiões autônomas do cérebro ativadas em resposta ao exercício voluntário8,9,10,11,12 ou regiões cuja estimulação provoca respostas autonômicas ou somatomotoras13,14,15,16,17,18 podem estar envolvidas no comando central de controle da circulação. Por exemplo, estudos em humanos usando técnicas neurocirúrgicas sugeriram que os circuitos mesencefálicos, incluindo o núcleo subtalâmico (STN) e a substância cinzenta periaquedutal (PAG), cujas atividades neuronais são elevadas durante o exercício volitivo11, configuram circuitos subcorticais para retransmitir sinais de comando central19, conforme evidenciado pelo efeito pressor de estimulação elétrica do STN17 ou PAG18 dorsal/lateral em pacientes acordados com doença de Parkinson ou dor crônica. No entanto, os papéis causais dessas regiões cerebrais em alterações autonômicas durante o exercício, bem como conexões funcionais com outras regiões, não foram demonstrados. O substrato cerebral do comando central também ganhou importância clínica. A regulação cardiovascular anormal durante o exercício em condições patológicas, como insuficiência cardíaca, aumenta a intolerância ao exercício e o risco de eventos cardíacos fatais, como arritmia20. Isso é causado, pelo menos em parte, pela disfunção do comando central21,22, enquanto os programas de exercícios terapêuticos para pacientes melhoram seu estado funcional e seus resultados23.