Modelo de exposição in vivo à fumaça de cigarro : alterações anatômicas em neurônios piramidais no córtex pré-frontal de ratos machos adolescentes

Abstract

O cigarro é uma droga de abuso lícita, cujo uso inicia comumente na adolescência. O uso de cigarro durante essa fase da vida pode promover alterações neuroanatômicas irreversíveis, pois o encéfalo encontra-se em processo de maturação. Embora os efeitos da nicotina sobre o encéfalo tenham sido bastante explorados em modelos animais, poucos estudos avaliam o efeito de outros constituintes presentes na fumaça de cigarro. Nesta tese, inicialmente descrevemos a construção de um equipamento capaz de reproduzir a exposição in vivo à fumaça do cigarro em roedores. Esse equipamento apresenta validade de face e construto, pois os animais inalam a fumaça de cigarro à semelhança do uso humano. Além disso, é um equipamento de baixo custo, de fácil montagem e manutenção para exposição a fumaça de cigarro em roedores. Na validação do modelo, mostramos que os níveis plasmáticos de cotinina nos ratos foi semelhante ao de um fumante ativo, além de identificarmos alterações na concentração de diferentes neurotransmissores no líquido cefalorraquidiano de ratos adultos, demonstrando validade de face. Estudo posterior foi conduzido em ratos adolescentes para avaliar o impacto da exposição crônica ou intermitente à fumaça do cigarro sobre neurônicos piramidais da camada V do córtex pré-frontal medial (PFCm). Foram utilizados ratos Wistar, machos, com 35 dias de idade (P35), divididos em grupos (n=6/grupo) expostos diariamente à fumaça de 18 cigarros (CS) ou ar ambiental (CC) por 28 dias (crônico, P35-65), e 2 grupos expostos à fumaça de 18 cigarros (IS) ou ar ambiental (IC) 3 dias na semana e 4 dias sem manipulação, por 4 ciclos (intermitente). Após esse período foi realizada perfusão intracardíaca mediante anestesia, com eutanásia e remoção do encéfalo, seguido de fixação e marcação pela coloração de Golgi. Os neurônios da lâmina V do PFCm foram identificados e reconstruídos manualmente pela técnica de Sholl. Análise morfométrica foi realizada, onde um total de 144 neurônios foram avaliados quanto à sua extensão de acordo com os grupos de exposição. Identificamos um encurtamento dos neurônios no PFCm nos animais do grupo CS, sugerindo que a exposição crônica, mas não a intermitente é capaz de afetar a maturação dessa área encefálica em ratos adolescentes. Portanto, concluímos que o equipamento de exposição à fumaça do cigarro reproduz com maior semelhança o uso de cigarro em seres humanos e a exposição crônica em adolescentes promove alterações neuroanatômicas que podem comprometer comportamentos como tomada de decisão entre adolescentes. As consequências dessas alterações precisam ser estudadas para identificar risco de abuso de cigarro ou de outras drogas na idade adulta.

Cigarette is a licit drug of abuse, commonly initiated during adolescence. Its use during this critical developmental period leads to irreversible neuroanatomical alterations as the brain undergoes maturation. Despite the effects of nicotine on the brain have been extensively studied in animal models, few studies have evaluated the impact of other constituents present in cigarette smoke. In this thesis, we first describe the building of an apparatus capable of reproducing in vivo exposure to cigarette smoke in rodents. This apparatus demonstrates face and construct validity as the animal inhale cigarette smoke similar to human usage. Moreover, this apparatus is relatively inexpensive and easy to assemble for rodent smoke exposure. We demonstrated that plasma cotinine levels in rats were similar to those of active smokers. Moreover, we showed changes in different neurotransmitter levels in the cerebrospinal fluid of adult rats, demonstrating face validity. A subsequent study was conducted in adolescent rats to assess the impact of chronic or intermittent exposure to cigarette smoke on pyramidal neurons in layer V of the medial prefrontal cortex (PFCm). Wistar male rats, aged 35 days (P35), were divided into groups (n=6/group) exposed daily to smoke from 18 cigarettes (CS) or ambient air (CC) for 28 days (chronic, P35-65), and 2 groups exposed to smoke from 18 cigarettes (IS) or ambient air (IC) 3 days a week with 4 days without manipulation, for 4 cycles (intermittent). Following this period, intracardiac perfusion was performed under anesthesia, followed by euthanasia and brain removal, fixation, and Golgi staining. Neurons in layer V of the PFCm were manually identified and reconstructed using the Sholl technique. Morphometric analysis of the groups (total of 144 neurons) evaluated their extent according to exposure groups. We identified a shortening of neurons in the PFCm in the CS group, suggesting that chronic, but not intermittent, exposure is capable of affecting the maturation of this brain area in adolescent rats. Therefore, we conclude that the cigarette smoke exposure apparatus more closely replicates human cigarette use, and chronic exposure in adolescents induces neuroanatomical changes that may compromise decision-making behaviors among adolescents. The consequences of these alterations need to be studied to identify the risk of cigarette or other substance abuse in adulthood.