Tradução: Rodrigo Cupelli

Cientistas de Stanford identificaram um pequeno grupo de neurônios que comunicam o centro de controle de respiração no cérebro com a estrutura responsável por gerar agitação em todo o cérebro.

30 março de  2017

Tente isso. Respire lenta e tranquilamente. Uma sensação dominante de calma surge. Agora, respire rápida e freneticamente. A tensão aumenta. Por quê?

É uma questão que nunca foi respondida pela ciência, até agora.

Em um novo estudo, pesquisados da Escola de Medicina da Universidade de Stanford e seus colegas identificaram uma porção de células nervosas no tronco cerebral que conecta a respiração com os estados da mente.

Um artigo descrevendo a descoberta foi publicada em 31 de março na Science. Mark Krasnow, Doutor e professor de bioquímica é o autor sênior. O autor principal é o ex-aluno de pós-graduação de Stanford, Kevin Yackle, MD, PhD, agora professor na Universidade da Califórnia-São Francisco.

Médicos às vezes prescrevem exercícios de controle de respiração para pessoas com desordens de estresse. Do mesmo modo, a prática de pranayamas – Controlar a respiração a fim de mudar a consciência de um estado agitado ou mesmo frenético para um mais meditativo – é um componente essencial de praticamente todas as variedades de Yoga.

“Este estudo é intrigante porque fornece uma compreensão celular e molecular de como isso pode funcionar”, disse Krasnow.

*Aglomerado minúsculo de neurônios*

O minúsculo aglomerado de neurônios ligando a respiração ao relaxamento, atenção, excitação e ansiedade está localizado no fundo do tronco encefálico. Este grupo, localizado em uma área que Krasnow chama de marcapasso para respirar, foi descoberto em ratos pelo coautor do estudo Jack Feldman, PhD, professor de neurobiologia na UCLA, que publicou suas descobertas em 1991. Uma estrutura equivalente já foi identificada em humanos.

“O marcapasso respiratório tem, em alguns aspectos, um trabalho mais resistente do que sua contraparte no coração,” disse Krasnow, que é também um investigador do Instituto Médico de Howard Hughes. “Ao contrário do continuum unidimensional lento-rápido do coração, há muitos tipos distintos de respirações: regular, excitada, suspirando, bocejando, ofegando, dormindo, rindo, soluçando. Nós nos perguntamos se diferentes subtipos de neurônios dentro do centro de controle respiratório poderiam ser responsáveis por gerar esses diferentes tipos de respiração”.

Nesse palpite, Yackle pesquisou através de bancos de dados públicos para reunir uma lista de genes que são preferencialmente ativados na parte do tronco cerebral do rato onde reside o centro de controle da respiração. O termo técnico deste centro é complexo de pré- Bötzinger, ou preBötC.

Ele detalhou vários desses genes, permitindo que os pesquisadores identificassem mais de 60 subtipos neuronais separados, fisicamente diferenciados um do outro por suas assinaturas de ativação gênica, mas misturados no pré-BötC como filamentos de espaguete bem agitados. Os cientistas foram capazes de usar esses genes – e os produtos de proteína para os quais eles são as receitas – como marcadores que os permitiram zerar (neutralizar) os diferentes subtipos de neurônios.

*Abatendo neurônios*

Agora os cientistas poderiam, sistematicamente, avaliar o papel de cada subpopulação neuronal em ratos de laboratório. Com tecnologias avançadas, podiam destruir seletivamente qualquer um destes subtipos neuronais – e somente esse subtipo – baseado em sua assinatura original de genes ativos. Então, eles puderam observar como a perda desse subtipo particular afetou a respiração dos animais. Em 2016, em colaboração com Feldman, eles conseguiram isolar uma sub população de neurônios no preBotC que controla explicitamente um tipo de respiração: o suspiro. Abatendo esses neurônios se eliminou o suspiro, mas não afetou outros modos de respiração. A descoberta foi publicada na Nature em 2016.

Então, Krasnow e Yackle partiram para descobrir o papel respiratório de outra sub população de cerca de 175 neurônios preBotC distinguidos pela sua expressão compartilhada de dois marcadores genéticos chamados Cdh9 e Dbx1. Pela bioengenharia em um camundongo, eles puderam aniquilar a vontade os neurônios portadores desses dois marcadores.

Porém, uma vez que esses roedores tiveram seus neurônios Cdh9 / Dbx1 eliminados, parecia que eles haviam perderam o passo. Ao contrário de seus irmãos privados de suspiros, não havia lacuna no portfólio de variações respiratórias desses ratos.

“Fiquei inicialmente decepcionado”, disse Yackle.

Mas alguns dias depois, ele notou algo: Para ratos, os animais estavam extraordinariamente calmos. “Se você colocá-los em um ambiente novo, que normalmente os estimula bastante a fungar e explorar”, disse Yackle, “eles apenas se sentam ao redor cuidando um dos outros” – evidência que passa por afabilidade se você é um rato.

*Descontraindo*

Análises posteriores mostraram que, embora esses camundongos ainda exibissem a paleta completa de variedades de respiração, de suspiros a fungadas, as proporções relativas dessas variedades haviam mudado. Havia menos respirações rápidas “ativas” e rápidas “fungadas”, e mais respirações lentas associadas com relaxamento.

Os pesquisadores supuseram que ao invés de regular a respiração, esses neurônios estavam espionando-a e relatando sua descoberta a outra estrutura no tronco encefálico. Essa estrutura, o locus coeruleus, envia projeções para praticamente todas as partes do cérebro e estimula a excitação: nos acorda do sono, mantem nosso estado de alerta e, se excessivo, desencadeia ansiedade e angústia. Sabe-se que os neurônios no locus coeruleus exibem comportamento rítmico cujo sincronismo é correlacionado com o da respiração. Em uma série de experimentos, os pesquisadores de Stanford provaram que os neurônios preBotC que expressam Cadh9 e Dbx1 não só projetam para o locus coeruleus – um novo achado -, mas ativam suas projeções de longa distância, promovendo a excitação cerebral.

“Se algo está enfraquecendo ou acelerando a sua respiração, você precisa saber de imediato”, disse Krasnow. “Esses 175 neurônios, que dizem ao resto do cérebro o que está acontecendo, são absolutamente críticos.”

“O preBötC agora parece desempenhar um papel fundamental nos efeitos da respiração sobre a excitação e emoção, como visto durante a meditação”, disse Feldman. “Esperamos que a compreensão da função deste centro leve a terapias para o estresse, depressão e outras emoções negativas”.

*Bruce Goldman é um escritor de ciência para o escritório da Escola Médica de Comunicação e Relações Públicas. Seu e-mail é goldmanb@stanford.edu