Sistemas respiratórios

@article{johansen1967respiratory,
    author = "Johansen, Kjell e Lenfant, Claude e Grigg, Gordon C",
    title = "Controle respiratório no peixe-lula, Neoceratodus forsteri (krefft)",
    year = "1967",
    journal = "Bioquímica e Fisiologia Comparadas",
    url = "https://doi.org/10.1016/0010-406x(67)90057-6",
    doi = "10.1016/0010-406x(67)90057-6",
    number = "3",
    pages = "835-854",
    volume = "20"
}

O controle respiratório em vertebrados terrestres (Tetrapoda) está principalmente ligado à regulação do equilíbrio ácido-base, o que envolve quimiorreceptores periféricos e centrais. O peixe pulmonar (Dipnoi) pode constituir o grupo irmão de todos os vertebrados terrestres (Tetrapoda) e possuir uma combinação de pulmões reais e brânquias reduzidas. Neste contexto, avaliamos a possível presença de quimiorreceptores respiratórios centrais no peixe pulmonar sul-americano, Lepidosiren paradoxa. A ventilação pulmonar e a frequência respiratória aumentaram significativamente com a redução do pH do LCR por meio de soluções de LCR simulado. Isso sugere que o Lepidosiren possui receptores centrais de equilíbrio ácido-base.

@article{doi101002jez1083,
    author = "Sanchez, A P and Hoffmann, A and Rantin, F T and Glass, M L",
    title = "Relationship between cerebro-spinal fluid pH and pulmonary ventilation of the South American lungfish, Lepidosiren paradoxa (Fitz.).",
    year = "2001",
    journal = "The Journal of experimental zoology",
    abstract = "The respiratory control in land vertebrates (Tetrapoda) is mainly linked to regulation of acid-base status, which involves peripheral and central chemoreceptors. The lungfish (Dipnoi) might constitute the sister group of all land vertebrates (Tetrapoda) and possess a combination of real lungs and reduced gills. In this context, we evaluated the possible presence of central respiratory chemoreceptors in the South American Lungfish, Lepidosiren paradoxa. Pulmonary ventilation and respiratory frequency increased significantly with reductions of CSF pH by means of mock CSF solutions. This suggests that Lepidosiren possess central acid-base receptors.",
    url = "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11550190/",
    doi = "10.1002/jez.1083",
    pmid = "11550190"
}

Os peixes-pulmão representam um grupo irmão provável dos vertebrados terrestres. Peixes-pulmão e tetrápodes compartilham características de controle respiratório, incluindo receptores centrais, periféricos e intrapulmonares de CO(2). Investigamos se os quimiorreceptores centrais no peixe-pulmão, L. paradoxa, são estimulados por CO(2) e/ou pH. A ventilação foi medida por pneumotacografia para animais que mergulham. O quarto ventrículo cerebral foi equipado com dois cateteres para superfusão. Inicialmente, dois grupos de controle foram comparados: (1) animais cateterizados sem superfusão e (2) animais superfundidos com soluções de CSF simulado a pH = 7.45; PCO(2) = 21 mmHg. Os dois grupos apresentaram praticamente a mesma ventilação de cerca de 40 ml BTPS kg(-1) h(-1) (P > 0.05). Em seguida, PCO(2) foi aumentado de 21 para 42 mmHg, enquanto pH(CSF) foi mantido em 7.45, o que aumentou a ventilação de 40 para 75 ml BTPS kg(-1) h(-1). Por outro lado, uma diminuição de pH(CSF) de 7.45 para 7.20 (PCO(2) = 21 mmHg) aumentou a ventilação para 111 ml BTPS kg(-1) h(-1). Diminuições adicionais de pH(CSF) tiveram pouco efeito na ventilação, e a combinação de pH(CSF) = 7.10 e PCO(2) = 42 mmHg reduziu a ventilação para 63 ml BTPS kg(-1) h(-1).

@article{doi101007s003600070151x,
    author = "Amin-Naves, J e Giusti, H e Hoffmann, A e Glass, M L",
    title = "Controle ventilatório central no peixe-pulmão sul-americano, Lepidosiren paradoxa: contribuições de pH e CO(2).",
    year = "2007",
    journal = "Journal of comparative physiology. B, Biochemical, systemic, and environmental physiology",
    abstract = "Os peixes-pulmão representam um grupo irmão provável dos vertebrados terrestres. Peixes-pulmão e tetrápodes compartilham características de controle respiratório, incluindo receptores centrais, periféricos e intrapulmonares de CO(2). Investigamos se os quimiorreceptores centrais no peixe-pulmão, L. paradoxa, são estimulados por CO(2) e/ou pH. A ventilação foi medida por pneumotacografia para animais que mergulham. O quarto ventrículo cerebral foi equipado com dois cateteres para superfusão. Inicialmente, dois grupos de controle foram comparados: (1) animais cateterizados sem superfusão e (2) animais superfundidos com soluções de CSF simulado a pH = 7.45; PCO(2) = 21 mmHg. Os dois grupos apresentaram praticamente a mesma ventilação de cerca de 40 ml BTPS kg(-1) h(-1) (P > 0.05). Em seguida, PCO(2) foi aumentado de 21 para 42 mmHg, enquanto pH(CSF) foi mantido em 7.45, o que aumentou a ventilação de 40 para 75 ml BTPS kg(-1) h(-1). Por outro lado, uma diminuição de pH(CSF) de 7.45 para 7.20 (PCO(2) = 21 mmHg) aumentou a ventilação para 111 ml BTPS kg(-1) h(-1). Diminuições adicionais de pH(CSF) tiveram pouco efeito na ventilação, e a combinação de pH(CSF) = 7.10 e PCO(2) = 42 mmHg reduziu a ventilação para 63 ml BTPS kg(-1) h(-1).",
    url = "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17429654/",
    doi = "10.1007/s00360-007-0151-x",
    pmid = "17429654"
}

O presente estudo revelou que o peixe-lula possui características estruturais e funcionais do seu sistema de controle fisiológico da frequência cardíaca, anteriormente considerado exclusivamente mamífero, que juntas geram variabilidade (HRV). Investigação ultraestrutural e eletrofisiológica revelou que os nervos que conectam o cérebro ao coração são mielinizados, conferindo velocidades de condução rápidas, comparáveis a fibras mamíferas que geram mudanças instantâneas na frequência cardíaca no início de cada respiração aérea. Essas mudanças relacionadas à respiração nos intervalos cardíacos batida-a-batida foram detectadas por análise complexa de HRV e mostraram-se a maximizar a captação de oxigênio por respiração, uma relação causal nunca conclusivamente demonstrada em mamíferos. Neurônios preganglionares vagais cardíacos, responsáveis pelo controle da frequência cardíaca via nervo vago parassimpático, foram mostrados a ter múltiplas localizações, principalmente no núcleo motor vago dorsal que pode permitir controle interativo dos sistemas circulatório e respiratório, semelhante ao descrito para tetrápodes. A presente ilustração de um sistema de controle aparentemente altamente evoluído para HRV em um peixe com linhagem antiga comprovada, baseada em evidências paleontológicas, morfológicas e genéticas recentes, questiona grande parte do pensamento antropocêntrico implícito por alguns fisiologistas mamíferos e encorajado por muitos psicobiologistas. É possível que algumas características da arritmia sinusoidal respiratória mamífera, para as quais se buscaram funções, sejam relíquias evolutivas que tiveram sua função fisiológica definida em representantes antigos dos vertebrados com sistemas circulatórios indivisíveis.

@article{doi101126sciadvaaq0800,
    author = "Monteiro, Diana A e Taylor, Edwin W e Sartori, Marina R e Cruz, André L e Rantin, Francisco T e Leite, Cleo A C",
    title = "Interações cardiorespiratórias anteriormente identificadas como mamíferas estão presentes no peixe-lula primitivo.",
    year = "2018",
    journal = "Science advances",
    abstract = "O presente estudo revelou que o peixe-lula possui características estruturais e funcionais do seu sistema de controle fisiológico da frequência cardíaca, anteriormente considerado exclusivamente mamífero, que juntas geram variabilidade (HRV). Investigação ultraestrutural e eletrofisiológica revelou que os nervos que conectam o cérebro ao coração são mielinizados, conferindo velocidades de condução rápidas, comparáveis a fibras mamíferas que geram mudanças instantâneas na frequência cardíaca no início de cada respiração aérea. Essas mudanças relacionadas à respiração nos intervalos cardíacos batida-a-batida foram detectadas por análise complexa de HRV e mostraram-se a maximizar a captação de oxigênio por respiração, uma relação causal nunca conclusivamente demonstrada em mamíferos. Neurônios preganglionares vagais cardíacos, responsáveis pelo controle da frequência cardíaca via nervo vago parassimpático, foram mostrados a ter múltiplas localizações, principalmente no núcleo motor vago dorsal que pode permitir controle interativo dos sistemas circulatório e respiratório, semelhante ao descrito para tetrápodes. A presente ilustração de um sistema de controle aparentemente altamente evoluído para HRV em um peixe com linhagem antiga comprovada, baseada em evidências paleontológicas, morfológicas e genéticas recentes, questiona grande parte do pensamento antropocêntrico implícito por alguns fisiologistas mamíferos e encorajado por muitos psicobiologistas. É possível que algumas características da arritmia sinusoidal respiratória mamífera, para as quais se buscaram funções, sejam relíquias evolutivas que tiveram sua função fisiológica definida em representantes antigos dos vertebrados com sistemas circulatórios indivisíveis.",
    url = "https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5833999/",
    doi = "10.1126/sciadv.aaq0800",
    pmcid = "PMC5833999",
    pmid = "29507882"
}

O status ácido-base é um processo fisiológico rigidamente regulado, resultante de um equilíbrio de íons no organismo relevantes para o ácido-base. A eficiência dos sistemas regulatórios determina importante as mudanças compensatórias de pH para uma dada perturbação. Vertebrados minimizam (ou compensam) uma perturbação ácido-base por processos gerais, que incluem transferência de íons e/ou mudanças em PCO2. O ajuste ácido-base em peixes é predominantemente alcançado pela troca branquial de íons relevantes para o ácido-base com mudança correlacionada nos níveis de HCO3- plasmáticos. Por outro lado, vertebrados terrestres alteram a PCO2 sanguínea através do processo ventilatório e, portanto, o controle respiratório da regulação ácido-base desempenha um papel importante como mecanismo compensatório. Peixes pulmonares (Dipnoi) têm posição central na evolução dos vertebrados sendo considerados como o grupo irmão dos tetrápodes. Com um modo de vida aquático, os peixes pulmonares compartilham semelhanças de função respiratória com tetrápodes. Este artigo revisa evidências mostrando que o sistema respiratório dos peixes pulmonares regula o status ácido-base, como vertebrados ectotérmicos terrestres. No peixe pulmonar sul-americano, Lepidosiren paradoxa, a presença de quimiorreceptores centrais de CO2/pH foi inequivocamente descrita. Além disso, a PCO2 sanguínea e o status ácido-base são típicos de um vertebrado terrestre. Estes aspectos são discutidos sob diferentes condições ambientais que requerem ajustes respiratórios ácido-base, tais como, exposição à hipercarbemia, hipóxia, alta temperatura e estivação. Perguntas interessantes sobre a localização e fenótipo celular dos quimiorreceptores centrais e periféricos de CO2/pH permanecem como um campo aberto a ser explorado em peixes pulmonares.

@article{doi101016jcbpa2019110533,
    author = "Nunan, Bruna L C Z and Silva, Ayla S and Wang, Tobias and da Silva, Glauber S F",
    title = "Respiratory control of acid-base status in lungfish.",
    year = "2019",
    journal = "Comparative biochemistry and physiology. Part A, Molecular \& integrative physiology",
    abstract = "The acid-base status is a tightly regulated physiological process, resulting from a balance of ions in the organism relevant to acid-base. The efficiency of the regulatory systems importantly determines the compensatory pH changes for a given disturb. Vertebrates minimize (or compensate) an acid-base disturb by general processes, which include ion transfer and/or PCO2 changes. Acid-base adjustment in fish is predominantly achieved by branchial exchange of acid-base relevant ions with correlated change in plasma HCO3- levels. Conversely, land vertebrates change blood PCO2 through ventilatory process and hence respiratory control of acid-base regulation plays an important role as a compensatory mechanism. Lungfishes (Dipnoi) have central position on vertebrate's evolution being considered as the sister group to the tetrapods. With an aquatic life mode, lungfish share similarities of respiratory function with tetrapods. This article reviews evidence showing that lungfish's respiratory system regulates acid-base status, like terrestrial ectothermic vertebrates. In the South American lungfish, Lepidosiren paradoxa, the presence of central CO2/pH chemoreceptors was unequivocally described. Also, the blood PCO2 and acid-base status are typical of a terrestrial vertebrate. These aspects are discussed under different environmental conditions that require respiratory acid-base adjustments, such as, exposure to hypercarbia, hypoxia, high temperature and aestivation. Interesting questions regarding the location and cell phenotype of CO2/pH central and peripheral chemoreceptors remain an open field to be explored in lungfish.",
    url = "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31398391/",
    doi = "10.1016/j.cbpa.2019.110533",
    pmid = "31398391"
}

Mamíferos apresentam mudanças claras na frequência cardíaca ligadas à ventilação pulmonar, caracterizadas como arritmia sinusoidal respiratória (RSA). Essas mudanças são controladas em parte por variações no nível de controle inibitório exercido sobre o coração pelo braço parassimpático do sistema nervoso autônomo (SNA). Isso origina-se de neurônios preganglionares no núcleo ambiguus que fornecem atividade fásica relacionada à respiração ao ramo cardíaco do nervo vago, por meio de fibras eferentes mielinizadas com velocidades de condução rápidas. Uma elaboração desses mecanismos centrais, sob o controle de um 'sistema vago', foi atribuída por psicólogos a múltiplas funções relacionadas ao 'engajamento social' em mamíferos e, em particular, em humanos. Estudos de longo prazo sobre interações cardiorrespiratórias (CRI) em outros grandes grupos de vertebrados estabeleceram que todos apresentam controle tônico e fásico da frequência cardíaca, imposto pelo SNA. Isso deriva centralmente de neurônios localizados em núcleos distribuídos de forma variada, que abastecem o coração por meio de fibras eferentes mielinizadas de condução rápida. Vertebrados aquáticos, que incluem peixes e anfíbios larvais, tipicamente apresentam CRI direta, 1:1, entre batimentos cardíacos e ventilação branquial, controlada pelo núcleo motor vago dorsal. Em vertebrados ectotérmicos que respiram ar, incluindo répteis, anfíbios e peixes pulmonares, CRIs que refletem a RSA foram demonstradas a melhorar a captação de oxigênio durante a ventilação fásica por meio de mudanças na perfusão de seus órgãos respiratórios, devido ao desvio de sangue através de seus corações não divididos. Esse sistema pode constituir a base evolutiva da geração da RSA em mamíferos, que agora carece de um papel fisiológico importante na troca gasosa respiratória, devido às suas circulações sistêmica e pulmonar completamente divididas.

@article{doi101016jbiopsycho2022108382,
    author = "Taylor, Edwin W and Wang, Tobias and Leite, Cleo A C",
    title = "An overview of the phylogeny of cardiorespiratory control in vertebrates with some reflections on the 'Polyvagal Theory'.",
    year = "2022",
    journal = "Biological psychology",
    abstract = "Mamíferos mostram mudanças claras na frequência cardíaca ligadas à ventilação pulmonar, caracterizadas como arritmia sinusoidal respiratória (RSA). Essas mudanças são controladas em parte por variações no nível de controle inibitório exercido sobre o coração pelo braço parassimpático do sistema nervoso autônomo (SNA). Isso origina-se de neurônios preganglionares no núcleo ambiguus que fornecem atividade fásica relacionada à respiração ao ramo cardíaco do nervo vago, por meio de fibras eferentes mielinizadas com velocidades de condução rápidas. Uma elaboração desses mecanismos centrais, sob o controle de um 'sistema vago', foi atribuída por psicólogos a múltiplas funções relacionadas ao 'engajamento social' em mamíferos e, em particular, em humanos. Estudos de longo prazo sobre interações cardiorrespiratórias (CRI) em outros grandes grupos de vertebrados estabeleceram que todos apresentam controle tônico e fásico da frequência cardíaca, imposto pelo SNA. Isso deriva centralmente de neurônios localizados em núcleos distribuídos de forma variada, que abastecem o coração por meio de fibras eferentes mielinizadas de condução rápida. Vertebrados aquáticos, que incluem peixes e anfíbios larvais, tipicamente apresentam CRI direta, 1:1, entre batimentos cardíacos e ventilação branquial, controlada pelo núcleo motor vago dorsal. Em vertebrados ectotérmicos que respiram ar, incluindo répteis, anfíbios e peixes pulmonares, CRIs que refletem a RSA foram demonstradas a melhorar a captação de oxigênio durante a ventilação fásica por meio de mudanças na perfusão de seus órgãos respiratórios, devido ao desvio de sangue através de seus corações não divididos. Esse sistema pode constituir a base evolutiva da geração da RSA em mamíferos, que agora carece de um papel fisiológico importante na troca gasosa respiratória, devido às suas circulações sistêmica e pulmonar completamente divididas.",
    url = "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35777519/",
    doi = "10.1016/j.biopsycho.2022.108382",
    pmid = "35777519"
}