Sodium and Calcium Current-Mediated Pacemaker Neurons and Respiratory Rhythm Generation

The breathing motor pattern in mammals originates in brainstem networks. Whether pacemaker neurons play an obligatory role remains a key unanswered question. We performed whole-cell recordings in the pre-Botzinger complex in slice preparations from neonatal rodents and tested for pacemaker activity. We observed persistent Na+ current (INaP)-mediated bursting in ∼5% of inspiratory neurons in postnatal day 0 (P0)-P5 and in P8-P10 slices. INaP-mediated bursting was voltage dependent and blocked by 20 μm riluzole (RIL). We found Ca2+ current (ICa)-dependent bursting in 7.5% of inspiratory neurons in P8-P10 slices, but in P0-P5 slices these cells were exceedingly rare (0.6%). This bursting was voltage independent and blocked by 100 μm Cd2+ or flufenamic acid (FFA) (10-200 μm), which suggests that a Ca2+-activated inward cationic current (ICAN) underlies burst generation. These data substantiate our observation that P0-P5 slices exposed to RIL contain few (if any) pacemaker neurons, yet maintain respiratory rhythm. We also show that 20 nm TTX or coapplication of 20 μm RIL + FFA (100-200 μm) stops the respiratory rhythm, but that adding 2 μm substance P restarts it. We conclude that INaP and ICAN enhance neuronal excitability and promote rhythmogenesis, even if their magnitude is insufficient to support bursting-pacemaker activity in individual neurons. When INaP and ICAN are removed pharmacologically, the rhythm can be maintained by boosting neural excitability, which is inconsistent with a pacemaker-essential mechanism of respiratory rhythmogenesis by the pre-Botzinger complex

Effects of membrane depolarization and changes in extracellular [K+] on the Ca2+ transients of fast skeletal muscle fibers. Implications for muscle fatigue

Repetitive activation of skeletal muscle fibers leads to a reduced transmembrane K+ gradient. The resulting membrane depolarization has been proposed to play a major role in the onset of muscle fatigue. Nevertheless, raising the extracellular K+ (\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$${\text{K}}_{\text{o}}^{ + }$$\end{document}) concentration (\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$[ {\text{K}}^{ + } ]_{\text{o}}$$\end{document}) to 10 mM potentiates twitch force of rested amphibian and mammalian fibers. We used a double Vaseline gap method to simultaneously record action potentials (AP) and Ca2+ transients from rested frog fibers activated by single and tetanic stimulation (10 pulses, 100 Hz) at various \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$[ {\text{K}}^{ + } ]_{\text{o}}$$\end{document} and membrane potentials. Depolarization resulting from current injection or raised \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$[ {\text{K}}^{ + } ]_{\text{o}}$$\end{document} produced an increase in the resting [Ca2+]. Ca2+ transients elicited by single stimulation were potentiated by depolarization from −80 to −60 mV but markedly depressed by further depolarization. Potentiation was inversely correlated with a reduction in the amplitude, overshoot and duration of APs. Similar effects were found for the Ca2+ transients elicited by the first pulse of 100 Hz trains. Depression or block of Ca2+ transient in response to the 2nd to 10th pulses of 100 Hz trains was observed at smaller depolarizations as compared to that seen when using single stimulation. Changes in Ca2+ transients along the trains were associated with impaired or abortive APs. Raising \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$[ {\text{K}}^{ + } ]_{\text{o}}$$\end{document} to 10 mM potentiated Ca2+ transients elicited by single and tetanic stimulation, while raising \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$[ {\text{K}}^{ + } ]_{\text{o}}$$\end{document} to 15 mM markedly depressed both responses. The effects of 10 mM \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$${\text{K}}_{\text{o}}^{ + }$$\end{document} on Ca2+ transients, but not those of 15 mM \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$${\text{K}}_{\text{o}}^{ + }$$\end{document}, could be fully reversed by hyperpolarization. The results suggests that the force potentiating effects of 10 mM \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$${\text{K}}_{\text{o}}^{ + }$$\end{document} might be mediated by depolarization dependent changes in resting [Ca2+] and Ca2+ release, and that additional mechanisms might be involved in the effects of 15 mM \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$${\text{K}}_{\text{o}}^{ + }$$\end{document} on force generation

Trastornos de ansiedad: revisión bibliográfica de la perspectiva actual

Los trastornos de ansiedad son un problema creciente de salud pública que necesita la atención de personal especializado y capacitado. En la actualidad son 11 los trastornos de ansiedad (TA) clasificados en el DSM-V, todos con algunas características clínicas similares como angustia y miedo. La prevalencia general de estos trastornos oscila entre el 4-24% en diferentes países. En México no se tiene información actual debido a la falta de datos reportados por encuestas nacionales. Se han descrito una serie de tratamientos no farmacológicos y farmacológicos para el control de estos trastornos, sin embargo, aún se requiere de más investigación para encontrar nuevos tratamientos que no generen efectos secundarios. El objetivo de esta revisión es describir los criterios diagnósticos para los TA, la prevalencia y tratamiento

Synchronization of inspiratory burst onset along the ventral respiratory column in the neonate mouse is mediated by electrotonic coupling

Abstract Breathing is a singularly robust behavior, yet this motor pattern is continuously modulated at slow and fast timescales to maintain blood-gas homeostasis, while intercalating orofacial behaviors. This functional multiplexing goes beyond the rhythmogenic function that is typically ascribed to medullary respiration-modulated networks and may explain lack of progress in identifying the mechanism and constituents of the respiratory rhythm generator. By recording optically along the ventral respiratory column in medulla, we found convergent evidence that rhythmogenic function is distributed over a dispersed and heterogeneous network that is synchronized by electrotonic coupling across a neuronal syncytium. First, high-speed recordings revealed that inspiratory onset occurred synchronously along the column and did not emanate from a rhythmogenic core. Second, following synaptic isolation, synchronized stationary rhythmic activity was detected along the column. This activity was attenuated following gap junction blockade and was silenced by tetrodotoxin. The layering of syncytial and synaptic coupling complicates identification of rhythmogenic mechanism, while enabling functional multiplexing

Caracterización de las convulsiones y el status epilepticus producido por el pentilentetrazol en ratas de 14 días de edad

El status epilepticus (SE) es un tipo de actividad epiléptica con alta incidencia en niños; se caracteriza por crisis epilépticas por un tiempo prolongado, con consecuencias como muerte neuronal y desarrollo de epilepsia. A nivel experimental, el pentilentetrazol (PTZ) produce convulsiones tónico-clónicas generalizadas (CTCG) en la rata en desarrollo con alta mortalidad. En este estudio se realizó una curva dosis-respuesta con la finalidad de caracterizar las convulsiones producidas por una dosis única de PTZ (45, 50, 55, 60, 65, 70 y 75 mg/kg, i.p.) en ratas Wistar de 14 días de edad (P14). No se identificaron diferencias estadísticamente significativas entre las dosis de PTZ analizadas en la proporción de ratas que presentaron CTCG, SE o murieron después de la aplicación del PTZ. Con 45 mg/kg de PTZ ninguna rata presentó CTCG, con 50 mg/kg de PTZ el 25% de las ratas mostraron CTCG, mientras que a dosis mayores el 100% de las ratas presentaron estas convulsiones. Las ratas que presentaron CTCG y que no murieron desarrollaron enseguida SE en todas las dosis estudiadas, en un porcentaje que varió de 63% (55 y 60 mg/kg de PTZ) a 25-37% (70-50 mg/kg de PTZ). Todas las ratas inyectadas con 75 mg/kg de PTZ presentaron CTCG y murieron. Los datos de este estudio sugieren que la administración de una sola dosis de PTZ en la rata P14 puede ser un modelo útil para el estudio de CTCG y SE en la rata en desarroll

Development of a virtual instrument for integration of electrical nerve signals

The study of the neural control of movement is a field of considerable interest for neuroscientists. By recording electrical signals from motor nerves, rhythmic behaviors can be studied in vitro. For example, in a brainstem transverse slice, a respiratory-related rhythm can be recorded from the hypoglossal nerve (XIIn). To obtain a meaningful analysis of the in vitro respiratory pattern and frequency, integration of the XIIn electrical signals is necessary. Here, by programming in LabView, we developed a virtual instrument for integration of nerve electrical signals. We show that it is possible replacing expensive electronic instruments by a virtual instrument with the same or greater functionality.El estudio del control neural del movimiento es un campo de gran interés para los neurocientíficos. Mediante el registro de señales eléctricas de nervios motores, los comportamientos rítmicos se pueden estudiar in vitro. Por ejemplo, en una rebanada transversal del tallo cerebral, un ritmo relacionado con la respiración puede ser registrado desde el nervio hipogloso (XIIn). Para obtener un análisis significativo del patrón y frecuencia respiratoria in vitro, es necesaria la integración de las señales eléctricas del XIIn. Mediante programación en LabView, hemos desarrollado un instrumento virtual para la integración de las señales eléctricas nerviosas. Mostramos que es posible la sustitución de instrumentos electrónicos caros por un instrumento virtual con la misma o mayor funcionalida

La privación selectiva de sueño de movimientos oculares rápidos (MOR) durante 24 h no modifica la inmunoreactividad de c-Fos en la Columna Respiratoria Ventral (VRC) de rata

La generación y modulación de la respiración es controlada por la columna respiratoria ventral (VRC), la cual incluye: el grupo respiratorio parafacial/núcleo retrotrapezoide (pFRG/RTN), el complejo Bötzinger (BötC) y el complejo preBötzinger (preBötC). Una correlación entre el sueño y la respiración es particularmente clara en condiciones como la apnea obstructiva del sueño y el síndrome de hipoventilación central congénita. En este trabajo, mediante la inmunoreactividad contra c-Fos como un marcador indirecto de la actividad neuronal, se estudió el efecto de la privación selectiva de sueño MOR a corto plazo sobre la actividad de las neuronas en la VRC. Ratas macho Wistar fueron divididas en dos grupos: control (n=6) y 24 h de privación selectiva de sueño MOR utilizando la técnica de florero invertido (n=11). La frecuencia respiratoria, la frecuencia cardíaca, la temperatura y la saturación de oxígeno (SpO2) se midieron antes y durante la privación de sueño MOR. El grupo de privación de sueño MOR no mostró diferencias estadísticamente significativas con respecto al grupo control. Sin embargo, la frecuencia cardíaca del grupo de privación de sueño MOR aumentó y la SpO2 disminuyó significativamente en comparación con los valores basales. Estos datos sugieren que, en ausencia de sueño MOR, la actividad de las neuronas respiratorias en la VRC está altamente regulada para asegurar la homeostasis de gases y una tasa de respiración estable y que los cambios fisiológicos encontrados probablemente están regulados por núcleos no relacionados con la generación del ritmo respiratori