Studio neuroanatomico dei centri di regolazione cardiorespiratoria: bulbo encefalico e glomo carotideo

INTRODUZIONE – Strutture nervose centrali e periferiche, quali i nuclei bulbari ed il glomo carotideo, cooperano alla regolazione cardiovascolare e respiratoria. Le conoscenze dei parametri morfometrici e dei fenomeni apoptotici nei nuclei bulbari di adulti e bambini, così come quelle relative all’espressione locale delle isoforme delle fosfodiesterasi, sono ancora limitate. Nel glomo carotideo sono stati individuati molti neurotrasmettitori/neuromodulatori differenti, molecole di adesione e componenti di vie di trasduzione del segnale ma non ci sono ancora dati sulla presenza di alcuni di essi, quali l’adrenomedullina (AM), i recettori della neurotensina, la molecola di adesione cellulare neurale (NCAM), la chinasi regolata da segnale extracellulare (ERK) ed AKT. Scopo del presente lavoro è fornire un’analisi completa dei parametri morfometrici e dei fenomeni apoptotici dei nuclei bulbari umani e analizzare la presenza delle componenti sovrariportate nel glomo carotideo. MATERIALI E METODI – I materiali usati sono stati bulbi encefalici prelevati in corso di autopsia da 22 adulti e 10 bambini e glomi carotidei prelevati da 16 adulti e 6 feti. E’ stata effettuata un’analisi morfometrica con il metodo del dissettore ottico per calcolare le densità neuronali, i volumi nucleari e i numeri totali di neuroni dei nuclei bulbari. E’ stata altresì studiata l’apoptosi mediante terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end-labelling (TUNEL) e sono state analizzate morfometricamente le percentuali medie (± Deviazione Standard) dei neuroni TUNEL-positivi. E’ stata studiata la distribuzione regionale e cellulare delle quattro isoforme della fosfodiesterasi 4 (PDE4A, PDE4B, PDE4C e PDE4D) in 8 dei soggetti adulti mediante ibridazione in situ. Per quanto riguarda l’analisi dei glomi carotidei si è proceduto allo studio con immunoistochimica ed immunofluorescenza doppia dell’espressione di AM, recettore della neurotensina di tipo 1 (NTR1), NCAM, ERK e pERK, AKT e pAKT. L’analisi d’espressione di AM, ERK/pERK e AKT/pAKT è stata altresì effettuata su prelievi fetali. RISULTATI – Sia negli adulti che nei bambini densità neuronali maggiori sono state trovate nei nuclei localizzati ventralmente, ossia il nucleo del tratto spinale del trigemino (NSTT) (valori medi ± Deviazione Standard: 9217±2146 n/mm3 e 21347±5006 n/mm3, rispettivamente) ed il complesso olivare inferiore (PION: 9149±1341 n/mm3 e 20910±1582 n/mm3; MION: 10102±3024 n/mm3 e 19267±3475 n/mm3; DION: 11318±3704 n/mm3 e 23124±6740 n/mm3, rispettivamente), che nei nuclei del tegmento bulbare, cioè il nucleo ipoglosso (XII) (1070±343,4 n/mm3 e 2799±1292 n/mm3), il nucleo motore dorsale del vago (DMNV) (1663±431,4 n/mm3 e 2915±568,1 n/mm3), il nucleo del tratto solitario (NTS) (2982±639,9 n/mm3 e 8150±1735 n/mm3), il nucleo vestibolare mediale (MedVe) (2964±380,8 n/mm3 e 6958±1076 n/mm3) ed il nucleo cuneato (Cu) (1061±238,7 n/mm3 e 2686±843,6 n/mm3). Tutti i nuclei bulbari presentavano volumi maggiori e densità neuronali minori negli adulti rispetto ai bambini, senza differenze statisticamente significative nel numero totale di neuroni. Differenze statisticamente significative tra adulti e bambini sono state trovate negli indici apoptotici neuronali del Cu (28,2±16,3% vs. 6,9±8,7%), MedVe (24,7±15,0% vs. 11,3±11,4%), NTS (11,2±11,2% vs. 2,3±2,4%), DMNV (6,8±8,5% vs. 0,1±0,2%) e XII (6,6±5,7% vs. 0,1±0,2%). Differenze statisticamente significative erano altresì presenti per quanto riguarda il confronto tra i diversi nuclei, con il Cu, il MedVe ed il NSTT che mostravano i maggiori indici apoptotici neuronali. Nei nuclei bulbari l’mRNA di PDE4B e PDE4D era abbondante e distribuito non solo nelle cellule neuronali ma anche nelle cellule gliali, soprattutto in vicinanza dei vasi sanguigni. I segnali di ibridazione per PDE4B e PDE4D erano più intensi nell’AP che in ogni altro nucleo considerato. Sono stati altresì trovati in nuclei implicati nei meccanismi del vomito come il NTS ed il DMNV. Nel glomo carotideo non sono state rilevate immunoreattività per AM, NTR1, e NCAM a carico delle cellule di tipo II di entrambe le casistiche. Analisi immunoistochimiche anti-NTR1 ed –NCAM hanno evidenziato positività del 45,6±9,2% e 78,3±7,2% delle cellule di I tipo dei soggetti adulti, rispettivamente. Percentuali maggiori di cellule di tipo I positive sono state trovate negli adulti rispetto ai feti all’esame immunoistochimico per AM (32,3±7,7% vs 11,8±2,7%, P<0,001), ERK (32,3±7,7% vs 11,8±2,7%, P<0,001), pErk (32,3±7,7% vs 11,8±2,7%, P<0,001), Akt (32,3±7,7% vs 11,8±2,7%, P<0,001) e pAkt (32,3±7,7% vs 11,8±2,7%, P<0,001). DISCUSSIONE – I maggiori volumi nucleari e le minori densità neuronali rilevati negli adulti possono essere ascritti allo sviluppo postnatale del neuropilo e delle microvascolarizzazione. I maggiori indici apoptotici neuronali rilevati negli adulti indicano una maggiore resistenza delle popolazioni neuronali infantili agli insulti ipossico-ischemici o ai cambiamenti postmortali. Inoltre i nuclei con maggiori indici apoptotici sono localizzati nel tegmento bulbare laterale e condividono la stessa irrorazione vascolare dall’arteria cerebellare posteriore inferiore, suggerendo differenti caratteristiche di sopravvivenza su base vascolare. L’elevata espressione di PDE4 nell’AP suggerisce che modificazioni delle vie del segnale che coinvolgono cAMP possano mediare gli effetti emetici degli inibitori di PDE4 nei tronchi encefalici umani. I reperti immunoistochimici nel glomo carotideo suggeriscono che l’AM e la NT possano svolgere un ruolo nella regolazione dell’attività chemorecettoriale del glomo. L’elevato livello di espressione di NCAM nel glomo carotideo indica un ruolo nella regolazione dell’adesione tra cellule di tipo I. Si può altresì ipotizzare l’attivazione delle vie di trasduzione del segnale ERK e AKT da parte di neuromodulatori/fattori neurotrofici, con possibile ruolo nella produzione di modificazioni cellulari a lungo termine. La minore espressione di AM, ERK/pERK, ed AKT/pAKT nei feti può essere ricondotta all’assenza di respirazione polmonare con mancanza del ruolo regolatorio del glomo carotideo durante il periodo prenatale.