Spinal Oxygen Sensors (SOS): A Novel Oxygen Sensing Mechanism Involved in Cardiovascular Responses to Hypoxia
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND In healthy individuals, when blood oxygenation decreases, cardiorespiratory reflexes are triggered in an attempt to restore oxygen supply to vital organs. The carotid bodies are the primary respiratory oxygen chemoreceptors but cardiovascular responses to hypoxia such as increase in heart rate and blood pressure persist in their absence, suggesting an additional high‐fidelity oxygen sensor. Previously we discovered that spinal sympathetic preganglionic neurons (SPN), are exquisitely sensitive to oxygen; here we investigate the oxygen sensing mechanisms and test the role of these spinal oxygen sensors (SOS) in cardiorespiratory responses to asphyxia‐like stimuli. OBJECTIVE To study the cellular oxygen sensing mechanism and contribution of the SOS in responses to cardiorespiratory crisis. METHODS We investigated the cellular mechanism of oxygen sensing in artificially‐perfused ( in situ ) and slice ( in vitro ) thoracic spinal cord preparations, recording sympathetic nerve root and single cell responses to hypoxia during pharmacological interrogation. To determine if the SOS are involved in cardiorespiratory responses to asphyxia, we also used an in situ rat spinal cord – carotid body ‐ brainstem preparation in which each oxygen sensitive compartment is separately perfused while recording phrenic (respiratory) and splanchnic (sympathetic) nerve activity. RESULTS Our data suggest the SOS use a novel oxygen sensing mechanism. This mechanism involves two interacting NADPH and oxygen‐dependent enzymes: Neuronal Nitric Oxide Synthase (NOS1) and NADPH oxidase (NOX2). NOS1 is expressed in surprising abundance in the SOS and is oxygen sensitive across the entire physiological range. Hence, in the presence of oxygen, NOS1 is likely to utilize most of the available NADPH in the cell. When oxygenation falls during hypoxia, NOS1 activity is reduced, increasing NADPH availability for NOX2. NOX2 produces Reactive Oxygen Species (ROS) which in turn, activate ROS‐dependent internal Ca 2+ stores and/or Ca 2+ channels leading to increased intracellular Ca 2+ , neuronal firing and, consequently, SOS responses to hypoxia. Functionally, during hypoxia, the SOS enhance sympathetic and breathing activity, while shortening apnea and gasping towards recovery, and are capable of triggering brief periods of sympathetic and respiratory‐like activity in the brainstem’s absence. CONCLUSIONS The results provide critical new knowledge required to unlock the cellular mechanisms involved in how the body mounts emergency responses to conditions that involve chronic and acute hypoxia. Support or Funding Information University of Calgary Eyes High; Hotchkiss Brain Institute; Alberta Children’s Hospital Research Institute; Alberta Innovates Health Solutions; MITACS Globalink; Canadian Institutes of Health Research.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».