Resumo
Apesar das respostas térmicas frente a infecção por patógeno serem decisivas para a sobrevivência das aves, muito ainda há por ser entendido sobre os mecanismos da febre e nada se sabe sobre a queda de temperatura corporal durante a inflamação sistêmica em aves. No presente trabalho desafiamos pintinhos Gallus gallus com altas doses de endotoxina para estudar os mecanismos fisiológicos e bioquímicos da termorregulação de aves frente à inflamação sistêmica. Primeiramente, descrevemos a queda de temperatura corporal durante a inflamação sistêmica em aves como uma resposta regulada (anapirexia). Essa resposta ocorreu por uma inibição de termogênese (redução da taxa metabólica) não relacionada a impedimento da função mitocondrial ou aporte de oxigênio, além de ser apoiada por mecanismos de perda de calor, como ofego e vasodilatação. Em sequência, mostramos que a resposta anapirética à endotoxina parece ser independente da mediação por ciclo-oxigenases (COX), assim o perfil de prostaglandinas (PG) observado neste momento parece não ter função térmica. Também descrevemos que a febre em aves depende da sinalização específica pela COX-2, enzima que quando inibida bloqueia febre via inibição de mecanismos de perda de calor como vasoconstrição e comportamento de agrupamento. Ainda, a febre parece ser majoritariamente dependente da sinalização por PGE2, mas também tem participação das PGD2 e PGF2. No presente trabalho apontamos ainda que a competição com uma demanda energética aumentada por frio, e frio combinado à jejum favorece anapirexia e elimina a resposta de febre nos pintinhos. Finalmente mostramos que a exposição de pintinhos ao poluente dioxina durante o desenvolvimento embrionário resultou em aumento de taxa metabólica (demanda energética). Assim, quando foi induzida a inflamação, os pintinhos apresentaram uma resposta hipometabólica persistente acompanhada da eliminação das respostas hematológicas e osmóticas normais à endotoxina. Concluímos que pintinhos podem responder a um desafio imune tanto com anapirexia como com febre e que a resposta anapirética é favorecida em caso de demandas metabólicas aumentadas. Ainda, a anapirexia não é mediada pela via das COX-PG enquanto a febre é mediada especificamente pela COX-2 e principalmente por PGE2.
Although thermal responses to pathogen infections are decisive for birds survival, the mechanisms of fever are largely unknown and no study has addressed the decrease in body temperature during systemic inflammation for birds. Here we challenged Gallus gallus chicks with high doses of endotoxin to study the physiological and biochemical mechanisms of birds thermoregulation during systemic inflammation. Firstly, we described the decrease in body temperature during systemic inflammation in birds as a regulated response (anapyrexia). This response was supported by a thermogenesis inhibition (reduced metabolic rate) unrelated to impairment of mitochondrial function or oxygen supply, and also by heat loss mechanisms, such as tachypnea and vasodilation. In sequence, we presented that anapirexia in response to endotoxin was independent of cyclooxygenases mediation (COX), thus the prostaglandin (PG) profile observed during this response did not reflect a thermal function. Moreover, the fever response depended specifically on COX-2 signaling in our chicks, and when it was blocked fever was eliminated by inhibition of heat loss mechanisms such as vasoconstriction and huddling behavior. Yet, fever seems to be mostly dependent on PGE2 signaling, but PGD2 and PGF2 had also a minor increase in expression during fever. Our data also pointed out that competing energetic demands caused by cold, and cold combined with fasting favors anapyrexia and eliminates the fever response in chicks. Finally, we show that the exposure of chicks to the pollutant dioxin during embryonic development resulted in increased in metabolic rate. Thus, when inflammation was induced, these chicks showed a persistent hypometabolic response accompanied by the elimination of normal hematological and osmotic responses to endotoxin. We conclude that chicks can respond to an immune challenge with both anapyrexia and fever, and the anapyretic response is favored in case of increased metabolic demands. Furthermore, anapyrexia is not mediated by the COX-PG pathway, whereas fever is mediated specifically by COX-2 and mainly by PGE2
Resumo
O oxigênio é essencial para o desenvolvimento e a funcionalidade celular nos organismos aeróbicos.A exposição de embriões à hipóxia pode alterar a trajetória de desenvolvimento geneticamente estabelecida e gerar alterações morfofisiológicas em diversos órgãos e sistemas. Em aves precoces, a hipóxia durante a incubação é conhecida por alterar tamanho dos órgãos, taxa metabólica e ventilação em pintinhos recém-eclodidos. Nestes animais o desenvolvimento das estruturas parabrônquiais envolvidas em trocas gasosas e condução de ar, ocorre principalmente durante a segunda metade da incubação. Baseados nos fatos expostos, nós hipotetizamos que a hipóxia durante esta fase de desenvolvimento pode induzir um remodelamento nestas estruturas, favorecendo as trocas gasosas na vida pós-natal. Para testar esta hipótese, os embriões foram expostos à normóxia durante toda a incubação, ou à 15% O2 (dia 12 ao18 de incubação) e as estruturas parabrônquiais, incluindo capilares aéreos, capilares sanguíneos, infundíbulo, átrio, lúmen parabronquial, vasos sanguíneos maiores que capilares, e tecido interparabronquial, foram analisados através de método estereológico em pintinhos com 1 e 10 dias de idade. A hipóxia aumentou os volumes relativos das estruturas diretamente relacionadas com trocas gasosas, como capilares aéreos e sanguíneos, enquanto não afetou o volume dos pulmões, e o volume relativo de infundíbulo, vasos sanguíneos maiores que capilares e tecido interparabronquial em pintinhos de 1 e 10 dias. A menor concentração de oxigênio, diminuiu o volume relativo dos átrios em ambas idades e o lúmen parabronquial nos pintinhos mais velhos. Concluímos que a hipóxia durante a fase embrionária de desenvolvimento parabronquial pode trazer um remodelamento morfológico, caracterizado por aumento de estruturas responsáveis diretamente por trocas gasosas em detrimento de regiões que participam da condução de ar em pintinhos até o décimo dia pós eclosão.
Oxygen is essential for cell development and function in aerobic organisms. Exposure of embryos to hypoxia can change the genetically estabilished developmental trajectory and generate morphological and physiological changes of several organs and systems. In precocious birds, hypoxia during incubation is known to change size of organs, metabolic rate and ventilation in hatchlings. In these animals, embryonic development of the parabronchial structures, involved in gas exchange and conduction, occurs mainly during the second half of incubation time. Based on the above facts, we can hypothesize that hypoxia during this phase of development can induce a remodeling of such structures, favoring gas exchange, later in post-hatch life. To test this hypothesis, embryos were exposed to normoxia for the entire incubation or to 15% O2 (from day 12 to 18 of incubation) and their parabronchial structures, including air capillaries, blood capillaries, infundibula, atria, parabronchial lumen, blood vessels larger than capillaries and interparabronchial tissue, were analyzed by stereological method in 1 and 10-day old chicks. Hypoxia increased the relative volume of structures directly involved in gas exchange such as air and blood capillaries, while did not change total lung volume and relative volumes of infundibula, blood vessels larger than capillaries and interparabronchial tissue of 1 and 10 days-old chicks. The lower concentration of oxygen decreased the relative volume of atria in both groups of chicks, and parabronchial lumen in the older ones. It can be concluded that hypoxia during the embryonic phase of parabronchial development can lead to a morphological remodeling characterized by increase of structures responsible directly for gas exchange at the expense of regions that participate in the conduction of air in chicks up to 10 days after hatch.