Εκτίμηση του ρόλου της ιντερλευκίνης 10 στον έλεγχο της αναπνοής με τη χρήση βαρομετρικού πληθυσμογράφου

Abstract

Cytokines are molecules usually produced by immune cells but also by a variety of other cells which can communicate with the central nervous system. Pro-inflammatory cytokines like interleukin-1β affect the control of breathing. Interleukin 10 (IL-10) is a cytokine with anti-inflammatory properties upregulated in the plasma in many disease states. Τhe role of IL-10 on the control of breathing is unknown. IL-10 receptors have been identified in the brain stem where the respiratory centers are located.PurposeOur aim is to determine the effect of the anti-inflammatory cytokine interleukin-10 οn the control of breathing. MethodsIL-10 knock-out mice (IL-10-/-, n=10) and wild type mice (IL-10+/+, n=10) were exposed to the following test gases: hyperoxic hypercapnia 7%CO2-93%O2, normoxic hypercapnia 7%CO2-21%O2-72%Ν2, hypoxic hypercapnia 7%CO2-10%O2-83%Ν2 and hypoxic normocapnia 3%CO2-10%O2-87%Ν2. The ventilatory function was assessed using whole body plethysmography. Recombinant mouse IL-10 (rIL-10 10μg kg-1) was administered intraperitoneally to wild type mice (n=10) 30 min before the onset of gas challenge. IL-10 was administered in neonatal medullary slices (10-30 ng/ml, n=8). ResultsWe found that IL-10-/- mice exhibited consistently increased frequency and reduced tidal volume compared to IL-10+/+ mice during room air breathing and in all test gases (by 23.62% to 33.2%, P<0.05 and -36.23% to -41.69%, P<0.05, respectively). In all inspired gases the minute ventilation of IL-10-/- mice was lower than IL-10+/+ (by -15.67% to -22.74%, P<0.05). The rapid shallow breathing index was higher in IL-10-/- mice compared to IL-10+/+ mice in all inspired gases (by 50.25% to 57.5%, P<0.05). The intraperitoneal injection of rIL-10 caused reduction of the respiratory rate and augmentation of the tidal volume in room air and also in all inspired gases (by -12.22% to -29.53%, and 32.18% to 45.11%, P<0.05, respectively). IL-10 administration in neonatal rat (n=8) in vitro rhythmically-active medullary slice preparations did not affect either rhythmicity or peak amplitude of hypoglossal nerve discharge. ConclusionThis is the first study of the effects of IL-10 on the control of breathing. We found that IL-10 decreases the respiratory rate and increases the tidal volume and minute ventilation resulting in a slower and deeper pattern of breathing. IL-10 augments the respiratory drive without altering the relative durations of inspiration and expiration.

Οι κυτταροκίνες είναι πρωτεΐνες που παράγονται από κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος καθώς και από ποικιλία άλλων κυττάρων που αλληλεπιδρούν με το κεντρικό νευρικό σύστημα. Προφλεγμονώδεις κυτταροκίνες, όπως η ιντερλευκίνη 1β συμμετέχουν στον έλεγχο της αναπνοής. Η ιντερλευκίνη 10 (IL-10) είναι μια αντιφλεγμονώδης κυτταροκίνη με αυξημένα επίπεδα στο πλάσμα σε διάφορα νοσήματα. Ο ρόλος της ιντερλευκίνης 10 στον έλεγχο της αναπνοής δεν είναι γνωστός. Υποδοχείς της ιντερλευκίνης 10 έχουν ανευρεθεί σε περιοχές του εγκεφάλου που εδράζονται τα κέντρα της αναπνοής. ΣκοπόςΣκοπός της μελέτης είναι να διευκρινίσει την επίδραση της αντιφλεγμονώδους κυτταροκίνης ιντερλευκίνης 10 στο κέντρο της αναπνοής. Μεθοδολογία Μελετήθηκαν επίμυες με έλλειψη έκφρασης IL-10 (IL-10-/-, n=10) και επίμυες με πλήρη έκφραση IL-10 (IL-10+/+, n=10) που εκτέθηκαν στα παρακάτω αέρια μείγματα: υπεροξική υπερκαπνία 7%CO2-93%O2, νορμοξική υπερκαπνία 7%CO2-21%O2-72%N2, υποξική υπερκαπνία 7%CO2-10%O2-83%N2 και υποξική νορμοκαπνία 3%CO2-10%O2-87%N2. Η αναπνευστική λειτουργία μετρήθηκε με τη χρήση ολόσωμου πληθυσμογράφου. Ανασυνδυασμένη χιμαιρική IL-10 (rIL-10 10μg kg-1) χορηγήθηκε ενδοπεριτοναϊκώς στους επίμυες με πλήρη έκφραση της IL-10 (n=10), 30 λεπτά πριν την έκθεση στα αέρια μείγματα. Επίσης, χορηγήθηκε IL-10 σε νεογνικές τομές της μυελώδους μοίρας του κεντρικού νευρικού συστήματος (10-30 ng/ml, n=8). Αποτελέσματα Οι επίμυες με έλλειψη έκφρασης IL-10 (IL-10-/-) παρουσιάζουν αυξημένη αναπνευστική συχνότητα και μειωμένο αναπνεόμενο όγκο σε σύγκριση με τους επίμυες με πλήρη έκφραση της IL-10 (IL-10+/+) σε συνθήκες αναπνοής αέρα δωματίου καθώς και σε όλα τα αέρια μείγματα που δοκιμάστηκαν. Επίσης, σε όλα τα αέρια μείγματα ο αερισμός των επίμυων με έλλειψη έκφρασης IL-10 ήταν μικρότερος από τον αερισμό των επίμυων με πλήρη έκφραση IL-10. Ο δείκτης γρήγορης και αβαθούς αναπνοής (F/VT) ήταν μεγαλύτερος στους επίμυες με έλλειψη έκφρασης IL-10 συγκριτικά με τους επίμυες με πλήρη έκφραση IL-10 σε όλα τα εισπνεόμενα μείγματα. Η ενδοπεριτοναϊκή έγχυση ανασυνδυασμένης IL-10 (rIL-10) είχε ως αποτέλεσμα μείωση της αναπνευστικής συχνότητας και αύξηση του αναπνεόμενου όγκου σε αέρα δωματίου καθώς και όλα τα άερια μείγματα. Η χορήγηση IL-10 σε τομές ρυθμικά ενεργής μυελώδους μοίρας κεντρικού νευρικού συστήματος, νεογνικών αρουραίων δεν είχε καμία επίδραση στη ρυθμικότητα και στην ενίσχυση της εκφόρτισης του υπογλωσσίου νεύρου. ΣυμπέρασμαΠρόκειται για την πρώτη μελέτη που διερευνά την δράση της IL-10 στον έλεγχο της αναπνοής. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα μας, η IL-10 μειώνει την αναπνευστική συχνότητα ενώ αυξάνει τον αναπνεόμενο όγκο και τον αερισμό επάγοντας αργό και βαθύ πρότυπο αναπνοής. Τέλος, η IL-10 αυξάνει το αναπνευστικό ερέθισμα χωρίς να επηρεάζει την διάρκεια της εισπνοής και εκπνοής.