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UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO – UNINOVE MESTRADO EM CIÊNCIAS DA REABILITAÇÃO AVALIAÇÃO DA FUNÇÃO MECÂNICA DOS MÚSCULOS PAPILARES E DO REMODELAMENTO CARDÍACO DE RATOS IDOSOS SUBMETIDOS AO TREINAMENTO FÍSICO AERÓBICO THIAGO RODRIGUES DE ARAÚJO São Paulo 2010

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UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO – UNINOVE

MESTRADO EM CIÊNCIAS DA REABILITAÇÃO

AVALIAÇÃO DA FUNÇÃO MECÂNICA DOS MÚSCULOS PAPILARES E DO REMODELAMENTO CARDÍACO DE

RATOS IDOSOS SUBMETIDOS AO TREINAMENTO FÍSICO AERÓBICO

THIAGO RODRIGUES DE ARAÚJO

São Paulo

2010

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THIAGO RODRIGUES DE ARAÚJO

AVALIAÇÃO DA FUNÇÃO MECÂNICA DOS MÚSCULOS PAPILARES E DO REMODELAMENTO CARDÍACO DE

RATOS IDOSOS SUBMETIDOS AO TREINAMENTO FÍSICO AERÓBICO.

Orientador: Prof. Dr. José Antônio Silva Júnior

São Paulo

2010

Dissertação apresentada à Universidade Nove de Julho para obtenção do título de Mestre em Ciências da Reabilitação.

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FICHA CATALOGRAFICA

Araújo, Thiago Rodrigues de Avaliação da função mecânica dos músculos papilares e do remodelamento cardíaco de ratos idosos submetidos ao treinamento físico aeróbico. / Thiago Rodrigues de Araújo. 2010. 56 f. Dissertação (mestrado) – Universidade Nove de Julho – UNINOVE – Ciências da Reabilitação, São Paulo, 2010. Orientador (a): Prof. Dr. José Antônio Silva Júnior

1. Contratilidade Miocérdica. 2. Envelhecimento. 3. Exercício Físico.

CDU 615.8

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RESUMO

O envelhecimento existe deterioração progressiva da função de diferentes sistemas do

organismo, onde há um processo gradual de remodelamento estrutural, celular e

molecular. Assim, parece razoável aceitar que medidas de interrupção ou abrandamento

da depressão inotrópica miocárdica são altamente recomendadas. Neste cenário, há

informações disponíveis que permitem considerar o exercício físico como ferramenta não

farmacológica altamente recomendável. Assim, a proposta deste estudo foi avaliar o papel

do exercício físico aeróbio realizado em piscina sob a depressão da contratilidade

miocárdica associada ao envelhecimento. Foram utilizados 39 ratos machos com 24

meses de vida (idosos) da linhagem Wistar divididos em dois grupos, o treinado (n=25) e

o sedentário (n=14). O treinamento consistiu em um protocolo de natação em piscina

aquecida durante 6 semanas, sendo a primeira semana de adaptação. Os animais do

grupo treinado eram submetidos ao treino de 1h30min/dia, 6 dias/semana. Após o período

de treinamento, os animais foram sacrificados e o coração foi pesado e dissecado para

análise da ação mecânica dos músculos papilares do coração contraindo

isometricamente. Foram determinadas as variáveis funcionais no comprimento ótimo –

Lmáx

, tensão desenvolvida (TD), tensão de repouso (TR), taxa máximas da variação da

tensão desenvolvida positiva (+dT/dt) e negativa (-dT/dt), tempo para atingir o pico da

tensão desenvolvida (TPT) e o tempo para a tensão desenvolvida decrescer 50% do seu

valor máximo (TR50%

). Os animais idosos treinados apresentaram significante hipertrofia

cardíaca bi-ventricular, aumento da capacidade funcional, melhoria do inotropismo

miocárdico, geração de força e relaxamento, além de redução do conteúdo de colágeno e

aumento do volume nuclear dos cardiomiócitos. Com base nos resultados obtidos,

podemos concluir que o treinamento físico induziu o aprimoramento da função mecânica e

do remodelamento cardíaco de ratos idosos submetidos ao treinamento físico moderado.

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Palavras-chave: Contratilidade Miocárdica; Envelhecimento; Exercício Físico

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ABSTRACT

Aging awakens progressive deterioration of function of different organ systems,

where there is a gradual process of structural remodeling, cellular and molecular

levels. Thus, it seems reasonable to accept that measures interrupting or slowing

of inotropic myocardial depression are highly recommended. In this scenario, there

is information available that allow us to consider exercise as pharmacological tool

highly recommended. Thus, the purpose of this study was to evaluate the role of

physical exercise performed in a pool under the depression of myocardial

contractility associated with aging. We used 39 male rats with 24 months (aged)

Wistar divided into two groups, the trained (n = 25) and sedentary (n = 14). The

training protocol consisted of swimming in a heated pool for 6 weeks, being the first

week an adaptation period. Animals in the trained group were subjected to training

1h30min/dia, 6 days/week. After the training period, animals were sacrificed and

the heart was weighed and dissected for analysis of the mechanical action of the

papillary muscles contracting isometrically heart. Functional variables were

determined at optimum length - Lmax, developed tension (DT), resting tension

(RT), maximum rate of change of developed tension positive (+ dT/dt) and negative

(-dT/dt), time to achieve peak tension (TPT) and time to the tension developed to

decrease 50% of its maximum value (TR50%). Aged animals showed significant

cardiac hypertrophy trained bi-ventricular functional capacity, improvement of

myocardial inotropism, force generation and relaxation, and reduction of collagen

content and increased nuclear volume of cardiomyocytes. Based on these results,

we conclude that exercise training induced enhancement of mechanical function

and cardiac remodeling in aged rats subjected to physical training.

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Keywords: Myocardial contractility, Aging, Physical exercise

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DEDICATÓRIA

‘Tudo o que um sonho precisa para ser realizado é alguém que acredite que ele possa ser realizado’.

Roberto Shinyashik

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Dedico este trabalho primeiramente a Deus, pois sem Ele nada seria

possível e não estaríamos aqui reunidos, desfrutando juntos, destes momentos

que nos são tão importantes, o qual foi O primeiro quem confiou em mim.

Aos meus pais Valdison e Aparecida pelo esforço, dedicação e

compreensão, em todos os momentos desta e de outras caminhadas. E especial

minha mãe Aparecida que, primeiro do que tudo quero dizer que te amo muito.

Meus olhos se enchem de lágrimas quando me lembro dos momentos felizes que

passamos juntos, e o seu maior sonho era que eu chegasse até aqui, só que

infelizmente Deus quis levar na hora certa, mas foi a senhora quem confiou e lutou

para que esse mestrado se realizasse, e de onde a senhora esteja está muito feliz

com essa caminhada na qual esteve todos os momentos ao meu lado.

Aos professores e especialmente ao Prof. Dr. José Antonio Silva Jr., que

não foi apenas um professor e sim um pai que me ajudou em todas as áreas,

principalmente nos momentos em que eu nem tinha condição de ficar em São

Paulo. Ao senhor eu dedico não só esse mestrado, e sim toda a minha gratidão

por tudo que fez comigo, pela contribuição dentro de diversas áreas para o

desenvolvimento de minha dissertação, e por toda dedicação e empenho que

demonstrou no decorrer das atividades.

Dedico este trabalho à minha irmã Karla e à minha sobrinha Maria Eduarda,

pelo incentivo, cooperação e apoio, e toda minha família que compartilharam

comigo os momentos de tristezas e também de alegrias, nesta etapa, em que,

com a graça de Deus está sendo vencida; principalmente à minha irmã Karla, que

não foi só minha irmã, e sim minha mãe: a você minha irmã lhe dedico a minha

vida, te amo.

Aos meus colegas de trabalho Marcelo, Moisés, Eduardo, Dannylo, Danilo e

Edinei, pelos momentos de aprendizagem constante e pela amizade solidificada

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ao longo deste trabalho que certamente se eternizará, e em especial aos amigos

Prof. Dr. Paulo Tucci e Andrey Serra, que me ajudaram muito neste trabalho e me

ensinaram tudo o que sabem com muita dedicação.

Eu dedico esse trabalho à minha esposa Aline, o meu anjo vigilante, que a

toda hora e todo dia me animou e deu-me força, servindo de companhia; e ao meu

filho que ainda está por vir, Guilherme, o qual será muito amado.

A todos os professores do Mestrado em Ciências da Reabilitação da

Uninove e aos colegas de mestrado.

À Juliana Ribeiro, Camila Camarão e Cristiane Taborda pelo auxílio e

dedicação.

À CAPES, FAPESP, CNPq e UNINOVE pelo auxílio financeiro para o

desenvolvimento deste estudo.

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ÍNDICE

1. Contextualização .........................................................................................................14

2. Objetivo........................................................................................................................16

3. Artigo submetido para publicação ...............................................................................18

4. Discussão .....................................................................................................................44

5. Conclusão ....................................................................................................................49

6. Referências Bibliográficas ...........................................................................................51

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1. CONTEXTUALIZAÇÃO

É concebível que o avanço da idade predispõe ao desenvolvimento de

anormalidades cardiovasculares. De particular interesse são modificações bem

estabelecidas na estrutura e função do miocárdio. De fato, mesmo comum ao

processo de envelhecimento, o remodelamento miocárdico pode culminar em

depressão da função ventricular e reduzida capacidade tolerante dos

cardiomiócitos a diferentes situações de estresse.

O exercício físico (EXF) é amplamente aceito como terapia não

farmacológica de intervenção para promoção de saúde, melhoria da qualidade de

vida e prevenção e/ou controle de certas doenças cardiovasculares. Assim, não é

insensato pensar que os benefícios do EXF possam ser legítimos também no

miocárdio envelhecido. Neste sentido, há evidências que permitem advogar a

favor do EXF.

De interesse, são os efeitos favoráveis do EXF sob as propriedades

funcionais do miocárdio. Realmente, ensaios experimentais têm providenciado

resultados altamente relevantes, ilustrando que animais idosos submetidos a

processo de treinamento físico aeróbio apresentam melhora na contratilidade

miocárdica.

Os estudos da mecânica da contração muscular desenvolvidos em

músculos esqueléticos inspiraram a aplicação de técnica equivalente ao

miocárdio, possibilitando avaliar a capacidade funcional do músculo cardíaco

isento de influências dos fatores atuantes na cavidade ventricular. Nos anos 60 e

70, amostras isoladas de miocárdio passaram a ser utilizadas em investigações

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experimentais sobre contração do músculo cardíaco e permitiram expressivos

avanços no conhecimento da ação mecânica do miocárdio normal e patológico.

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2. OBJETIVO

Objetivo Geral:

Avaliar se o Exercício Físico aeróbio regular contribui para a melhoria da

função cardíaca.

Objetivos Específicos:

Avaliar parâmetros como o conteúdo de colágeno intersticial e análise da

ação mecânica dos músculos papilares do coração contraindo isometricamente.

em ratos idosos machos submetidos ao treinamento físico.

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3. ARTIGO SUBMETIDO PARA PUBLICAÇÃO

Avaliação da função mecânica dos músculos papilares e do remodelamento cardíaco de ratos idosos submetidos ao treinamento físico aeróbico

Thiago Rodrigues de Araújoa, Eduardo Tadeu Santanaa, Ednei Antoniob,

Andrey Jorge Serraa, Paulo J Tuccib, Jose Antonio Silva Júniora

aDepartamento de Ciências da Reabilitação. Universidade Nove de Julho. UNINOVE. Brasil. bDepartamento de Patologia. Universidade Federal de São Paulo. UNIFESP. Brasil.

Autor correspondente: Jose Antonio Silva Jr ([email protected])

Resumo

O envelhecimento desperta deterioração progressiva da função de diferentes sistemas do

organismo, onde há um processo gradual de remodelamento estrutural, celular e

molecular. Assim, parece razoável aceitar que medidas de interrupção ou abrandamento

da depressão inotrópica miocárdica são altamente recomendadas. Neste cenário, há

informações disponíveis que permitem considerar o exercício físico como ferramenta não

farmacológica altamente recomendável. Assim, a proposta deste estudo foi avaliar o papel

do exercício físico aeróbio realizado em piscina sob a depressão da contratilidade

miocárdica associada ao envelhecimento. Foram utilizados 39 ratos machos com 24

meses de vida (idosos) da linhagem Wistar divididos em dois grupos, o treinado (n=25) e

o sedentário (n=14). O treinamento consistiu em um protocolo de natação em piscina

aquecida durante 6 semanas, sendo a primeira semana de adaptação. Os animais do

grupo treinado eram submetidos ao treino de 1h30min/dia, 6 dias/semana. Após o período

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de treinamento, os animais foram sacrificados e o coração foi pesado e dissecado para

análise da ação mecânica dos músculos papilares do coração contraindo

isometricamente. Foram determinadas as variáveis funcionais no comprimento ótimo –

Lmáx

, tensão desenvolvida (TD), tensão de repouso (TR), taxa máximas da variação da

tensão desenvolvida positiva (+dT/dt) e negativa (-dT/dt), tempo para atingir o pico da

tensão desenvolvida (TPT) e o tempo para a tensão desenvolvida decrescer 50% do seu

valor máximo (TR50%

). Os animais idosos treinados apresentaram significante hipertrofia

cardíaca bi-ventricular, aumento da capacidade funcional, melhoria do inotropismo

miocárdico, geração de força e relaxamento, além de redução do conteúdo de colágeno e

aumento do volume nuclear dos cardiomiócitos. Com base nos resultados obtidos,

podemos concluir que o treinamento físico induziu o aprimoramento da função mecânica e

do remodelamento cardíaco de ratos idosos submetidos ao treinamento físico moderado.

Palavras-chave: Contratilidade Miocárdica; Envelhecimento; Exercício Físico

Abstract

Aging awakens progressive deterioration of function of different organ systems, where

there is a gradual process of structural remodeling, cellular and molecular levels. Thus, it

seems reasonable to accept that measures interrupting or slowing of inotropic myocardial

depression are highly recommended. In this scenario, there is information available that

allow us to consider exercise as pharmacological tool highly recommended. Thus, the

purpose of this study was to evaluate the role of physical exercise performed in a pool

under the depression of myocardial contractility associated with aging. We used 39 male

rats with 24 months (aged) Wistar divided into two groups, the trained (n = 25) and

sedentary (n = 14). The training protocol consisted of swimming in a heated pool for 6

weeks, being the first week an adaptation period. Animals in the trained group were

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subjected to training 1h30min/dia, 6 days/week. After the training period, animals were

sacrificed and the heart was weighed and dissected for analysis of the mechanical action

of the papillary muscles contracting isometrically heart. Functional variables were

determined at optimum length - Lmax, developed tension (DT), resting tension (RT),

maximum rate of change of developed tension positive (+ dT/dt) and negative (-dT/dt),

time to achieve peak tension (TPT) and time to the tension developed to decrease 50% of

its maximum value (TR50%). Aged animals showed significant cardiac hypertrophy trained

bi-ventricular functional capacity, improvement of myocardial inotropism, force generation

and relaxation, and reduction of collagen content and increased nuclear volume of

cardiomyocytes. Based on these results, we conclude that exercise training induced

enhancement of mechanical function and cardiac remodeling in aged rats subjected to

physical training.

Keywords: Myocardial contractility, Aging, Physical exercise

Introdução

Sob a luz de estudos experimentais, há fortes evidências que apoiam a

existência de estrita relação entre envelhecimento e contratilidade miocárdica

deprimida1,2. Relatos análogos da literatura, em que preparações musculares

isoladas de corações de roedores foram consideradas para as avaliações,

caracterizam com exatidão o efeito prejudicial do envelhecimento sob a

contratilidade miocárdica.3,4 Apesar de pouco compreendidos, certos fatores

podem ser responsabilizados pela redução da capacidade contrátil do miocárdico

com o envelhecimento. Destaque-se decréscimo do número de cardiomiócitos

viáveis, hipertrofia anormal das células remanescentes, aumento na deposição de

colágeno intersticial, alterações no potencial de ação e inadequado transiente de

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cálcio intracelular decorrente de modificações no conteúdo e atividade de

proteínas envolvidas na cinética do cálcio e na sinalização via receptores

acoplados a proteína G.5,6,7,8,9

Leblanc et al.10 avaliaram a contratilidade miocárdica em preparações de

músculos papilares isolados de roedores machos e fêmeas e caracterizaram que

após o quarto mês de vida o gênero masculino apresentava capacidade contrátil

superior às fêmeas. Grandy & Howllet8, trabalhando com cardiomiócitos isolados

de rato, observaram que a capacidade de encurtamento celular foi reduzida

somente em animais machos idosos, sendo as fêmeas não afetadas pelo

envelhecimento. Em outro estudo conduzido em macacos, a redução da

contratilidade miocárdica associada ao envelhecimento também foi evidente

unicamente no gênero masculino.11 Em adição, os mecanismos celulares,

moleculares e gênicos determinantes para a ocorrência de depressão contrátil

diferencial em acordo com o gênero permanecem por ser elucidados.

Ao se considerar importante a manutenção da capacidade contrátil do

miocárdico para homeostasia da função ventricular durante o envelhecimento, é

concebível que a adoção de medidas preventivas de depressão do inotropismo

miocárdico seja fortemente recomendada.

O exercício físico (EXF) é amplamente aceito como terapia não

farmacológica de intervenção para promoção de saúde, melhoria da qualidade de

vida e prevenção e/ou controle de certas doenças cardiovasculares.12 Assim, não

é insensato pensar que os benefícios do EXF possam ser legítimos também no

miocárdio envelhecido. Neste sentido, há evidências que permitem advogar a

favor do EXF.

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De interesse, são os efeitos favoráveis do EXF sob as propriedades

funcionais do miocárdio. Realmente, ensaios experimentais têm providenciado

resultados altamente relevantes, ilustrando que animais idosos submetidos a

processo de treinamento físico aeróbio apresentam melhora na contratilidade

miocárdica.13,14 Os avanços neste campo de investigação permitiram, ainda,

identificar possíveis mecanismos envolvidos no aprimoramento da contratilidade

miocárdica, em que se destacam atenuação na deposição de colágeno15,16,

aumento da angiogênese17, maior responsividade beta-adrenérgica17 e elevação

de proteínas envolvidas na cinética do cálcio.18

Os estudos da mecânica da contração muscular desenvolvidos em

músculos esqueléticos inspiraram a aplicação de técnica equivalente ao

miocárdio, possibilitando avaliar a capacidade funcional do músculo cardíaco

isento de influências dos fatores atuantes na cavidade ventricular. Em trabalho

pioneiro de Ullrick & Whitehorn19, e mais tarde, consolidando essa preparação,

Kelly et al20 utilizaram preparações de músculos papilares para analisar as

propriedades mecânicas do músculo cardíaco. A partir desta época, amostras

isoladas de miocárdio passaram a ser utilizadas em investigações experimentais

sobre contração do músculo cardíaco e permitiram expressivos avanços no

conhecimento da ação mecânica do miocárdio normal e patológico.

O uso de amostras musculares isoladas para avaliações do estado contrátil,

ou contratilidade miocárdica, inclui vantagens sobre estudos que se realizam no

coração como um todo, sejam corações “in situ” ou corações isolados. Os estudos

conduzidos em músculos papilares são isentos dos inconvenientes mencionados

para as câmaras cardíacas e possibilitam abordagem adequada do estado

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contrátil do miocárdio. Este método inclui características bastante favoráveis para

se analisar a capacidade contrátil muscular, tais como a possibilidade de controle

estrito do comprimento em repouso das miofibrilas e das cargas a que o miocárdio

é submetido, além de avaliações precisas do montante de força desenvolvida ou

do encurtamento miocárdico durante a contração e Avaliar se o Exercício Físico

aeróbio regular contribui para a melhoria da função cardíaca, como a

cardioproteção que inclui a redução de colágeno intersticial e geração de

cardiomiócitos e o aprimorameto do relaxamento cardíaco em ratos idosos

machos submetidos ao treinamento físico.

MATERIAL E MÉTODOS

Animais

Foram utilizados 39 ratos machos (Rattus norvergicus albinus, Rodentia

Mammalia), idosos com 24 meses da linhagem Wistar, pesando entre 500 a 600

gramas, provenientes do Biotério Central da Universidade Nove de Julho

(UNINOVE). Os animais foram mantidos em caixas plásticas, em ambiente com

controle de luz e temperatura, servindo-se ad libitum de água e ração Nuvital

(Nuvilab). Em cada caixa foram mantidos, no máximo, cinco ratos. Que foram

divididos randomizadamente em treinados e sedentários, e o protocolo de

treinamento de natação foi realizado em piscina aquecida entre 32 e 33 graus ,e

foram de seis semanas de (90 minutos) sendo a primeira semana de adaptação.

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Estudo da função mecânica de músculos papilares

Para a realização do estudo os animais foram anestesiados com solução de

uretana (400 mg/kg de peso corporal) injetada por via introperitoneal. Após

toracotomia mediana, os corações foram retirados imediatamente e colocados em

solução de Krebs-Henseleit previamente aquecida a 29oC e borbulhada com

oxigênio. A parede livre do ventrículo direito foi extirpada com o objetivo de expor

o septo interventricular, que foi dividido ao meio para exposição dos dois músculos

papilares do ventrículo esquerdo. Os corações foram rapidamente transferidos

para placa de Petri contendo solução de Krebs-Henseleit adequadamente

oxigenada e aquecida a 29 oC e os músculos papilares anterior e posterior foram

cuidadosamente dissecados. Cada extremidade dos músculos foi fixada por anéis

de aço inoxidável. Em seguida, os músculos foram transferidos para câmara de

vidro e permaneciam submersos em solução de Krebs-Henseleit constantemente

oxigenada por borbulhamento e mantida em temperatura controlada de 29oC. Um

dos anéis foi fixado a gancho existente no fundo da câmara de vidro e o outro foi

ligado à extremidade de transdutor de força (Grass, modelo FT 03) por meio de fio

de aço inoxidável. O transdutor de força foi conectado a micromanipulador

Mitutoyo, modelo 2046F, que permitia deslocamentos verticais de 10

micrômetros/volta. A composição da solução de Krebs-Henseleit, em milimoles por

litro, foi de 132 NaCl; 4,69 KCl; 1,5 CaCl; 1,16 MgSO4; 1,18 KH

2PO

4; 5,50 glicose,

insulina 10 U e 20 de HEPES como tampão.

A pressão parcial de oxigênio da solução foi mantida entre 550 e 600

mmHg. Paralelamente ao músculo papilar existiam dois eletrodos de platina que

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liberavam ativação de campo gerada por estimulador DV&M, modelo ESF-10. Os

estímulos elétricos eram liberados em ondas quadradas com duração de 5 ms e

voltagem aproximadamente 10 a 15% maior que o mínimo necessário para

provocar resposta mecânica máxima do músculo, sob freqüência de 0,2 Hz.

Durante período de 60 minutos os músculos foram deixados contrair

isotonicamente contra pré-carga baixa. A contração isotônica foi possibilitada pela

existência de mola entre o anel superior e o transdutor, de modo a permitir a

ocorrência de encurtamento miocárdico. Cada mola tinha tensão nominal de 0,3

gramas/cm.

Em seguida, a mola foi retirada do sistema e as contrações passavam a ser

isométricas. Os músculos permaneciam em contração isométrica durante 20

minutos para que a estabilização da preparação fosse alcançada. Com auxilio do

micromanipulador o músculo foi cuidadosamente estirado até atingir o ápice da

curva comprimento/tensão: comprimento diastólico do músculo no qual a tensão

isométrica desenvolvida atinge valor máximo (Lmáx

). Definido o estiramento do

músculo que propiciava o maior valor da tensão desenvolvida, mediu-se o seu

comprimento com auxílio de paquímetro Mitutoyo.

Após a determinação de Lmáx

os músculos permaneceram em contração

isométrica por 20 minutos e consideravam-se os dados funcionais verificados

nestas condições como os valores correspondentes a 100% Lmáx

. Seguindo-se,

foram determinados os valores das variáveis em comprimentos correspondentes a

92%, 94%, 96%, 98% de Lmax

, possibilitando a determinação da curva

estiramento-tensão desenvolvida (relação de Frank-Starling) para cada músculo.

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Os parâmetros da função contrátil analisados foram:

1. TDmáx

: tensão máxima desenvolvida isometricamente;

2. TR: tensão de repouso;

3. dT/dt: taxa da variação da tensão desenvolvida, sendo consideradas a

taxa positiva (+dT/dt) e negativa (-dT/dt) máximas, que informam a variação

temporal da força durante a contração e o relaxamento, respectivamente;

4. TPT: tempo para atingir o pico da tensão desenvolvida, ou seja, o tempo

decorrido desde o inicio da contração até que seja atingido o pico de tensão

desenvolvida;

5. TR50%: tempo para a tensão desenvolvida decrescer 50% do seu valor

máximo.

Terminadas as manobras de avaliação da mecânica miocárdica, os

músculos eram retirados do sistema, o segmento contido entre os anéis de aço

era isolado e pesado em balança Fisher Scientific, modelo OCCU-124.

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Protocolos experimentais

Os experimentos foram conduzidos aos pares. Em todos os experimentos,

cada par de músculos foi constituído pelo papilar anterior e pelo papilar posterior

do mesmo coração. Esta programação possibilitou comparar o desempenho

mecânico do miocárdio do mesmo coração, caracterizando, em separado, a

função mecânica dos papilares anterior e posterior. Cada músculo era colocado

em uma cuba individual e as características funcionais avaliadas

simultaneamente. Todos os procedimentos foram reproduzidos de Bocalini etal.21.

O transcurso das experiências mostrou que as áreas de secção dos

músculos papilares anteriores e posteriores eram muito semelhantes, de tal forma

que características biométricas diferentes só seriam possíveis por variações dos

comprimentos dos músculos. Esta verificação condicionou a condução dos

experimentos de modo a constituir dois protocolos. Os músculos foram dissecados

e as extremidades fixadas pelos anéis de aço que prendiam o músculo papilar

posterior eram intencionalmente colocados em posições adequadas para que

parte do comprimento do músculo fosse excluída da análise. Com esta manobra

procurou-se restringir a massa miocárdica do papilar posterior participante da

contração, de modo que a quantidade de miocárdio do papilar anterior que

participou da contração foi maior do que a do papilar posterior.

Os valores verificados para as variáveis que envolvem força foram

avaliados em seus valores absolutos e normalizados segundo a sistemática

tradicional – pela área de secção – e pela massa de miocárdio participante da

contração, expressa pelo peso (em miligramas) do músculo.

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28

Os dados verificados para a tensão de repouso, quando projetados em

função dos diversos comprimentos em repouso, foram ajustados por equação

exponencial do tipo

y = β0

. eβ1x

+ εi

onde βo, β

1 e ε

i são constantes da curva. A constante β

1 expressa a rigidez

muscular.

Análise estatística

A análise estatística foi conduzida com o Teste t Student não pareado

unicaudal. A única mudança no uso do teste concerne aos dados provenientes do

teste de esforço. Para tal, foi utilizado o Teste t pareado de Student. O nível de

significância adotado foi de 5% (p<0,05). Os dados são apresentados como médio

± erro padrão da média. Os valores de p estão dispostos nas próprias figuras.

RESULTADOS

Dados Biométricos

Os animais treinados (MT) apresentaram significante hipertrofia cardíaca

comparados aos animais que permaneceram sedentários (MC, Figura 1A). Foi

verificado também que o padrão de hipertrofia miocárdica foi bi-ventricular de

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29

acordo com a normalização do peso do coração e peso corpóreo dos animais

(Figura 1B, 1C).

A B

C D

Figura 1. A. Índice cardíaco de animais idosos não treinados (MC) e animais idosos treinados (MT). B. Índice do ventrículo direito (VD) de animais idosos não treinados (MC) e animais idosos treinados (MT). C. Índice do ventrículo esquerdo (VE) de animais idosos não treinados (MC) e animais idosos treinados (MT). D. Pesos úmido e seco dos pulmões de animais idosos não treinados (MC) e animais idosos treinados (MT) e medida do teor de água. *p<0,05.

Calculou-se também o peso do pulmão seco e úmido do pulmão para

verificar se houve uma congestão pulmonar, o que poderia gerar uma disfunção

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30

cardíaca, mas no estudo demonstrou que este parâmetro está dentro dos padrões

de normalidades que em ratos é ate 79% (Figura 1D).

Teste de esforço

O teste de esforço mostrou que o treinamento físico foi efetivo em induzir

melhora na capacidade funcional dos animais (Figura 2). Antes do treinamento, os

ratos idosos apresentavam capacidade máxima de esforço de 60 segundos, sendo

que após o treino, a capacidade funcional dos ratos idosos foi de 130 segundos.

Figura 2. Análise da eficácia do protocolo de treinamento adotado na melhoria da capacidade funcional de ratos idosos. *p<0,05.

Análise dos músculos papilares em estiramento máximo

A Figura 3A caracteriza com exatidão que houve aprimoramento do

inotropismo miocárdico após a realização do exercício, em que músculos de

animais treinados foram aptos a gerar mais tensão que músculos de animais

sedentários. Em 3B e 3C, nota-se que a velocidade de geração de força e

relaxamento dos músculos dos animais idosos também foi aprimorada com o

treinamento físico.

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31

A B C Figura 3. Análise do inotropismo miocárdio dos músculos papilares de ratos idosos sedentários e idosos . *p<0,05 Análise da tensão desenvolvida pelos músculos papilares

A figura 4 provém de experimento realizado em músculos papilares em

solução de banho com elevado conteúdo de cálcio. A interpretação conduz ao fato

que a sensibilidade dos miofilamentos contráteis ao cálcio foi significativamente

melhorada nos animais idosos submetidos ao processo de treinamento

Figura 4. Variação da tensão desenvolvida pelos músculos papilares de ratos idosos sedentários e idosos . *p<0,05

A Figura 5 caracteriza o mecanismo de Frank-Starling, em que a força

desenvolvida dos músculos papilares foi avaliada como uma função dos diferentes

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32

estiramentos musculares. A análise foi conduzida com curvas de

comprimento/tensão musculares traçadas pela seguinte equação

monoexponencial: y= β0eβ1x+�i, onde β0,β1 e �i são as constantes da curva. Da

equação derivam os valores de slope (que são indicadores de inclinação da reta)

para os diferentes grupos. Nota-se que a inclinação da reta do grupo treinado é

mais deslocada para a esquerda, enquanto que, a reta do grupo não treinado

desloca-se mais para a direita. Tal comportamento indica que o mecanismo de

Frank-Starling foi aprimorado após o treinamento, indicando que a sensibilidade

dos miofilamentos contráteis ao estiramento está aprimorada.

Figura 5. Comportamento da tensão desenvolvida pelos músculos papilares de ratos idosos sedentários e idosos . *p<0,05 Análise do conteúdo de colágeno do ventrículo esquerdo

O acúmulo anormal de colágeno no miocárdio, que se constitui num dos

aspectos mais característicos da remodelação miocárdica, ainda não é totalmente

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33

esclarecida. Em tese, esse desvio está condicionado ao desequilíbrio entre a

produção e a degradação do colágeno, com predomínio do primeiro processo.

Como mostrado na Figura 6, os ratos treinados apresentaram significante redução

no conteúdo de colágeno no ventrículo esquerdo em comparação com os ratos

sedentários.

Figura 6. Conteúdo de colágeno total em ventrículo esquerdo de ratos idosos sedentários e idosos . *p<0,05 Análise do volume nuclear dos cardiomiócitos

A mensuração do volume nuclear de cardiomiócitos é um importante

marcador de hipertrofia celular. O grupo de ratos treinados apresentou aumento

significativo do volume nuclear em relação aos animais sedentários (Figura 7).

Sedentários Treinados0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9 0.0397

Col

ágen

o to

tal (

%)

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34

Figura 7. Volume nuclear de cardiomiócitos de ratos idosos sedentários e idosos . *p<0,05 DISCUSSÃO

Em que pese a importância do exercício físico (EXF) como terapia não

farmacológica de intervenção para promoção de saúde, melhoria da qualidade de

vida e prevenção e/ou controle de certas doenças cardiovasculares12, não é

insensato pensar que os benefícios do EXF possam ser legítimos também no

miocárdio envelhecido22,23.

Nosso dados corroboram achados anteriores da literatura24, em que o EXF

mostrou reduzir o peso corporal de ratos senescentes. Também derivam de

nossos resultados a confirmação que animais senescentes exercitados

desenvolvem hipertrofia miocárdica24,9 (Figura 1). Acresça-se a informação que o

processo hipertrófico induzido pelo EXF ocorreu em ambas as câmaras

ventriculares, direita e esquerda.

Ao considerar a razão entre massa miocárdica e peso corporal como

indicadora de hipertrofia celular, é aceitável que a veracidade deste procedimento

Sedentários Treinados0

50

100

150

2000.0120

Volu

me

Nuc

lear

( μm

3 )

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35

de indexação fica comprometida em circunstâncias de alteração do peso corporal

do animal, como em nossos casos. Assim, desde que o aumento nuclear está

associado com hipertrofia celular25 , o crescimento dos cardiomiócitos nos ratos

exercitados foi confirmado pela análise do volume nuclear. Tais achados também

corroboram estado hipertrófico do miocárdio despertado pelo EXF.

Seguinte a avaliação biométrica do coração, em uma análise microscópica

sob lâminas contendo fragmentos de tecido ventricular esquerdo incubados com

“picro-sirius red”, preconizou-se a avaliação do conteúdo de colágeno miocárdico.

Esta abordagem se fez necessária na medida em que o papel do EXF neste

cenário ainda é irresoluto. Thomas et al26 observaram que dez semanas de EXF

em esteira não afetaram o aumento de colágeno intersticial evocado pelo

envelhecimento. Contudo, em nossos casos, seis semanas de treinamento em

piscina resultaram em significativa diminuição do conteúdo colágeno no miocárdio

ventricular esquerdo de roedores idosos exercitados. É importante considerar que

estes achados não são exclusivos aos nossos casos e, assim, corrobora

informações precedentes divulgadas por outros investigadores16.

De interesse, são os efeitos favoráveis do EXF sob as propriedades

funcionais intrínsecas do miocárdio senescente. Experimentos iniciais

despertaram novas perspectivas acerca da importância do EXF no combate a

depressão inotrópica miocárdica ligada ao envelhecimento. O primeiro trabalho,

por nós localizado, que avaliou a influência do EXF sobre a depressão contrátil

induzida pelo envelhecimento, foi o de Li et al27 1986 Os autores verificaram que

ratos senescentes treinados em esteira por período de 16 semanas apresentaram

reversão da duração prolongada da contração isométrica de músculos papilares.

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36

Posteriormente, Tate et al.14 corroboraram achados anteriores, demonstrando que

dez semanas de exercício em esteira resultaram em apreciável melhora da

contratilidade miocárdica em animais senescentes.

Realmente, ensaios experimentais têm providenciado resultados altamente

relevantes, ilustrando que animais idosos submetidos a processo de treinamento

físico apresentam melhora na contratilidade miocárdica. Contudo, ainda há certa

indefinição, sobretudo pelo fato de existirem estudos que não demonstraram

benefícios advindos com o EXF em ratos senescentes. É válido mencionar o

estudo de Taffet et al 28, em que o inotropismo de músculos papilares isolados não

foi significativamente melhorado em animais senescentes exercitados.

Neste trabalho também nos valemos do emprego de preparação de

músculos papilares trabalhando isoladamente para análise da função miocárdica.

Os valores de indicadores de capacidade inotrópica, tensão desenvolvida e taxa

de aumento máximo da tensão desenvolvida, possibilitaram estabelecer o

potencial salutar do EXF para aumento da capacidade contrátil do miocárdio

senescente. Acresça-se informações provenientes da taxa de decaimento máximo

da tensão desenvolvida, em que valores mais elevados foram observados

somente nos animais exercitados, portanto, configurando um estado de

relaxamento miocárdico aprimorado.

Em adição, o protocolo experimental de preparação de músculos

papilares in vitro possibilitou caracterizar a sensibilidade dos miofilamentos ao

mecanismo de Frank-Starling, isto é, a intensificação da tensão desenvolvida

promovida pelo estiramento muscular. Consequentemente, quando se analisaram

as retas de estiramento-tensão ativa (Figura 5), foi evidenciado que os

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37

estiramentos musculares acentuaram menos a tensão desenvolvida nos papilares

dos animais sedentários. Inversamente, as inclinações das retas provenientes da

relação estiramento muscular e tensão desenvolvida dos animais senescentes

exercitados foram sugestivas de melhora do mecanismo de Frank-Starling.

Apesar de nós não termos analisado os possíveis mecanismos

responsáveis pelo aprimoramento da contratilidade miocárdica, destacam-se as já

reconhecidas ações do EXF sobre a melhora da sensibilidade dos miofilamentos

ao cálcio29,30,31 e o aumento da expressão da cadeia leve da miosina no

miocárdio32. Particular a ratos senescentes, o aprimoramento do inotropismo

miocárdico têm sido associado a aumento da angiogênese17, maior

responsividade a estimulação beta-adrenérgica9, elevação do conteúdo tecidual

de proteínas envolvidas na cinética do cálcio18 e redução da apoptose dos

cardiomiócitos33.

Há a se considerar que o acúmulo de colágeno pode piorar a

distensibilidade e prejudicar a transmissão de força entre os cardiomiócitos em

contração34,35,36, é possível deduzir que o menor teor de colágeno intersticial nos

animais exercitados possa contribuir ao menos para a manutenção do

inotropismo.

Em suma, as informações precedentes fundamentam o posicionamento de

que o EXF pode ser considerado como intervenção não farmacológica efetiva para

prevenção/atenuação das adversidades contráteis cardíacas associadas ao

envelhecimento. Neste sentido, o efeito cardioprotetor do EXF foi observado em

amplo aspecto e incluiu redução do colágeno intersticial, aumento da geração de

força pelos cardiomiócitos e aprimoramento do relaxamento miocárdico.

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38

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4. DISCUSSÃO

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Neste estudo, houve confirmação de achados anteriores da literatura22,23,

em que o EXF mostrou eficaz na melhoria das funções cardíacas de ratos. Além

disto, nossos dados corroboram resultados onde foi verificado que o EXF foi capaz

de reduzir o peso corporal de ratos senescentes24. Também derivam de nossos

resultados a confirmação que animais senescentes exercitados desenvolvem

hipertrofia miocárdica24,9 (Figura 1). Acresça-se a informação que o processo

hipertrófico induzido pelo EXF ocorreu em ambas as câmaras ventriculares, direita

e esquerda.

Ao considerar a razão entre massa miocárdica e peso corporal como

indicadora de hipertrofia celular, é aceitável que a veracidade deste procedimento

de indexação fica comprometida em circunstâncias de alteração do peso corporal

do animal, como em nossos casos. Assim, desde que o aumento nuclear está

associado com hipertrofia celular25, o crescimento dos cardiomiócitos nos ratos

exercitados foi confirmado pela análise do volume nuclear. Tais achados também

corroboram estado hipertrófico do miocárdio despertado pelo EXF.

Seguinte a avaliação biométrica do coração, em uma análise microscópica

sob lâminas contendo fragmentos de tecido ventricular esquerdo incubados com

“picro-sirius red”, preconizou-se a avaliação do conteúdo de colágeno miocárdico.

Esta abordagem se fez necessária na medida em que o papel do EXF neste

cenário ainda é irresoluto. Thomas et al26 observaram que dez semanas de EXF

em esteira não afetaram o aumento de colágeno intersticial evocado pelo

envelhecimento. Contudo, em nossos casos, seis semanas de treinamento em

piscina resultaram em significativa diminuição do conteúdo colágeno no miocárdio

ventricular esquerdo de roedores idosos exercitados. É importante considerar que

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estes achados não são exclusivos aos nossos casos e, assim, corrobora

informações precedentes divulgadas por outros investigadores16.

De interesse, são os efeitos favoráveis do EXF sob as propriedades

funcionais intrínsecas do miocárdio senescente. Experimentos iniciais

despertaram novas perspectivas acerca da importância do EXF no combate a

depressão inotrópica miocárdica ligada ao envelhecimento. O primeiro trabalho,

por nós localizado, que avaliou a influência do EXF sobre a depressão contrátil

induzida pelo envelhecimento, foi o de Li et al27. Os autores verificaram que ratos

senescentes treinados em esteira por período de 16 semanas apresentaram

reversão da duração prolongada da contração isométrica de músculos papilares.

Posteriormente, Tate et al.14 corroboraram achados anteriores, demonstrando que

dez semanas de exercício em esteira resultaram em apreciável melhora da

contratilidade miocárdica em animais senescentes.

Realmente, ensaios experimentais têm providenciado resultados altamente

relevantes, ilustrando que animais idosos submetidos a processo de treinamento

físico apresentam melhora na contratilidade miocárdica. Contudo, ainda há certa

indefinição, sobretudo pelo fato de existirem estudos que não demonstraram

benefícios advindos com o EXF em ratos senescentes. É válido mencionar o

estudo de Taffet et al 28, em que o inotropismo de músculos papilares isolados não

foi significativamente melhorado em animais senescentes exercitados.

Neste trabalho também nos valemos do emprego de preparação de

músculos papilares trabalhando isoladamente para análise da função miocárdica.

Os valores de indicadores de capacidade inotrópica, tensão desenvolvida e taxa

de aumento máximo da tensão desenvolvida, possibilitaram estabelecer o

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46

potencial salutar do EXF para aumento da capacidade contrátil do miocárdio

senescente. Acresça-se informações provenientes da taxa de decaimento máximo

da tensão desenvolvida, em que valores mais elevados foram observados

somente nos animais exercitados, portanto, configurando um estado de

relaxamento miocárdico aprimorado.

Em adição, o protocolo experimental de preparação de músculos papilares

in vitro possibilitou caracterizar a sensibilidade dos miofilamentos ao mecanismo

de Frank-Starling, isto é, a intensificação da tensão desenvolvida promovida pelo

estiramento muscular. Consequentemente, quando se analisaram as retas de

estiramento-tensão ativa (Figura 5), foi evidenciado que os estiramentos

musculares acentuaram menos a tensão desenvolvida nos papilares dos animais

sedentários. Inversamente, as inclinações das retas provenientes da relação

estiramento muscular e tensão desenvolvida dos animais senescentes exercitados

foram sugestivas de melhora do mecanismo de Frank-Starling.

Apesar de nós não termos analisado os possíveis mecanismos

responsáveis pelo aprimoramento da contratilidade miocárdica, destacam-se as já

reconhecidas ações do EXF sobre a melhora da sensibilidade dos miofilamentos

ao cálcio29,30,31 e o aumento da expressão da cadeia leve da miosina no

miocárdio32. Particular a ratos senescentes, o aprimoramento do inotropismo

miocárdico têm sido associado a aumento da angiogênese17, maior

responsividade a estimulação beta-adrenérgica9, elevação do conteúdo tecidual

de proteínas envolvidas na cinética do cálcio18 e redução da apoptose dos

cardiomiócitos33.

Há a se considerar que o acúmulo de colágeno pode piorar a

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distensibilidade e prejudicar a transmissão de força entre os cardiomiócitos em

contração34,35,36, é possível deduzir que o menor teor de colágeno intersticial nos

animais exercitados possa contribuir ao menos para a manutenção do

inotropismo.

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5.CONCLUSÃO

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Neste sentido, o efeito cardioprotetor do Exercício Físico foi observado em

amplo aspecto e incluiu redução do colágeno intersticial, aumento da geração de

força pelos cardiomiócitos e aprimoramento do relaxamento miocárdico.

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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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