Effect of chronic propranolol administration on the mechanical behaviour of the aorta: (experimental study)

Objective: The sympathetic nervous system plays a significant role for normal aortic function, by its direct effect on smooth muscle cells and neurohumoral activation. The present study assessed the chronic influence of β-adrenergic blockers on the mechanical and structural characteristics of the thoracic aortic wall. Methods: 66 healthy male Wistar rats of the same age, with a 250-300 g body weight, were studied, which were divided in 4 groups. Group A (control) was randomized into 3 subgroups Α₁ (n=6), A₂ (n=6) and A₃ (n=6), with animals receiving only water with their food. In groups B (n=16), C (n=16) and D (n=16), propranolol at a dose of 100 mg/kg per day was administered in their drinking water. Animals of groups Α₁ and Β, A₂ and C, and A₃ and D were sacrificed after 1, 2 and 3 months, respectively. Sufficiency of β-blockade was assessed by examination of the effect of isoproterenol (iv, 0.5 μg) on heart rate. The thoracic aorta was excised and submitted to study of its mechanical properties by a uniaxial tension device and to histological examination by an image-processing system. Results: β-blockade was sufficient in animals receiving β-blocker. Mechanical analysis showed that at physiologic and high pressures the aortic wall became stiffer in the experimental groups compared to the control group. Remodeling of the thoracic aortic wall was characterized in the experimental groups by a decrease in inner and outer diameter, in area of the vessel wall and in media thickness. This was associated with a decrease in the area density of smooth muscle cells, and with an increase in the collagen area density. Conclusions: Chronic pharmacological blockade of β-adrenergic receptors induces alterations in the mechanical properties and histological structure of the thoracic aorta, with the vessel becoming progressively stiffer as a result of the increased collagen content. Stiffening of the aorta, following prolonged treatment by β-blockers, merits further clinical investigation.Σκοπός: Το συμπαθητικό νευρικό σύστημα παίζει σημαντικό ρόλο για την εύρυθμη λειτουργία της αορτής, μέσω της άμεσης επίδρασής του στα λεία μυϊκά κύτταρα και της νευροορμονικής ενεργοποίησης. Η παρούσα μελέτη διερεύνησε τη μακροχρόνια επίδραση των β-αδρενεργικών αναστολέων στα μηχανικά και δομικά χαρακτηριστικά του τοιχώματος της θωρακικής αορτής. Υλικό και Μέθοδος: Μελετήθηκαν 66 υγιείς αρσενικοί επίμυες Wistar της ίδιας ηλικίας, σωματικού βάρους 250-300 g, που χωρίστηκαν σε 4 ομάδες. Η ομάδα Α (ελέγχου) διαιρέθηκε σε 3 υποομάδες Α₁ (n=6), A₂ (n=6) και A₃ (n=6), με τα ζώα να λαμβάνουν με τη διατροφή τους μόνο νερό. Στις ομάδες Β (n=16), Γ (n=16) και Δ (n=16) χορηγήθηκε προπρανολόλη σε δόση 100 mg/kg την ημέρα στο πόσιμο νερό τους. Τα ζώα των ομάδων Α₁ και Β, A₂ και Γ, και A₃ και Δ ευθανατώθηκαν μετά από 1, 2 και 3 μήνες αντίστοιχα. Ο επαρκής αποκλεισμός των β-υποδοχέων ελέγχθηκε με την επίδραση ισοπροτερενόλης (iv 0,5 μg) στην καρδιακή συχνότητα. Η θωρακική αορτή αφαιρέθηκε και υποβλήθηκε σε μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων της με συσκευή εφελκυσμού και σε ιστολογική εξέταση με σύστημα ανάλυσης εικόνας. Αποτελέσματα: Η δέσμευση των β-υποδοχέων υπήρξε επαρκής στα ζώα που έλαβαν β-αναστολέα. Η μηχανική ανάλυση έδειξε ότι σε επίπεδα φυσιολογικών και υψηλών πιέσεων το τοίχωμα της αορτής κατέστη σημαντικά πιο δύσκαμπτο στις πειραματικές ομάδες σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου. Η αναδιαμόρφωση του τοιχώματος της θωρακικής αορτής χαρακτηρίστηκε στις πειραματικές ομάδες από μείωση της εσωτερικής και της εξωτερικής διαμέτρου, της επιφάνειας διατομής του αγγείου και του πάχους του μέσου χιτώνα. Αυτή σχετιζόταν με μείωση της περιεκτικότητας του τοιχώματος σε λεία μυϊκά κύτταρα και αύξηση της περιεκτικότητας σε κολλαγόνο. Συμπεράσματα: Ο μακροχρόνιος φαρμακολογικός αποκλεισμός των β-αδρενεργικών υποδοχέων επιφέρει μεταβολές στις μηχανικές ιδιότητες και την ιστολογική δομή της θωρακικής αορτής, με το τοίχωμα να γίνεται προοδευτικά πιο δύσκαμπτο ως αποτέλεσμα της αυξημένης περιεκτικότητας σε κολλαγόνο. Η σκλήρυνση του τοιχώματος της θωρακικής αορτής μετά από χρόνια χορήγηση β-αναστολέων χρήζει τη διενέργεια περαιτέρω κλινικών ερευνών