Effects of physical training on the structure and contractile function of right ventricular cardiomyocytes in rats with monochrotalin-induced pulmonary arterial hypertension

O objetivo geral desta dissertação foi examinar os efeitos do treinamento físico sobre a estrutura e a função do miocárdio e sobre a função contrátil e o Ca 2+ intracelular transiente de cardiomiocitos do ventrículo direito em ratos com hipertensão arterial pulmonar (HAP) induzida por monocrotalina (MCT). O primeiro capítulo trata de uma revisão sistemática para examinar as adaptações funcionais e estruturais do coração ao treinamento físico em modelos animais de HAP e destacar os mecanismos celulares e moleculares responsáveis pelos benefícios do exercício para indivíduos com HAP. Nesta, foram utilizados artigos originais publicados até agosto de 2017, que abordaram o efeito do exercício físico sobre adaptações bioquímicas, mecânicas e moleculares do míocárdio em modelo de HAP. Estes artigos mostraram que o treinamento físico aeróbio e exercício intermitente interferem positivamente na hemodinâmica, função e estrutura do miocárdio que, por sua vez, reduz a deposição de colágeno e fibrose cardíaca, melhora o perfil de proteínas que regulam atividades celulares e a via de respostas inflamatórias que são prejuízos impostos pela HAP melhorando, assim, a tolerância ao exercício e a sobrevida dos animais com HAP. Concluiu-se que treinamento físico aeróbio de intensidade moderada e exercício intermitente contribui para melhora em parâmetros cardiovasculares e para a sobrevida dos animais com HAP. O segundo capítulo trata do experimento para examinar os efeitos do treinamento em corrida voluntária, realizado durante a fase de desenvolvimento da HAP, sobre a estrutura do VD, a contratilidade e o cálcio intracelular transiente (Ca 2+ intracelular transiente) de miócitos isolados do VD de ratos com HAP induzida por MCT. Neste, ratos Wistar foram divididos em cinco grupos: sedentário controle (SC, n=12); sedentário com falha cardíaca (SF, n=12); exercitado controle (EC, n=8); exercitado com os parâmetros avaliados na média de sobrevida (± 1 dia) dos animais SF para comparação temporal (EM, n=12) e exercitado com falha cardíaca (EF, n=12). Os animais dos grupos EC, EM e EF tiveram livre acesso à roda de corrida voluntária. O grupo EM teve os parâmetros avaliados na média de sobrevivência dos animais SF para comparação temporal. Os animais dos grupos EF, SF e EM receberam uma injeção intraperitoneal (60 mg/kg de peso corporal) de MCT, enquanto os controles (EC e SC) receberam a mesma dose de solução salina. A tolerância ao esforço físico foi calculada através do tempo total até a fadiga (TTF) e a razão tempo de aceleração e tempo de ejeção (TA/TE) foi calculada através de exame ecocardiográfico. Após manifestação dos sinais da falha cardíaca (SF, EF, EC e SC) parâmetros teciduais e celulares foram avaliados. No grupo EM isto ocorreu no 24o dia após injeção de MCT. Mostrou-se que o treinamento de corrida voluntária retardou o aparecimento dos sinais de falha cardíaca (SF = ~24 dias; EF= ~29 dias, p˂0,05), aumentou a tolerância ao exercício (21o dia pós-MCT: EC = 35,99 ± 3,61 min; EF = 35,90 ± 5,14 min; EM = 39,79 ± 5,14 min; SF = 19,34 ± 1,24 min; p˂0,05. 27o dia pós-MCT: EC = 36,51 ± 1,96 min; SF = 14,89 ± 1,84 min; 26,19 ± 5,11 min; p˂0,05.) e retardou os prejuízos no TA/TE (22o dia pós-MCT: SC = 0,52 ± 0,02; EC = 0,52 ± 0,01; SF = 0,38 ± 0,03; EF = 0,38 ± 0,03; p˂0,05. 24a dia pós-MCT: SC = 0,46 ± 0,01; EC = 0,52 ± 0,02; SF = 0,35± 0,02 EF = 0,36 ± 0,02; EM (23o dia) = 0,44 ± 0,02, p ˂0,05). Em nível tecidual, o exercício retardou os prejuízos nos percentuais de cardiomiocitos (SC = 89,43 ± 1,06 %; EM = 88,81 ± 1,06 %; EF = 82,30 ± 1,01 %; SF = 75,39 ± 1,16 %; p ˂0,05) e de matriz extracelular (SC = 10,57 ± 1,06 %; EM = 11,19 ± 0,58 %; EF = 17,70 ± 1,02 %; SF = 24,61 ± 1,16 %; p ˂0,05) reduzido pela HAP. Em nível celular, o exercício retardou os prejuízos impostos pela HAP nos parâmetros de contratilidade (aumentou a amplitude e reduziu os tempos para o pico de contração e para 50% de relaxamento) e de Ca 2+ intracelular transiente (aumentou a amplitude e reduziu os tempos para o pico e para 50% de decaimento) de cardiomiocitos do VD (EM vs. EF e SF, p ˂0,05). Concluiu-se que o exercício voluntário é capaz de promover benefícios à estrutura tecidual do VD e à função contrátil de cardiomiocitos isolados do VD em ratos com HAP induzida por MCT. Estas melhoras indicam contribuição positiva do exercício físico voluntário na tolerância ao esforço físico e para retardar o desenvolvimento da falha cardíaca nestes animais.The general objective of this dissertation was to examine the effects of physical training on myocardial structure and function and on the contractile function and transient intracellular calcium of cardiomyocytes isolated from the right ventricle (RV) of rats with pulmonary arterial hypertension (PAH) induced by monocrotaline (MCT). The first chapter addresses a systematic review to examine the functional and structural adaptations of the heart to physical training in animal models of PAH and to highlight the cellular and molecular mechanisms responsible for the benefits of exercise for individuals with PAH. In this review, were used original articles published until August 2017, which addressed the effect of physical exercise on biochemical, mechanical and molecular adaptations of the myocardium in the PAH model. These articles have shown that aerobic physical training and intermittent exercise positively interfere with myocardial hemodynamics, function and structure, which in turn reduces collagen deposition and cardiac fibrosis, improves the profile of proteins that regulate cellular activities and the pathway of inflammatory responses that are damages caused by PAH, thus improving tolerance to exercise and survival of animals with PAH. It was concluded that aerobic physical training of moderate intensity and intermittent exercise contributes to an improvement in cardiovascular parameters and to the survival of the animals. The second chapter deals with the experiment to examine the effects of training in voluntary running during the developmental phase of PAH on RV structure, contractility, and transient intracellular calcium (Ca 2+ ) of myocytes isolated from the RV of rats with MCT-induced PAH. In this trial, Wistar rats were divided into five groups: sedentary control (SC, n = 12); sedentary heart failure (SF, = 12); exercised control (EC, n = 12); exercised with the parameters evaluated in the mean survival (± 1 day) of SF animals for temporal comparison (AE, n = 12) and exercised with heart failure (EF, n = 12). Animals from the EC, AE and EF groups had free access to the voluntary running wheel. The AE group had the parameters evaluated in the mean survival of SF animals for temporal comparison. Animals of the EF, SF and AE groups received an intraperitoneal injection (60 mg/kg body weight) of MCT, while controls (EC and SC) received the same dose of saline solution. Physical effort tolerance was measured through the total exercise time until fatigue (TTF) and the ratio of acceleration time and ejection time (AT/ET) by echocardiographic examination. After manifestation of the signs of heart failure (SF, EF, EC and SC) tissue and cellular parameters were evaluated. In the AE group this occurred on the 24th day after injection of MCT. Voluntary physical exercise was shown to delay the onset of signs of cardiac failure (SF = ~ 24 days; EF = ~ 29 days, p ˂ 0.05), increased exercise tolerance (21 st day after MCT: EC = 35.99 ± 3.61 min; EF = 35.90 ± 5.14 min; AE = 39.79 ± 5.14 min; SF = 19.34 ± 1.24 min; p ˂ 0.05. 27 th day after MCT: EC = 36.51 ± 1.96 min; SF = 14.89 ± 1.84 min; SC 26.19 ± 5.11 min; p ˂ 0.05), and delayed the reduction in AT/TE (22 nd day after MCT: SC = 0.52 ± 0.02; EC = 0.52 ± 0.01; SF = 0.38 ± 0.03; EF = 0.38 ± 0.03; p ˂ 0.05. 24 th day after MCT: SC = 0.46 ± 0.01; EC = 0.52 ± 0.02; SF = 0.35 ± 0.02 EF = 0.36 ± 0.02; AE (23 nd day) = 0.44 ± 0.02 p ˂ 0.05). At the tissue level, exercise delayed the losses in the percentages of cardiomyocytes (SC = 89.43 ± 1.06 %, AE = 88.81 ± 1.06 %, EF = 82.30 ± 1.01 %, SF = 75.39 ± 1.16 %, p ˂ 0.05) and extracellular matrix (SC = 10.57 ± 1.06 %; AE = 11.19 ± 0.58 %; EF = 17.70 ± 1.02 %; SF = 24.61 ± 1.16 %; p ˂0.05) reduced by PAH At the cellular level, exercise delayed HAP impairment in contractility parameters (increased the amplitude and reduced the time for peak and for 50% relaxation) and transient intracellular Ca 2+ (raised the amplitude and decreased the time for peak and for 50% of decay) in cardiomyocytes of the RV (AE vs. EF e SF, p ˂ 0.05). It was concluded that voluntary exercise is capable of promoting benefits to the RV tissue structure and the contractile function of cardiomyocytes isolated from RV in rats with MCT-induced PAH. These improvements indicate a positive contribution of voluntary physical exercise to tolerance of physical effort and to delay the development of heart failure in these animals