Effect of high power ultrasound on the heart : in vitro and in vivo experiments

Nos últimos anos, o uso do ultrassom em diagnóstico e terapia vem crescendo e novas técnicas vêm sendo aprimoradas e desenvolvidas para novos tipos de aplicações, como por exemplo, em tratamento alternativo de insuficiência cardíaca. O objetivo deste trabalho foi investigar efeitos biológicos (in vitro e in vivo) em decorrência de exposição do coração de ratos a ondas ultrassônicas (frequência central 1 MHz), a fim de identificar padrões de estimulação que possam ser deletérios ou que possam ser usados terapeuticamente para distúrbios do ritmo cardíaco. Nos experimentos in vitro 7 corações isolados perfundidos de ratas, foram estimulados por 30 s com bursts de intensidade variando entre 0,6 até 8,00 W. Foi observado efeito cronotrópico negativo (sem efeito inotrópico) mais consistente (15-20%) na frequência de estimulação de 3 Hz e intensidades entre 0,62 até 5,54 W, porém este efeito foi transitório e não dependeu do duty cycle utilizado. Observaram-se arritmias na presença do ultrassom, mas não houve variação significativa de temperatura. Nos experimentos in vivo foram utilizadas 20 ratas, os corações foram estimulados por 10 s com bursts de 2-3 MPa. Os experimentos in vivo foram divididos em 5 grupos cada um composto de 5 animais: 1) preliminar; 2) controle ultrassom; 3) ultrassom; 4) controle vagotomizado e 5) ultrassom vagotomizado. No grupo preliminar dos experimentos observou-se o efeito cronotrópico negativo do ultrassom (redução de ~7 % da frequência cardíaca basal logo após a aplicação do ultrassom), relatado previamente. Para os demais grupos, em que se tentou determinar uma possível variação na pressão arterial e a influência do sistema parassimpático sobre o efeito cronotrópico negativo, não foram observadas variações significativas das variáveis estudadas. Estudos adicionais são necessários para esclarecimento dos efeitos da aplicação do ultrassom de alta potência sobre o coração de ratos.In recent years, the use of ultrasound in diagnosis and therapy is increasing and new techniques have been improved and developed for new applications as, for instance, in alternative treatment of heart failure. The goal of this study was to investigate the biological effects (in vitro and in vivo) on rat heart of ultrasound waves (1 MHz center frequency) in order to identify stimulatory patterns that may be damaging or that may be used therapeutically for heart rhythm disturbances. In the in vitro experiments, 7 isolated perfused rat hearts, were stimulated with ultrasound bursts for 30 s and intensity ranging from 0.6 to 8 W. Negative chronotropic effect was observed (without inotropic effect) more consistently (15-20%) at the stimulatory frequency of 3 Hz with intensities of 0.62 to 5.54 W but this effect was transient and not dependent on the duty cycle used. We observed arrhythmia in the presence of ultrasound, but no significant variation in temperature. In the in vivo experiments 20 rat hearts were stimulated for 10 s with ultrasound bursts of 2-3 MPa. The experiments were divided into five groups each consisting of 5 animals: 1) preliminary, 2) ultrasound control, 3) ultrasound, 4) vagotomy, control and 5) vagotomy, ultrasound. The preliminary group of experiments, we observed the negative chronotropic effect of ultrasound (~ 7% decrease in heart rate immediately after application of ultrasound), previously reported. In the other groups, in which we have tried to determine the possible variation in blood pressure and the influence of the parasympathetic system on the negative chronotropic effect, there were no significant changes in the variables studied. Additional studies are needed to clarify the effects of high power ultrasound application on rat heart