FUNDAMENTO: Poucos estudos analisaram os efeitos cardíacos do exercício físico prévio à oclusão coronariana. OBJETIVO: Avaliar, em ratas submetidas a exercício físico, as repercussões do infarto do miocárdio. MÉTODOS: Ratas foram submetidas à natação ou permaneceram sedentárias por oito semanas e foram randomizadas para oclusão coronariana ou cirurgia simulada, compondo quatro grupos: Sedentário (S), Exercício (E), Sedentário infarto (SIM) e Exercício infarto (EIM). Após seis semanas, foram analisados biometria, ecodopplercardiograma, hemodinâmica e mecânica miocárdica. RESULTADOS: Não foram observados cardioproteção nos animais EIM e diferença no tamanho do infarto (%VE) entre EIM (38,50 ± 4,60%) e SIM (36,58 ± 4,11%). Os teores de água pulmonar (%) de SIM (80 ± 0,59) e EIM (80 ± 0,57) foram maiores do que em S (78 ± 0,15) e E (78 ± 0,57). A pressão sistólica (mmHg) do ventrículo esquerdo (S: 130 ± 5; E: 118 ± 8; SIM: 91 ± 3; EIM: 98 ± 3) e a primeira derivada temporal (mmHg/s) positiva da pressão (S: 8.216 ± 385; E: 8.437 ± 572; SIM: 4.674 ± 455; EIM: 5.080 ± 412) de S e E foram maiores do que em SIM e EIM. As frações de encurtamento da área transversa (%) de SIM (27 ± 2) e EIM (25 ± 2) foram similares e menores do que E (65 ± 2) e S (69 ± 2). A relação E/A foi maior em SIM (5,14 ± 0,61) e EIM (4,73 ± 0,57) em relação a S (2,96 ± 0,24) e E (2,83 ± 0,21). Em estudos de músculos papilares isolados foi verificada depressão da capacidade contrátil semelhante em SIM e EIM, e não houve alteração da rigidez miocárdica. CONCLUSÃO: O treinamento prévio por natação não atenuou as repercussões cardíacas em virtude do infarto do miocárdio.
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As doenças cardiovasculares permanecem como uma das principais causas de morbidade e mortalidade no mundo1 embora várias terapias tenham contribuído para maiores taxas de prevenção e tratamento. O exercício físico se destaca como terapia não farmacológica para a prevenção de doença coronariana e para a reabilitação dos pacientes já acometidos2,3. Sabe-se que indivíduos que praticam atividade física regularmente apresentam menor incidência de ataques cardíacos quando comparados com pessoas sedentárias4.
Embora os mecanismos bioquímicos e moleculares relacionados à proteção cardíaca contra o infarto do miocárdio (IM) ainda não sejam totalmente entendidos, estudos experimentais já confirmaram que o treinamento físico proporciona proteção contra os danos do IM5. Alguns benefícios descritos com a realização do exercício físico incluem melhora da sobrevida em camundongos com IM6, melhora da capacidade física e da contratilidade7,8, preservação do fluxo coronariano9, melhora dos parâmetros antioxidantes e inflamatórios10-12, assim como normalização do transiente do cálcio e melhora da função cardíaca13,14.
Contudo, poucos estudos experimentais15-17 avaliaram os efeitos protetores do exercício físico realizado previamente ao IM utilizando a metodologia de oclusão coronariana permanente. Recentemente, foi mostrado em estudo realizado em nosso laboratório18 que o exercício realizado previamente ao IM não mostrou diminuição do tamanho do infarto nem atenuação do processo de remodelamento miocárdico em animais estudados sete dias após oclusão coronariana. Não é de nosso conhecimento estudos que avaliaram a influência do exercício no processo de remodelamento ventricular tardio. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar as repercussões estruturais e funcionais cardíacas tardias em ratas submetidas a exercício físico seguido de infarto agudo do miocárdio.
Foram utilizadas ratas da linhagem Wistar-EPM, pesando entre 190 e 210 g, com três meses de idade, aparentemente saudáveis, provenientes do Centro de Desenvolvimento de Modelos Experimentais (Cedeme) da Universidade Federal de São Paulo - Escola Paulista de Medicina (Unifesp - EPM). Após aprovação do comitê de ética (0341/08), os animais foram mantidos em caixas plásticas, em ambiente com controle de luz e temperatura, servindo-se de água e ração Nuvital (Nuvilab)
O protocolo de exercício físico consistiu de natação em piscina construída utilizando-se caixa d'água de fibra de vidro com diâmetro de 130 cm e altura de 80 cm. O aquecimento da água foi feito por meio de termostato associado a sistema de aquecimento a gás para manutenção da temperatura entre 32 e 34°C. No primeiro dia de treinamento, as ratas nadaram durante 10 minutos, sendo o tempo aumentado em 10 minutos/dia até atingir 60 minutos no sexto dia. O treinamento foi continuado por período total de oito semanas, cinco dias por semana, 60 minutos/dia. Foram colocadas para nadar simultaneamente no máximo oito ratas. Os animais foram secados antes de serem colocados de volta em suas caixas plásticas19.
A indução de IM seguiu protocolo bem estabelecido20-24. Brevemente, após anestesia intraperitonial (Ketamina 50 mg/kg e Xilazina 20 mg/kg), intubação orotraqueal e ventilação artificial (Harvard Rodent Ventilador, Modelo 863; Harvard Apparatus, Holliston, MA) foi realizada toracotomia no hemitórax esquerdo de cada animal. O coração foi exteriorizado e a ligadura da coronária descendente anterior esquerda foi realizada por meio de fio de polietileno 6-0. O coração foi rapidamente reposicionado, e o tórax fechado após hiperinsuflação pulmonar. Os animais submetidos à falsa cirurgia passaram pelos mesmos procedimentos cirúrgicos, mas sem a ligadura da coronária. As ratas retornaram às suas caixas de plástico e permaneceram em observação por seis semanas, período que perfaz completa cicatrização do IM em ratos25. A confirmação diagnóstica do IM foi realizada por ecodopplercardiografia, seis semanas após a cirurgia de indução de IM.
O conteúdo hídrico do pulmão foi obtido a partir de seus pesos úmidos e secos. Após a obtenção desse peso, o pulmão direito foi colocado em estufa e mantido durante 24 horas à temperatura de 80 ºC. Obtido o peso seco do pulmão, o teor de água pulmonar (% H2O) foi definido pela equação:
% H2O = (peso úmido - peso seco / peso úmido) x 100
O peso corpóreo (PC) de cada animal foi determinado ao final do protocolo experimental. As massas cardíacas foram normalizadas pelo PC: peso dos átrios (AT/PC), massa do ventrículo direito (VD/PC) e massa do ventrículo esquerdo (VE/PC).
O ecodopplercardiograma foi realizado nas ratas anestesiadas pelo mesmo esquema anestésico citado anteriormente, após seis semanas da cirurgia para indução de IM. Os procedimentos foram realizados por um observador que desconhecia os grupos a que os animais pertenciam. Foi utilizado aparelho Sonos 5500 (Philips Medical System, Andover, MA, USA) com transdutor de 12-Mhz com profundidade entre 2 e 3 cm de acordo com metodologia previamente descrita20. Após tricotomia torácica, os animais foram posicionados em decúbito lateral esquerdo. As imagens foram gravadas em fitas de vídeo VHS sendo o resultado final resultante da média obtida de três ciclos cardíacos diferentes. A avaliação do tamanho do IM foi obtida utilizando-se imagens bidimensionais nos planos transversais basal (na extremidade do folheto da valva mitral), médio (no nível do músculo papilar) e apical (distal ao músculo papilar) do ventrículo esquerdo, e o tamanho do IM foi identificado por meio da medição do perímetro endocárdico (PE) da cavidade ventricular na diástole e o comprimento do arco correspondente ao segmento infartado (SI). Em cada plano, foram obtidas três medidas, e a média aritmética das medidas nos três planos foi considerada o tamanho do infarto (TI), expresso em percentagem, pela equação: TI (%) = SI/PE x 100. Foi considerado infarto do miocárdio o segmento com alteração do espessamento e/ou anormalidade do movimento sistólico do miocárdio (acinesia ou discinesia). Foram considerados IM com segmento comprometido inferior a 40% e IM com tamanho igual ou superior a 40%. As áreas diastólicas (AD) e sistólicas (AS) do VE foram obtidas pelo modo bidimensional nos planos paraesternais transversais basal, médio e apical, sendo o valor final a média de três medidas em cada plano. A função sistólica foi avaliada pela fração de encurtamento da área transversa (FEAT = AD - AS/ AD), em %, sendo AD a área diastólica e AS a área sistólica, nos três planos transversais (basal, médio e apical); o valor final de cada animal foi a média de três medidas nos três planos. O Doppler pulsátil ao nível da face ventricular da valva mitral forneceu a curva da velocidade de fluxo para análises dos parâmetros de função diastólica como velocidade das ondas E e A e a relação E/A.
Após as avaliações ecocardiográficas, ainda sob anestesia, os animais foram colocados em ventilação mecânica (Harvard Rodent Ventilador, Modelo 863; Harvard Apparatus, Holliston, MA) com frequência ventilatória de 100 movimentos/minuto e volume corrente de 2,5 ml, enriquecida com oxigênio (0,6 a 0,8 L/min). A extremidade de cateter Millar (Microtip®, 2F, Millar Instruments, Inc. Houston, USA) foi posicionada no ventrículo esquerdo (VE) a partir de cateterismo da carótida comum direita. Os dados foram obtidos por software AcqKnowledge® 3.7.5 (Biopac System Inc, CA, USA) que possibilitou computar os valores instantâneos das pressões ventriculares (mmHg) sistólicas (PSVE) e diastólica final (PDF) do VE, frequência cardíaca (bpm), primeira derivada temporal (mmHg/s) positiva (+dP/dt) e negativa (-dP/dt) da pressão ventricular de cada animal.
A mecânica miocárdica foi avaliada como previamente descrito7. Brevemente, o músculo papilar foi dissecado cuidadosamente e inserido verticalmente em banho de órgãos aquecido a 29 °C e oxigenado. O músculo foi acoplado a transdutor de força isométrica (GRASS-FT 03, Astro-Med, Inc. RI, EUA) conectado a micrômetro para ajustes do comprimento muscular em repouso. A composição da solução de Krebs-Henseleit foi a seguinte (em mM): 135 NaCl; 4,69 KCl; 1,5 CaCl; MgSO4 1,16; KH2PO4 1,18; glicose 5,50 ; HEPES 20, tamponado a pH 7,4. As preparações foram estimuladas (12 vezes/min com onda quadrada de 5 ms de duração) por eletrodos de platina com tensões ajustadas a aproximadamente 10% a mais do que o mínimo necessário para produzir resposta mecânica máxima. Após 60 minutos de estabilização em condição de baixa carga, o músculo foi colocado para contrair isometricamente e estirado até o comprimento ótimo de sua curva comprimento-tensão ativa (Lmáx). Os testes foram realizados em Lmáx e a tensão isométrica foi avaliada pela força normalizada para a área de secção transversa do músculo (g/mm2). Os seguintes parâmetros foram obtidos: pico da tensão desenvolvida (TD), tensão de repouso (TR), taxa máxima de desenvolvimento (+dT/dt) e de declínio da tensão (-dT/dt). Além da avaliação em condições basais, os seguintes protocolos foram colocados em prática:
1) relações estiramento/tensão: caracterizada pela determinação da TD (curva de Frank-Starling) e da TR (rigidez miocárdica) em condições basais (100% Lmáx) e a 98%, 96%, 94% e 92% do comprimento ótimo;
2) contração pós-pausa (CPP): foi determinada usando pausa com duração de 30 s. A CPP relativa foi expressa como percentual de mudança da TD verificada sob estimulação sequencial basal.
Os dados foram expressos como média ± erro-padrão da média e comparados por Anova duas vias e por teste post hoc de Tukey. Os valores do tamanho dos infartos do VE dos grupos SIM e EIM foram comparados por test
Ao final do período de 14 semanas do protocolo, o peso corpóreo não diferiu entre os quatro grupos estudados (
Os tamanhos do IM dos grupos SIM (36,58 ± 4,11%) e EIM (38,50 ± 4,60%) não diferiram entre si.
O exercício físico não reduziu o número de animais com IM grandes e moderados. Tendo em conta nossa experiência anterior - que infartos menores que 40% não acarretam modificações funcionais apreciáveis quando as análises ocorrem seis semanas após oclusão coronariana - nas avaliações funcionais que se seguem foram considerados, apenas, os animais portadores de IM maiores do que 40% do VE. Essa providência reduziu a amostragem dos grupos SIM (n = 10) e EIM (n = 8).
Os animais infartados (SIM: 80 ± 0,59%; EIM: 80 ± 0,57%) exibiram teor de água pulmonar maior (p < 0,05) do que os animais com cirurgia simulada (S: 78 ± 0,15%; E: 78 ± 0,27%), indicando edema pulmonar em consequência do infarto, edema esse não prevenido pelo exercício físico.
Os valores das massas cardíacas estão representados na
Os dados relativos à frequência cardíaca (FC) dos animais dos grupos SIM (319 ± 12 bpm) e EIM (340 ± 6 bpm) não diferiram dos animais S (349 ± 11 bpm). Contudo, a FC dos animais do grupo E (388 ± 16 bpm) foi significantemente maior (p < 0,05) que a dos animais SIM e EIM.
Os valores da PSVE (
Os grupos SIM (4.674 ± 455 mmHg/s) e EIM (5.080 ± 412 mmHg/s) exibiram redução dos valores da +dP/dt (
As áreas diastólicas dos grupos infartados (SIM: 0,611 ± 0,041 cm2; EIM: 0,680 ± 0,028 cm2) foram significantemente maiores que as áreas dos grupos com cirurgia simulada (S: 0,342 ± 0,011 cm2; E: 0,416 ± 0,024 cm2). As áreas sistólicas dos grupos S (0,107 ± 0,007 cm2) e E (0,148 ± 0,012 cm2) foram estatisticamente menores do que as áreas dos grupos infartados (SIM: 0,447 ± 0,034 cm2; EIM: 0,508 ± 0,021 cm2), como pode ser observado nas
Não houve diferença entre as áreas de secção dos músculos papilares (S: 0,75 ± 0,09; E: 0,76 ± 0,12; SIM: 0,81 ± 0,11; EIM: 0,92 ± 0,16; mm2). Entretanto, como observado na
Como mostrado na
Os resultados do presente estudo indicam que o exercício físico por natação, previamente ao IM, não atenuou as alterações induzidas pelo IM em ratas, tais como tamanho do IM, congestão pulmonar, remodelamento cardíaco e disfunções sistólica e diastólica. Esses resultados diferem daqueles observados por outros estudos15-17. McElroy e cols.15 Dayan e cols.16 e Freimann e cols.17 descreveram que em ratos machos exercitados o tamanho do IM foi atenuado em relação aos sedentários. McElroy e cols
Outra possibilidade se relacionaria à duração do protocolo de exercício29. Existem evidências de que quanto maior a duração do treinamento, maiores os benefícios. Por exemplo, camundongos submetidos a duas semanas de exercício voluntário30 não por não exerceram influência alterações na área IM e no remodelamento. Os animais no estudo de Dayan e cols.16 nadaram por três semanas e não exibiram atenuação do tamanho do IM nem da hipertrofia, mas exibiram melhora da geometria do VE e da função sistólica. Já os animais do estudo de McElroy e cols.15 e Freimann e cols.17 que nadaram cinco semanas e sete semanas, respectivamente, exibiram importantes reduções no tamanho do IM. Dado que nosso protocolo de exercício teve duração semelhante a desses dois autores e não foi encontrada cardioproteção pelo exercício, não é possível considerar que esse fator tenha interferido em nossos resultados.
Recentemente, em nosso laboratório, Bocalini e cols.7 demonstraram que ratas saudáveis submetidas a oito semanas de natação exibiram completa perda do benefício da capacidade física, do remodelamento e da função mecânica miocárdica ao serem analisadas após duas semanas de destreino. A completa perda das alterações induzidas pelo exercício físico também foram notadas no nível celular31. Esses dados podem levantar a hipótese de que ao longo das seis semanas de recuperação após o IM, as ratas infartadas do presente estudo possam ter perdido as alterações benéficas que são promovidas pelo exercício de natação descritas por outros autores7,15-17,32. Contudo, esse raciocínio não se sustenta se considerarmos que em experimentos com período de quatro semanas de destreino16 foi verificado efeito benéfico do exercício prévio. Mais ainda, o condicionamento isquêmico, cuja cardioproteção é mais fugaz do que a obtida com exercício físico, tem seus efeitos benéficos bem identificados em análises procedidas semanas após o insulto isquêmico33.
Em nosso conhecimento, este parece ser o primeiro estudo a mostrar que o exercício realizado previamente ao IM não atenua o prejuízo da mecânica miocárdica em músculos papilares de ratos infartados. Nossos dados mostram que a resposta do músculo papilar de ratos infartados sedentários ou exercitados está deprimida. A CPP (
Além disso, nossos resultados mostram mudanças nas inclinações das relações estiramento/tensão desenvolvida entre os grupos infartados e E, sugerindo influência na sensibilidade dos miofilamentos ao Ca2+. Estudos mostraram o prejuízo do mecanismo de Frank-Starling em humanos35,36 e cachorros37 com corações infartados.
Concluímos que o exercício físico realizado por ratas, previamente ao IM, não reduziu o tamanho do infarto e não atenuou o comprometimento miocárdico tardio secundário ao infarto do miocárdio.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo foi financiado pela FAPESP, CNPq, CAPES e UNIFESP.
Este artigo é parte de tese de Doutorado de Eduardo Carvalho de Arruda Veiga pela UNIFESP.
4, Ignarro LJ, Balestrieri ML, Napoli C. Nutrition, physical activity, and cardiovascular disease: an update. Cardiovasc Res. 2007;73(2):326-40.
Correspondência: Eduardo Carvalho de Arruda Veiga • Avenida Bosque da Saúde, 854, apto 171 - Saúde - 04142-081 - São Paulo, SP, Brasil. E-mail:
Recebido em 24/03/12; revisado recebido em 26/07/12; aceito em 31/07/12.
BACKGROUND: Few studies have analyzed the cardiac effects of exercise prior to coronary occlusion. OBJECTIVE: To evaluate the effects of myocardial infarction in rats undergoing physical exercise. METHODS: Female rats underwent swimming exercise or were kept sedentary for eight weeks and were randomized to coronary occlusion or sham surgery, in one of the following four groups: Sedentary (S), exercise (E), Sedentary myocardial infarction (SMI) and Exercise myocardial infarction (EMI). After six weeks, their biometrics, Doppler echocardiography, hemodynamics and myocardial mechanics were analyzed. RESULTS: No cardioprotection was observed in EMI animals and there was no difference in infarct size (%LV) between EMI (38.50 ± 4.60%) and SMI (36.58 ± 4.11%). Water content of the lung (%) of SMI (80 ± 0.59) and EMI (80 ± 0.57) was higher than that of S (78 ± 0.15) and E (78 ± 0.57) groups. Left ventricular systolic pressure (mmHg) (S: 130 ± 5, E: 118 ± 8; SMI: 91 ± 3; EMI: 98 ± 3) and the first positive time derivative (mmHg) positive pressure (S: 8216 ± 385; E: 8437 ± 572; SMI: 4674 ± 455; EMI: 5080 ± 412) of S and E were higher than those of SMI and EMI. The transverse fractional shortening (%) of SMI (27 ± 2) and EMI (25 ± 2) were similar and lower than that of E (65 ± 2) and S (69 ± 2). The E/A ratio was higher in SMI (5.14 ± 0.61) and EMI (4.73 ± 0.57) compared to S (2.96 ± 0.24) and E (2.83 ± 0 21). In studies of isolated papillary muscle, depression of the contractile capacity observed was similar to that of SMI and EMI, and there was no change in myocardial stiffness. CONCLUSION: Previous training by swimming did not attenuate cardiac implications due to myocardial infarction.
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Cardiovascular diseases remain a major cause of morbidity and mortality worldwide1, although several therapies have contributed to higher rates of prevention and treatment. Exercise stands out as a nonpharmacological therapy for the prevention of coronary heart diseases and for rehabilitation of already affected patients2,3. It is known that individuals who perform regular physical activity have a lower incidence of heart attacks when compared with sedentary people4.
Although the biochemical and molecular mechanisms related to cardiac protection against myocardial infarction (MI) are still not fully understood, experimental studies have confirmed that exercise training provides protection against MI damage5. Some benefits described with exercise training include improved survival in mice with MI6, improvement in physical capacity and contractility7,8, coronary flow preservation9, improvement in inflammatory and antioxidant parameters10-12, as well as normalization of calcium transient and improved cardiac function13,14.
However, few experimental studies15-17 evaluated the protective effects of physical exercise prior to MI using the permanent coronary occlusion method. Recently, it was demonstrated in a study carried out in our laboratory18 that exercise performed prior to MI showed no reduction in infarction size or attenuation of the myocardial remodeling process in animals studied seven days after coronary occlusion. To the best of our knowledge, there are no studies that evaluated the influence of exercise on late ventricular remodeling. Therefore, the aim of this study was to evaluate the late cardiac structural and functional effects in rats undergoing physical exercise followed by acute myocardial infarction.
Apparently healthy three-month-old female Wistar-EPM rats weighing between 190 and 210 g were obtained from the Center for the Development of Experimental Models (Cedeme),
The physical exercise protocol consisted of swimming in a pool built using a fiber glass water box with a diameter of 130 cm and height of 80 cm. The water was heated by a thermostat associated with a gas heating system to maintain the temperature between 32° and 34°C. On the first day of training, the rats swam for 10 minutes, with time being increased by 10 minutes/day until reaching 60 minutes on the sixth day. The training was maintained for a total period of eight weeks, five days a week, 60 min/day. A maximum of eight rats were placed simultaneously in the water box to swim. The animals were dried before being placed back in their plastic boxes19.
Induction of MI followed a well-established protocol20-24. Briefly, after intraperitoneal anesthesia (ketamine 50 mg/kg and xylazine 20 mg/kg), intubation and mechanical ventilation (Harvard Rodent Ventilator, Model 863, Harvard Apparatus, Holliston, MA), thoracotomy was performed in the left hemithorax of each animal. The heart was exteriorized and ligation of the left anterior descending coronary artery was performed using 6-0 polyethylene thread.
The heart was rapidly repositioned, and the chest was closed after lung hyperinflation. The animals undergoing sham surgery went through the same surgical procedures, but without coronary ligation. The rats returned to their plastic boxes and were kept under observation for six weeks, a period that covers complete healing of MI in rats25. Diagnostic confirmation of MI was performed by echocardiography, six weeks after MI was induced by surgery.
% H2O = (wet weight - dry weight / wet weight) x 100
Body weight (BW) of each animal was determined at the end of the experimental protocol. The cardiac masses were normalized by BW: weight of the atria (AT/BW), right ventricular mass (RV/BW) and left ventricular mass (LV/BW).
Doppler echocardiography was performed in anesthetized rats using the same anesthetic regimen previously mentioned, six weeks after surgical induction of MI. The procedures were performed by an observer blinded to the groups to which the animals had been assigned. A Sonos 5500 equipment (Philips Medical Systems, Andover, MA, USA) with a 12-MHz transducer was used in a depth between 2 and 3 cm according to previously described methodology20. After having their thorax shaved, the animals were placed in the left lateral position. The images were recorded on VHS videotapes and the final result was obtained from the mean of three different cardiac cycles.
The size of the MI area was obtained using two-dimensional images of the left ventricular basal transverse (at the end of the mitral valve leaflet), middle (at the papillary muscle level) and apical (distal to papillary muscle) planes, by measuring the endocardial perimeter (EP) of the ventricular cavity during diastole and the length of the arch corresponding to the infarcted segment (ISe). Three measurements were obtained from each plane and the arithmetic mean of the measurements in the three planes was considered as the infarction size (IS), expressed as a percentage, by the equation: IS (%) = ISe / EP x 100. Myocardial infarction was considered when the segment showed thickness alteration and / or abnormal myocardial systolic movement (akinesia or dyskinesia).
We considered MI with impaired segment < 40% and MI
After the echocardiographic assessments, still under anesthesia, the animals were placed under mechanical ventilation (Harvard Rodent Ventilator, model 863, Harvard Apparatus, Holliston, MA) with ventilatory rate of 100 movements/minute and a tidal volume of 2.5 ml, enriched with oxygen (0.6 to 0.8 L / min).
The tip of a Millar catheter (Microtip®, 2F, Millar Instruments, Inc., Houston, USA) was placed in the left ventricle (LV) through the right common carotid catheterization. The data were obtained by AcqKnowledge ® 3.7.5 software (Biopac System Inc, CA, USA) that allowed computing the instantaneous values of ventricular pressure (mmHg), end-systolic (LVESP) and diastolic (LVEDP) pressures, heart rate (bpm), positive (mmHg/s) (+dP/dt) and negative (-dP/dt) first-time derivative of the ventricular pressure of each animal.
The myocardial mechanics was assessed as previously described7. Briefly, the papillary muscle was carefully dissected and vertically inserted in an organ bath heated to 29 °C and oxygenated. The muscle was attached to an isometric force transducer (Grass FT-03, Astro-Med, Inc., RI, USA) connected to a micrometer for adjustments in the resting muscle length. The composition of the Krebs-Henseleit solution was as follows (in mM): 135 NaCl; 4.69 KCl; 1.5 CaCl; MgSO4 1.16; KH2PO4 1.18; glucose 5.50 ; HEPES 20, buffered to a pH of 7.4. The preparations were stimulated (12 times / min with a square wave of 5 ms duration) with platinum electrodes with voltages adjusted to approximately 10% more than the minimum required to produce maximum mechanical response.
After 60 minutes of stabilization at low load, the muscle was set to contract isometrically and stretched to the optimum length of its active length-tension curve (Lmax). The tests were performed in Lmax and isometric tension was measured by force normalized to the cross-sectional area of the muscle (g/mm2). The following parameters were obtained: peak developed tension (DT), resting tension (RT), maximum rate of development (+dT/dt) and decline in tension (-dT/dt). In addition to the baseline evaluation, the following protocols were performed:
1) length/tension relations: characterized by determination of DT (Frank-Starling curve) and RT (myocardial stiffness) at baseline (100% Lmax) and 98%, 96%, 94% and 92% of optimum length;
2) post-pause contraction (PPC) was determined using pause lasting 30 s. The relative PPC was expressed as percentage of change in the DT observed under baseline sequential stimulation.
Data were expressed as mean ± standard error of the mean and compared by two-way ANOVA and Tukey's post hoc test. The values of the size of LV infarcts in the SMI and EMI groups were compared by Student's
At the end of the 14 weeks of the protocol, the body weight did not differ among the four groups (
The sizes of MI in the SMI (36.58 ± 4.11%) and EMI (38.50 ± 4.60%) groups did not differ.
Physical exercise did not reduce the number of animals with large and moderate MI. Considering our previous experience - that infarctions < 40% do not cause substantial functional alterations when the analyses are performed six weeks after coronary occlusion - in the following functional assessments, only the animals with MI > 40% of the LV were considered. This step reduced the sample size of the SMI (n = 10) and EMI (n = 8) groups.
The infarcted animals (SMI: 80 ± 0.59%; EMI: 80 ± 0.57%) had higher water content in the lung (p <0.05) than the animals with sham surgery (S: 78 ± 0.15 %, E: 78 ± 0.27%), showing pulmonary edema as a result of infarction, which was not prevented by exercise.
The cardiac mass values are shown in
Data on heart rate (HR) in animals from the SMI (319 ± 12 bpm) and EMI (340 ± 6 bpm) groups did not differ from S (349 ± 11 bpm) animals. However, the HR of animals in group E (388 ± 16 bpm) was significantly higher (p <0.05) than that of animals in the SMI and EMI groups.
LVSP values (
The SMI (4,674 ± 455 mmHg/s) and EMI (5,080 ± 412 mmHg/s) groups showed reduced values of + dP/dt (
Similar results were observed regarding -dP/dt (S: 6,151 ± 543 mmHg/s = E: 6,212 ± 540 mmHg/s > SMI: 3,463 ± 358 mmHg/s = EMI: 2,833 ± 343 mmHg/s) as shown in
The diastolic areas of the infarcted groups (SMI: 0.611 ± 0.041 cm2; EMI: 0.680 ± 0.028 cm2) were significantly higher than the areas in the sham groups (S: 0.342 ± 0.011 cm2, E: 0.416 ± 0.024 cm2). The systolic areas of the S (0.107 ± 0.007 cm2), and E (0.148 ± 0.012 cm2) groups were statistically lower than the areas of the infarcted groups (SMI: 0.447 ± 0.034 cm2; EMI: 0.508 ± 0.021 cm2), as shown in
The values relative to FAC (
There was no difference between the cross-sectional areas of the papillary muscles (S: 0.75 0.09, E: 0.76 ± 0.12, SMI: 0.81 ± 0.11, EMI: 0.92 ± 0, 16; mm2). However, as shown in
As shown in
The length/tension curves at rest were similar between the groups, demonstrating that infarction and exercise did not affect myocardial stiffness (
The results of the present study indicate that physical exercise by swimming, prior to MI, did not attenuate the MI-induced alterations in rats, such as MI size, pulmonary congestion, cardiac remodeling and systolic and diastolic dysfunction. These results differ from those observed in other studies15-17. McElroy et al15, Dayan et al16 and Freimann et al17 described that in exercised male rats the MI size was attenuated compared to sedentary rats. McElroy et al15 also described that this finding was accompanied by increased capillary density.
Studies26,27 have shown that is possible that gender difference was significant for the differences found in this study. Paroo et al27 reported that exercise after MI improved ventricular performance and reduced LV end-diastolic pressure in male rats, but not in females. Thorp et al28 described that male rats undergoing treadmill training showed increased myocardial tolerance to ischemia/reperfusion, whereas female rats showed no benefit.
Another possibility would be related to the duration of the exercise protocol29. There is evidence that the longer the training, the greater the benefits. For instance, mice undergoing two weeks of voluntary exercise30 exhibited no changes in the MI area and remodeling. The animals in Dayan et al study16 swam for three weeks and did not exhibit attenuation of MI size or hypertrophy, but showed improvement in LV geometry and systolic function. The animals in McElroy et al15 and Freimann et al17 studies that swam for five and seven weeks, respectively, showed significant reductions in the size of MI. As the duration of our exercise protocol was similar to those used by these two authors and we did not observe cardioprotection by exercise, we cannot consider that this factor has interfered with our results.
Recently, in our laboratory, Bocalini et al7 demonstrated that healthy rats undergoing eight weeks of swimming showed complete loss of the benefit of physical capacity, remodeling and myocardial mechanical function when analyzed after two weeks of detraining. The complete loss of the alterations induced by exercise training was also observed at the cellular level31. These data can raise the hypothesis that throughout the six weeks of recovery after MI, the infarcted rats in the present study may have lost the beneficial alterations promoted by swimming described by other authors7,15-17,32. However, this conclusion does not hold if we consider that in experiments with four-week periods of detraining16, a beneficial effect of prior exercise was observed. Moreover, ischemic conditioning, with which cardioprotection is more transitory than that obtained with exercise, has beneficial effects that have been well identified in analyses carried out weeks after the ischemic insult33.
To our knowledge, this seems to be the first study to show that exercise performed prior to MI does not attenuate the damage to myocardial mechanics in the papillary muscles of infarcted rats. Our data show that the response of the papillary muscle of infarcted sedentary or exercised rats is depressed. The PPC (
Furthermore, our results show changes in the slopes of the stretch/tension ratios developed between the infarcted and E groups, suggesting an influence on the sensitivity of Ca2+ myofilaments. Studies have showed impairment of the Frank-Starling mechanism in humans35, 36 and dogs37 with infarcted hearts.
We conclude that physical exercise performed by female rats, prior to MI, did not reduce infarct size or attenuate the late myocardial damage secondary to myocardial infarction.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
This study was funded by FAPESP, CNPq, CAPES and UNIFESP.
This article is part of the thesis of doctoral submitted by Eduardo Carvalho de Arruda Veiga, from UNIFESP.
4, Ignarro LJ, Balestrieri ML, Napoli C. Nutrition, physical activity, and cardiovascular disease: an update. Cardiovasc Res. 2007;73(2):326-40.