Arq Bras Cardiol Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia BR5SQYpCxvvRKM7B7pMJzYk S0066-782X2014002000011 00011 10.5935/abc.20140117 Brief Communication Hemodynamic Effect of Laser Therapy in Spontaneously Hypertensive Rats Tomimura Suely 1 Silva Bianca Passos Assumpção 2 Sanches Iris Callado 3 Canal Marina 2 Consolim-Colombo Fernanda 2 4 Conti Felipe Fernandes 3 Angelis Katia De 3 Chavantes Maria Cristina 1 2 4 Universidade Nove de Julho Programa de Pós-Graduação em Biofotônica em Ciências da Saúde Programa de Pós-Graduação em Biofotônica em Ciências da Saúde da Universidade Nove de Julho (UNINOVE) UNINOVE Programa de Graduação e Pós-Graduação Programa de Graduação e Pós-Graduação em Medicina da UNINOVE UNINOVE Laboratório de Fisiologia Translacional Laboratório de Fisiologia Translacional da UNINOVE Universidade de São Paulo Faculdade de Medicina Hospital das Clinicas Instituto do Coração São Paulo SP Brazil Unidade de Hipertensão e Central Médica de Laser do Instituto do Coração - Hospital das Clinicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (InCor/HC-FMUSP), São Paulo, SP − Brazil Mailing Address: Suely Tomimura, Av. Santa Inês, 1.129, Alto do Mandaqui. Postal Code 02415-001, São Paulo, SP − Brazil. E-mail: suelytomimura@uol.com.br

Potential Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

 08 2014 103 2 161 164 02 03 2014 28 04 2014 19 05 2014 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Systemic arterial hypertension (SAH) is considered to be the greatest risk factor for the development of neuro-cardiovascular pathologies, thus constituting a severe Public Health issue in the world.

The Low-Level Laser Therapy (LLLT), or laser therapy, activates components of the cellular structure, therefore converting luminous energy into photochemical energy and leading to biophysical and biochemical reactions in the mitochondrial respiratory chain. The LLLT promotes cellular and tissue photobiomodulation by means of changes in metabolism, leading to molecular, cellular and systemic changes.

The objective of this study was to analyze the action of low-level laser in the hemodynamic modulation of spontaneously hypertensive rats, in the long term. Animals (n = 16) were randomly divided into the Laser Group (n = 8), which received three weekly LLLT irradiations for seven weeks, and into the Sham Group (n = 8), which received three weekly simulations of laser for seven weeks, accounting for 21 applications in each group. After seven weeks, animals were cannulated by the implantation of a catheter in the left carotid artery. On the following day, the systemic arterial pressure was recorded. The Laser Group showed reduced levels of mean blood pressure, with statistically significant reduction (169 ± 4 mmHg* vs. 182 ± 4 mmHg from the Sham Group) and reduced levels of diastolic pressure (143 ± 4 mmHg* vs. 157 ± 3 mmHg from the Sham Group), revealing a 13 and 14 mmHg decrease, respectively. Besides, there was a concomitant important decline in heart rate (312 ± 14 bpm vs. 361 ± 13 bpm from the Sham Group). Therefore, laser therapy was able to produce hemodynamic changes, thus reducing pressure levels in spontaneously hypertensive rats.

 Low-Level Laser Therapy (LLLT) Experimental Laser Therapy Hypertension Hemodynamic Changes Introduction

Hypertension is the causa mortis of 9.5 million people around the world1, constituting a major Public Health issue.

The LLLT, or laser therapy, is able to induce a photobiological response inside the cells, activating the production of Adenosine Triphosphate (ATP), Nitric Oxide (NO) and Reactive Oxygen Species (ROS); it also changes sodium-potassium pumps and calcium channels also facilitate membrane permeability2.

According to Chavantes and Tomimura3, laser therapy reduces the inflammatory and edematous process, and it also changes the micro and macrovascular response, assisting in tissue repair and enabling analgesia. LLLT has proven to be an efficient, non-invasive, low-cost and safe tool.

A pioneer experimental work4 analyzed the acute short term actions of LLLT (only three applications) on Systemic Blood Pressure (SBP) in obese and old Wistar rats. The results indicated that LLLT was able to significantly decrease pressure levels, thus revealing cardiovascular protection, which guided the study proposed in this paper.

Therefore, the objective of this study was to evaluate the long term effects of LLLT on the hemodynamic response of Spontaneously Hypertensive Rats (SHR), by assessing Systolic Blood Pressure (SBP), Diastolic Blood Pressure (DBP), Mean Blood Pressure (MBP) and Heart Rate (HR).

 Method

A prospective, controlled experimental study with 16 male SHR, which were randomly divided into two groups (n = 8): Sham Group and Laser Group. Three weekly LLLT applications were conducted on alternate days, for 7 weeks, accounting for 21 applications in the Laser group. In the Sham Group, the same protocol was implemented, however, the equipment was turned off.

The sample size and the method were based on studies found in literature, assessing hemodynamic changes and physical condition in SHR animals5 , 6.

The laser diode (MMOptics) was transcutaneously applied on the rats' tails, as demonstrated in figures 1 and 2, with the following parameters: wavelength (λ) = 780 nm, flow = 30 J/cm2, power = 40 mW, spot size = 0.04cm2 and irradiance = 1W/cm2, accounting for 90 seconds.

Laser diode 780 nm (MMOptics, São Carlos, SP, Brazil). Place of irradiation: dorsal tail.

After seven weeks, all animals were anesthetized and cannulated by a catheter implantation in the left carotid artery. After the implantation, they were passed subcutaneously and exteriorized in the cervical dorsal region. After the animal had woken up, after 24 hours, the arterial cannula was attached to an electromagnetic transducer (Blood Pressure XDCR, Kent© Scientific, Litchfield, CT, USA) and to the pre-amplifier (Stemtech BPMT-2, Quintron Instrument© Inc, Milwaukee, USA). Signs of Blood Pressure (BP) were digitally recorded for 30 minutes, by means of a data acquisition system (CODAS, 1Kz, Dataq Instruments, Akron, OH, USA). This enabled the analysis of pressure pulse, beat by beat, with sampling frequency of 2,000 Hz per channel, for the study of SBP, DBP, MBP and HR. HR values were derived from the pulse signal of BP7.

 Statistical analyses

Values are presented as means ± standard deviations of means. HR, MBP, SBP and DBP were compared between the Sham and the Laser Groups. After the evaluation of distributions by the Kolgomorov normality test, the Student's t-test was used to verify the differences between normal distributions. The adopted statistical software was the GraphPad InStat. Significance level was established as p < 0.05.

 Results

The Laser Group showed reduction in relation to the Sham Group in the following values: MBP (169 ± 4 mmHg* vs. 182 ± 4 mmHg from the Sham Group) and DBP (143 ± 4 mmHg* vs. 157 ± 3 mmHg from the Sham Group), presenting statistically significant differences. The SBP value (196 ± 5 mmHg vs. 207 ± 4 mmHg from the Sham Group) revealed no differences, as demonstrated in Table 1.

Hemodynamic parameters assessed at rest in the Laser and Sham groups
Parameters Group
Laser Sham
DBP (mmHg) 143 ± 4* 157 ± 3
SBP (mmHg) 196 ± 5 207 ± 4
MBP (mmHg) 169 ± 4* 182 ± 4
HR (bpm) 312 ± 14* 361 ± 14

Data expressed by mean ± standard error.

p < 0.05.

DBP: diastolic blood pressure; SBP: systolic blood pressure; MBP: mean blood pressure; HR: heart rate.

With regard to HR at rest, there was significant decline in heart beats in the Laser Group (Figure 3) when compared to the Sham Group (312 ± 14* bpm vs. 361 ± 13 bpm in the Sham Group).

Diastolic Blood Pressure (DBP), Systolic Blood Pressure (SBP), mean blood pressure (MBP) and heart rate (HR) of Laser and Sham Groups. * p < 0.05. Discussion

Nowadays, SAH is one of the most prevalent causa mortis. Therapeutic strategies that aim at the reduction of SBP are considered to be important.

Nowadays, LLLT is a relevant instrument in the therapeutic arsenal of numberless health fields, being able to modulate the genic expression of chemokines, to change cytokines and NO synthetic inducers. These changes may have important therapeutic relevance in vascular inflammatory processes8.

The endothelial system plays an essential role to control muscular tonus, responding to dynamic changes in blood flow (shear stress). Regular physical activities are able to stimulate vasodilating factors, thus stimulating the liberation of factors such as NO and the hyperpolarizing factor derived from the endothelium, thus reducing BP levels9.

In an in vitro experiment, Ricci10 demonstrated that endothelial cells submitted to nutritional stress effectively respond to LLLT irradiation, reorganizing actin filaments in the cytoskeleton, associated with endothelial/cellular proliferation.

A study involving the physical conditioning of SHR demonstrated pressure reduction post-physical training, which led to an important HR decline and, consequently, to decreasing cardiac output11.

Our experiment observed that HR decreased relevantly in the Laser Group in relation to the Sham group (312 ± 14 bpm vs. 361 ± 13 bpm), which shows this is one of the possible mechanisms that are able to decrease cardiac output, and, consequently, SAH.

Sanches et al5, in another experiment with oophorectomized hypertensive female rats (during menopause), used physical training for 8 weeks and demonstrated that physical exercise decreased levels of DBP, SBP, MBP and HR when compared to sedentary hypertensive female rats.

Our study showed expressive decline after LLLT irradiation in the long term, with regard to baseline SHR pressure levels. Both the levels of DBP and MBP were reduced post laser therapy (7 weeks), with statistically significant differences between groups. There are other ongoing experiments in order to understand the mechanisms involved in SAH versus LLLT.

 Conclusion

Laser therapy applied on spontaneously hypertensive rats in the long term resulted in reduced pressure levels, therefore modulating, expressively, the hemodynamic response among hypertensive rats.

Author contributions

Conception and design of the research: Tomimura S, Sanches IC, Chavantes MC; Acquisition of data: Tomimura S, Silva BPA, Canal M, Conti FF; Analysis and interpretation of the data: Tomimura S, Sanches IC, Conti FF, De Angelis K, Chavantes MC; Statistical analysis: Tomimura S, Sanches IC; Writing of the manuscript: Tomimura S; Critical revision of the manuscript for intellectual content: Sanches IC, Consolim-Colombo F, De Angelis K, Chavantes MC.

Sources of Funding

There were no external funding sources for this study.

Study Association

This article is part of the thesis of master submitted by Suely Tomimura, from Universidade Nove de Julho.

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Santa Inês, 1.129, Alto do Mandaqui. CEP 02415-001, São Paulo, SP − Brasil. E-mail: suelytomimura@uol.com.br

Potencial conflito de interesse

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

A hipertensão arterial sistêmica é considerada o maior fator de risco para o desenvolvimento de patologias neuro-cardiovasculares, constituindo um grave problema de Saúde Pública no mundo.

O laser de baixa intensidade, ou laserterapia, ativa componentes da estrutura celular, convertendo energia luminosa em energia fotoquímica, e levando a reações biofísicas e bioquímicas na cadeia respiratória mitocondrial. O laser de baixa intensidade promove a fotobiomodulação celular/tissular, por meio de modificações no metabolismo, incorrendo em alterações moleculares, celulares e sistêmicas.

O objetivo deste estudo foi analisar a ação do laser de baixa intensidade na modulação hemodinâmica em ratos espontaneamente hipertensos, em longo prazo.

Os animais (n = 16) foram divididos aleatoriamente em Grupo Laser (n = 8), que recebeu três irradiações semanais do laser de baixa intensidade durante 7 semanas, e em Grupo Sham (n = 8), que recebeu três simulações semanais de laser durante 7 semanas, totalizando 21 aplicações em cada grupos. Após 7 semanas, os animais foram canulados com implantação do cateter na artéria carótida esquerda. No dia subsequente, foram realizados registros da pressão arterial sistêmica. O Grupo Laser evidenciou, com diferenças estatisticamente significantes, redução nos níveis da pressão arterial média (169 ± 4 mmHg* vs. 182 ± 4 mmHg do Grupo Sham) e da pressão arterial diastólica (143 ± 4 mmHg* vs. 157 ± 3 mmHg do Grupo Sham), revelando diminuição de 13 e 14 mmHg, respectivamente. Ademais, ocorreu concomitante um importante decréscimo da frequência cardíaca (312 ± 14 bpm vs. 361 ± 13 bpm do Grupo Sham). Dessa forma, a laserterapia foi capaz de produzir alterações hemodinâmicas, reduzindo os níveis pressóricos em ratos espontaneamente hipertensos.

 Laser de Baixa Intensidade Laser Terapia Hipertensão Arterial Sistêmica Alterações Hemodinâmicas Introdução

A Hipertensão Arterial Sistêmica (HAS) é a causa mortis de 9,5 milhões de indivíduos ao redor do mundo1 constituindo um sério problema de Saúde Pública.

O Laser de Baixa Intensidade (LBI), ou laserterapia, é capaz de induzir a uma resposta fotobiológica no interior das células, ativando a produção de Adenosina Trifosfato (ATP), Óxido Nítrico (NO) e Espécies Reativas de Oxigênio (ROS), alterando também bombas de sódio-potássio e canais de cálcio nas membranas celulares2.

Segundo Chavantes e Tomimura3, a laserterapia reduz o processo inflamatório, edematoso e modifica a resposta micro e macrovascular, auxiliando a reparação tecidual e possibilitando anagelsia. O LBI mostra-se uma eficiente ferramenta, não invasiva, de baixo custo e segura.

Em trabalho pioneiro experimental4, foram analisadas as ações agudas em curto prazo do LBI (somente três aplicações) na pressão arterial sistêmica em ratos Wistar obesos e idosos. Os resultados indicaram que o LBI foi capaz de diminuir significativamente os níveis pressóricos, revelando uma proteção cardiovascular, a qual guiou o estudo proposto neste trabalho.

O objetivo deste estudo foi, pois, estudar os efeitos do uso do LBI em longo prazo na resposta hemodinâmica de Ratos Espontaneamente Hipertensos (SHR, sigla do inglês Spontaneously Hypertensive Rats), avaliando Pressão Arterial Sistólica (PAS), Pressão Arterial Diastólica (PAD), Pressão Arterial Média (PAM) e Frequência Cardíaca (FC).

 Método

Estudo experimental prospectivo, controlado, com 16 ratos machos SHR, divididos aleatoriamente em dois grupos (n = 8): Grupo Sham e Grupo Laser. Foram realizadas três aplicações de LBI semanais em dias alternados, durante 7 semanas, totalizando 21 aplicações no Grupo Laser. No Grupo Sham, o mesmo protocolo foi implementado, porém com equipamento desligado.

O tamanho da amostra e o método foram baseados em estudos encontrados na literatura, avaliando alterações hemodinâmicas e condicionamento físico em animais SHR5 , 6.

O diodo laser (MMOptics) foi empregado transcutaneamente na cauda dos ratos, conforme mostrado nas figuras 1 e 2, com os seguintes parâmetros: comprimento de onda (λ) = 780 nm, fluência = 30 J/cm2, potência = 40 mW, área do feixe = 0,04cm2 e irradiância = 1W/cm2, totalizando um tempo 90 segundos.

Laser Diodo 780 nm (MMOptics, São Carlos, SP, Brasil). Local da irradiação: dorso caudal.

Ao final de 7 semanas, todos os animais foram anestesiados e canulados. Foram implantados cateteres na artéria carótida esquerda e as cânulas, após a implantação, foram passadas subcutaneamente, exteriorizadas no dorso da região cervical. Com o animal acordado, após 24 horas, a cânula arterial foi acoplada a um transdutor eletromagnético (Blood Pressure XDCR, Kent© Scientific, Litchfield, CT, EUA) e ao pré-amplificador (Stemtech BPMT-2, Quintron Instrument© Inc, Milwaukee, EUA). Sinais de Pressão Arterial (PA) foram digitalmente gravados durante 30 minutos, por meio de um sistema de aquisição de dados (CODAS, 1Kz, Dataq Instruments, Akron, OH, EUA). Isso permitiu a análise dos pulsos de pressão, batimento a batimento, com frequência de amostragem de 2.000 Hz por canal, para estudo dos valores de PAS, PAD, PAM e FC. Os valores de FC foram derivados do sinal pulsátil da PA7.

 Análises estatísticas

Os valores são apresentados como médias ± desvios padrão das médias. Foram comparadas FC, PAM, PAS e PAD entre os Grupos Sham e Laser. Após a avaliação das distribuições pelo teste de normalidade de Kolmogorov, o teste t de Student foi utilizado para verificar as diferenças entre as distribuições normais. O software estatístico utilizado foi o GraphPad InStat. O nível de significância foi estabelecido em p < 0,05.

 Resultados

O Grupo Laser mostrou redução em relação ao Grupo Sham nos seguintes valores: PAM (169 ± 4 mmHg* vs. 182 ± 4 mmHg do Grupo Sham) e PAD (143 ± 4 mmHg* vs. 157 ± 3 mmHg do Grupo Sham), apresentando diferenças estatisticamente significantes. O valor de PAS (196 ± 5 mmHg vs. 207 ± 4 mmHg do Grupo Sham) não revelou diferença, conforme mostrado na Tabela 1.

Parâmetros hemodinâmicos avaliados em repouso dos Grupos Laser e Sham
Parâmetros Grupo
Laser Sham
PAD (mmHg) 143 ± 4* 157 ± 3
PAS (mmHg) 196 ± 5 207 ± 4
PAM (mmHg) 169 ± 4* 182 ± 4
FC (bpm) 312 ± 14* 361 ± 14

Dados expressos por média ± erro padrão.

p<0,05.

PAD: pressão arterial diastólica; PAS: pressão arterial sistólica; PAM: pressão arterial média; FC: frequência cardíaca.

Em relação à FC em repouso, houve decréscimo significante dos batimentos cardíacos no Grupo Laser (Figura 3), quando comparado ao Sham (312 ± 14* bpm vs. 361 ± 13 bpm do Grupo Sham).

Pressão arterial diastólica (PAD), pressão arterial sistólica (PAS), pressão arterial média (PAM) e frequência cardíaca (FC) dos Grupos Laser e Sham. * p ≤ 0,05. Discussão

HAS é uma das principais causa mortis na atualidade. Estratégias terapêuticas que visem à redução da pressão arterial sistêmica são consideradas de grande valia.

Atualmente, o LBI é um instrumento relevante no arsenal terapêutico em inúmeras áreas da saúde, sendo capaz de modular a expressão gênica de quimiocinas, alterando citocinas e indutores de síntese de NO. Essas modificações podem ter uma relevância terapêutica profunda em processos inflamatórios vasculares8.

O sistema endotelial tem um papel essencial no controle do tônus vascular, respondendo a alterações dinâmicas do fluxo sanguíneo (shear stress). O exercício físico regular é capaz de estimular fatores vasodilatadores, estimulando a liberação de fatores como o NO e o fator hiperpolarizante derivado do endotélio, reduzindo, assim, os níveis de PA9.

Ricci10 demonstrou, em experimento in vitro, que células endoteliais submetidas a estresse nutricional respondem efetivamente à irradiação com LBI, reorganizando filamentos de actina do citoesqueleto, associado à proliferação endotelial/celular.

Estudo com condicionamento físico de SHR demonstrou redução pressórica pós-treinamento físico, que levou a uma queda importante na FC e, consequentemente, à diminuição do débito cardíaco11.

Nosso experimento denotou que a FC apresentou um decréscimo relevante no Grupo Laser em comparação ao Sham (312 ± 14 bpm vs. 361 ± 13 bpm), evidenciando este ser um dos possíveis mecanismos capazes de diminuir o débito cardíaco e consequentemente a HAS.

Sanches e cols.5, em outro experimento com ratas hipertensas ooforectomizadas (menopausadas), empregando treinamento físico durante 8 semanas, demonstrou que o exercício físico diminuiu os níveis de PAD, PAS, PAM e FC, quando comparadas a ratas sedentárias hipertensas.

Nosso trabalho evidenciou um decréscimo expressivo pós-irradiação com LBI em longo prazo, em relação aos níveis pressóricos basais do SHR. Tanto os níveis de PAD e PAM foram reduzidos após o uso de laserterapia (7 semanas), com diferenças estatisticamente significantes entre os grupos. Outros experimentos encontram-se em andamento, na busca do entendimento dos mecanismos envolvidos na HAS versus LBI.

 Conclusão

A laserterapia aplicada em ratos espontaneamente hipertensos em longo prazo resultou na redução dos níveis pressóricos, modulando, de forma expressiva, a resposta hemodinâmica em ratos hipertensos.

Contribuição dos autores

Concepção e desenho da pesquisa: Tomimura S, Sanches IC, Chavantes MC; Obtenção de dados: Tomimura S, Silva BPA, Canal M, Conti FF; Análise e interpretação dos dados: Tomimura S, Sanches IC, Conti FF, De Angelis K, Chavantes MC; Análise estatística: Tomimura S, Sanches IC; Redação do manuscrito: Tomimura S; Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Sanches IC, Consolim-Colombo F, De Angelis K, Chavantes MC.

Fontes de financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas

Vinculação acadêmica

Este artigo é parte de Dissertação de Mestrado de Suely Tomimura pela Universidade Nove de Julho.