Arq Bras Cardiol abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC S5BhMFp79MTpXFrdS3nWqYd S0066-782X2016000100041 S0066-782X2015005050137 10.5935/abc.20150137 Original Articles The Effect of Sleep Deprivation on Cardiac Function and Tolerance to Ischemia-Reperfusion Injury in Male Rats Jeddi Sajad 1 Asl Amir Nezami 2 Asgari Alireza 2 Ghasemi Asghar 1 Shahid Beheshti University of Medical Sciences Research Institute for Endocrine Sciences Endocrine Physiology Research Center Tehran Iran Endocrine Physiology Research Center, Research Institute for Endocrine Sciences, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran – Iran Shahid Beheshti University of Medical Sciences AJA Medical Sciences University Medical Faculty of Aerospace and subaquatic Medicine Aerospace Medicine Research Center Tehran Iran Aerospace Medicine Research Center, Medical Faculty of Aerospace and subaquatic Medicine, AJA Medical Sciences University, Tehran – Iran Mailing Address: Nezami-Asl A , Aerospace Medicine Research Center, Medical Faculty of Aerospace and subaquatic Medicine, AJA Medical Sciences University, Tehran – Iran. E-mail: sajad.jeddy62@gmail.com

Author contributions

Conception and design of the research, Analysis and interpretation of the data AND Writing of the manuscript: Jeddi S, Asl AN, Asgari A, Ghasemi A; Acquisition of data: Jeddi S; Statistical analysis: Jeddi S, Asgari A; Critical revision of the manuscript for intellectual content: Asl AN, Asgari A, Ghasemi A.

Potential Conflict of Interest

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

 10 11 2015 1 2016 106 1 41 48 24 06 2015 06 08 2015 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract Background:

Sleep deprivation (SD) is strongly associated with elevated risk for cardiovascular disease.

 Objective:

To determine the effect of SD on basal hemodynamic functions and tolerance to myocardial ischemia-reperfusion (IR) injury in male rats.

 Method:

SD was induced by using the flowerpot method for 4 days. Isolated hearts were perfused with Langendorff setup, and the following parameters were measured at baseline and after IR: left ventricular developed pressure (LVDP); heart rate (HR); and the maximum rate of increase and decrease of left ventricular pressure (±dp/dt). Heart NOx level, infarct size and coronary flow CK-MB and LDH were measured after IR. Systolic blood pressure (SBP) was measured at start and end of study.

 Results:

In the SD group, the baseline levels of LVDP (19%), +dp/dt (18%), and -dp/dt (21%) were significantly (p < 0.05) lower, and HR (32%) was significantly higher compared to the controls. After ischemia, hearts from SD group displayed a significant increase in HR together with a low hemodynamic function recovery compared to the controls. In the SD group, NOx level in heart, coronary flow CK-MB and LDH and infarct size significantly increased after IR; also SD rats had higher SBP after 4 days.

 Conclusion:

Hearts from SD rats had lower basal cardiac function and less tolerance to IR injury, which may be linked to an increase in NO production following IR.

 Keywords: Sleep Deprivation Sleep Initiation and Maintenance Disorders Ventricular Dysfunction Myocardial Ischemia Myocardial Reperfusion Injury Nitric Oxide Rats Introduction

Cardiac ischemia is the principle cause of human death worldwide1,2 and its rate is rising because of co-morbid diseases, such as diabetes and obesity, and also aging.3 Cardiac ischemia is often induced by the occlusion of coronary arteries and while reperfusion can salvage the ischemic heart from death, it can induce side effects, known as ischemia‑reperfusion (IR) injuries.4

Sleep is a vital regulator of cardiovascular function, both in the physiological state and in disease conditions.5 Previous cohort and case-control studies have indicated that sleep disorders are related to an increased prevalence of cardiovascular disease and even an independent risk factor for the development of that disease.6,7 Sleep disorders exert harmful effects on a variety of systems with obvious changes in the endocrine, metabolic and immune pathways that are related to unfavorable health outcomes, including diabetes, hypertension, and obesity that are documented to contribute to the development of cardiovascular disease.6,7

Nitric oxide (NO) is synthesized by NO synthase enzymes in the heart and plays a vital role in cardiac functions. Despite the evidence highlighting the role of ischemia in a rise in NO production,8,9 no studies have yet examined the changes in the NO content in the hearts of sleep deprivation (SD) rats and its contribution to IR injury. Moreover, to the best of our knowledge, there is no study addressing the effects of SD on basal cardiac function and cardiac tolerance following IR injury. Therefore, the aim of this study was to determine the effect of SD on basal hemodynamic functions and tolerance to myocardial IR injury in male rats. In addition, changes in NO metabolites (NOx) following IR injury were also assessed.

 Methods Animals

In this study, 16 male Wistar rats (2-month old) were obtained from laboratory animal house of the Research Institute for Endocrine Sciences (RIES), Shahid Beheshti University of Medical Sciences. All animals were housed in an animal room with temperature and light controlled conditions (22 ± 2ºC 12/12-h dark-light cycle), and had free access to food and water at all times.

The proposal of this study was approved by the Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) of the RIES (Permit Number: 12 EC RIES 93/11/27), Shahid Beheshti University of Medical Sciences (Tehran, Iran).

 Induction of REM sleep deprivation

Male rats were deprived of rapid-eye-movement (REM) sleep for 96 hours. Rapid-eye-movement SD was induced by using the flowerpot technique.10 Briefly, rats were placed on an inverted pot (platform of 7-cm diameter) surrounded by water reaching to a level of 1cm under the bottom of the pot. Tank's water was refreshed every morning. Prior to depriving rats of sleep, they were trained for 1-2 hours to stay steady on the platform and not to fall into the water. After training, on the day of experiment, they were taken from their home cage and placed individually in the water tank.

For experiments, animals were randomly divided into 2 groups (n = 8 each): Control and SD.

 Isolated heart preparation

All animals were anesthetized with an intraperitoneal injection of ketamine and xylazine (50 mg/kg and 10 mg/kg, respectively). Once fully anesthetized, the thorax was opened and the hearts of control and SD rats were rapidly excised and embedded in an ice-cold perfusion buffer. The aortas were then cannulated and the whole preparation mounted in the Langendorff perfusion apparatus and perfused through the aorta with a Krebs-Henseleit solution containing (mM/L): NaCl 118, NaHCO3 25, KCl 4.7, MgCl2 1.2, CaCl2 2.5, KH2PO4 1.2, and glucose 11 at a constant pressure (75 mm Hg) and pH of 7.4. The Krebs solution was gassed with a combination of 95% O2 and 5% CO2 at 37ºC. All isolated hearts were stabilized for 20 minutes with the purpose of obtaining baseline data. After stabilization, hearts were subjected to global ischemia for 30 minutes followed by reperfusion for 45 minutes. Left ventricular hemodynamic parameters were measured via a latex balloon inserted in the left ventricle. The balloon capacity was adjusted to create 5-10 mm Hg of end-diastolic pressure in all hearts by filling it with water. Hemodynamic parameters [left ventricular end-diastolic pressure (LVEDP), heart rate (HR), left ventricular developed pressure (LVDP), and the maximum rate of increase and decrease of left ventricular pressure (±dp/dt)] were digitized and recorded by a data acquisition system (Power Lab, AD Instrument, Australia).

 Measurement of NOx

Following 45-min reperfusion, samples of left ventricular tissue were immediately frozen in liquid nitrogen and stored at -80ºC. NOx contents in heart homogenates were determined using the Griess method11. Briefly, after homogenization of samples in phosphate-buffered saline (1:5, w/v), the homogenates were centrifuged at 15,000 g for 20 min at 4ºC. The supernatants were removed from the homogenates and were deproteinized by addition of zinc sulfate (15 mg/mL). Tissue samples, 100 μL of the supernatant were added to a microplate well, and 100 μL vanadium (III) chloride (8 mg/mL) were added to each well (for reduction of nitrate to nitrite), followed by addition of 50 μL sulfanilamide (2%) and 50 μL NEDD (N-(1-naphtyl) ethylendiamine dihydrochloride) (0.1%). After 30-min incubation at 37ºC, the absorbance was read at 540 nm using the ELISA reader (BioTek, Powerwave XS2). NOx concentrations in heart homogenate samples were measured from the linear standard curve established by 0-100 μmol/L of sodium nitrate. Heart NOx levels are presented as μmol/L. Intra-assay coefficient of variation was 4.9%.

 Measurement of infarct size

At the end of the reperfusion period, infarct sizes were determined as described previously. The frozen heart samples were cut into thin slices (2-3 mm) and were incubated for 10 minutes in 1% of 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride in phosphate buffer solution 20 mM/L, pH 7.4 at 37ºC. The slices were immersed in 10% formalin for 24 hours to identify viable myocardium as red stained, easily discriminable from unstained necrotic tissue. The sections were then photographed using a digital camera (Samsung, Japan, version DV101). The infarct size was measured by Photoshop CS6 software (version 13) and expressed as percentage of the total area.2

Measurement of creatine kinase (CK) and lactate dehydrogenase (LDH)

Samples of coronary flow were collected for 5 minutes after start of reperfusion for measuring the myocardial enzyme leakage, CK-MB and LDH.12 The CK-MB and LDH levels in the coronary effluent were determined by spectrophotometric method via CK-MB kit and LDH kit (Pars Azmoon, Iran) and the results were expressed as U/L.

 Statistical analysis

All values are expressed as means ± SEM. Statistical analysis was performed using SPSS software (SPSS, Chicago, IL, USA; version 20). The Shapiro-Wilk test was used to check the normality of study data, and then parametric or non-parametric tests were used to analyze normal or non‑normal data distribution, respectively.13 Therefore, repeated measurement analysis of variance (ANOVA) was used to compare hemodynamic parameters (LVDP, LVEDP, ±dp/dt, and HR) in different times. The Student t test was used to compare blood pressure, infarct size, heart NOx levels and coronary flow CK-MB and LDH between control and SD groups. Two-sided p-values < 0.05 were considered statistically significant.

 Results

After 96 hours of SD, the rats showed a significant increase in systolic blood pressure (SBP) compared to the control group (Figure 1).

Comparison of changes in systolic blood pressure in control and sleep deprivation groups. Values shown as mean ± SEM.

Effects of SD on hemodynamic parameters in isolated heart during the stabilization and IR periods are shown in Table 1, Figure 2, and Figure 3. As seen, during the stabilization period, hearts from SD rats had significantly lower baseline LVDP and ±dp/dt, and higher HR (p < 0.05) compared to the control group (Table 1). When there was ischemia, the LVDP, ±dp/dt, and HR rapidly decreased and stopped in the isolated hearts. In both groups, LVEDP was gradually increased during the 30 minutes of ischemia, however the SDgroup displayed a significant increase (p < 0.05) compared to the control group (Figure 2). Compared with the control group, post-ischemic LVDP and ±dp/dt were significantly lower and HR was higher in the SD group (p < 0.05) (Figure 3-A, B, C, and D).

Cardiac function at the stabilization period (baseline data)
Control Sleep deprivation p value
LVDP* 93.14 ± 4.9 75.5 ± 3.5 0.035
Heart rate* 262.2 ± 11.1 347.5 ± 19.7 0.003
dp.dt max* 2897.1 ± 75.1 2367 ± 222.7 0.021
dp.dt min* 2555.3 ± 227.6 1788.8 ± 105.9 0.046

Data shown as mean ± SEM. LVDP: Left ventricular developed pressure; ± dp/dt: peak rates of positive and negative changes in left ventricular pressure;

p < 0.05.

 Change in left ventricular end-diastolic pressure (LVEDP) (ischemic contracture) during experiment. Values shown as mean ± SEM (n = 8 rats) Recovery of cardiac function after ischemia-reperfusion injury. A. Left ventricular developed pressure (LVDP); B. Heart rate; C. Peak rates of positive changes in left ventricular pressure (+dp/dt); D. Peak rates of negative changes in left ventricular pressure (- dp/dt). Values shown as mean ± SEM (n = 8 rats)

IR induced a marked increase in the heart NOx level in the SD group compared with the control group (Figure 4).

Change in NOx in control and sleep deprivation groups in heart after ischemia. Values shown as mean ± SEM (n = 8 rats)

Coronary flow CK-MB and LDH levels were significantly (p < 0.05) higher in the SD group compared to the control group (p < 0.05) (Figure 5).

Change in coronary flow CK-MB (A) and LDH (B) in control and sleep deprivation groups in start of reperfusion. Values shown as mean ± SEM (n = 8 rats)

Sleep deprivation significantly increased the infarct size in SD rats compared to control rats (Figure 6).

The alterations of infarct size in heart of control and sleep deprivation rats. Values shown as mean ± SEM (n = 8 rats) Discussion

The results of this study showed for the first time that SD for 96 hours induces negative inotropic and chronotropic effects on the hearts isolated from male rats and increases the IR-induced injury in those hearts, which may be linked to increasing the NO production after IR.

In this study, SBP was higher in the SD group compared to controls. Several studies have found that experimental SD leads to increased blood pressure, which is in line with our findings. Neves et al14 have shown that rats with 72-hour REM SD had higher blood pressure compared with controls. Joukar et al15 have indicated that SD resulted in a significant increase in blood pressure in rats by using the similar method. De Mesquita and Hale16 have also shown that SD in rats led to increasing blood pressure following 114 hours of REM SD. As stated by others, blood pressure could have increased during SD due to either increased sympathetic outflow to the heart or periphery, or changes in baroreflex sensitivity to a higher level, or a combination of both.6,17,18

Pre-ischemic and reperfusion HR were higher in the SD group than in controls, which is consistent with the reports by others. Sgoifo et al,19 Carvalho et al,20 and Almeida et al21 have reported that SD rats exhibited an increased HR and were vulnerable to ventricular arrhythmias. The mechanism of action of SD on HR during perfusion and reperfusion is not completely understood. In this regard, studies have shown that SD increases HR through various mechanisms. One possible cause for the significant increase in HR in SD rats before and after ischemia may have resulted from the immobility stress induced by the flowerpot technique. Sleep deprivation affects the basal activity of the stress system by increasing the corticosterone and adrenocorticotropic hormone concentrations and the subsequent response to an acute suppression in the cardiac autonomic and hypothalamic-pituitary-adrenal axis.19,22

We recorded lower baseline LVDP and ± dp/dt in the SD group, which indicate that SD could affect the normal heart function. The exact mechanisms of the SD effects on baseline cardiac functions are not fully understood and need further elucidation, but SD has been suggested to indirectly increase cardiovascular disease by increasing inflammation and cortisol secretion, altering growth hormone metabolism and changing the circulating levels of ghrelin and leptin.7 In addition, we showed for the first time that, after ischemia, hearts from the SD group displayed a significantly low hemodynamic function recovery compared to controls, indicating that these hearts are susceptible to the IR injury, as confirmed by the increase in the LDH and CK-MB levels in the coronary effluent and the rise in the infarct size.

In this study, consistent with other studies on disease states, such as hyperthyroidism,9 diabetes23 and maternal hypothyroidism,2 ischemia increased the CK-MB and LDH levels and the infarct size in the SD group, which showed heart cell necrosis. The heart cells contracted during long or severe ischemia and start of reperfusion, causing mechanical stiffness and tissue necrosis. Contracted cells put pressure on neighboring cells and cause their decomposition and development of contraction, leading to widespread necrosis.12,24

In this study, the capacity of the balloon in the left ventricle was fixed during ischemia and reperfusion, so the increase in LVEDP resulted from stiffness in the left ventricular wall or ventricular contracture. Thus, SD could be said to increase contracture and accordingly to significantly increase the subsequent necrosis in the IR period in the heart of SD rats. Increasing Ca2+ concentration in heart cells and ATP depletion have been reported to be important factors in ischemic contracture.25

The function of NO in the cardiovascular system after ischemia has not been fully enlightened. A few studies have considered a negative role for NO in myocardial IR injury, whereas others have reported a protecting role. Recent studies have shown that the NO level of myocardial cells is in a low range at baseline and increases during IR injury. While a low range increase in NO production may be cardioprotective, a vast increase appears to be injurious. At high levels, NO reacts with superoxide and produces peroxynitrite, which is a highly toxic agent that could induce apoptosis in heart cells.8,9 Our results show that SD increases IR-induced injuries in rat hearts, which may possibly be linked to elevated NO levels after ischemia. Thus, it could be hypothesized that SD may lead to reperfusion injury by increasing the NO production.

Regarding the limitations of this study, we used global ischemia, which has been commonly used in the Langendorff-perfused heart model. However, the use of the regional ischemia model has been reported to be clinically more relevant.26 In addition, our results are limited to male rats, while SD affects cardiac functions in both sexes.27

Conclusion

Based on our findings we conclude that the hearts of SD rats had lower basal cardiac function and less tolerance to the IR injury, confirmed by the increase in LDH and CK-MB levels in coronary flow. In addition, the rise in the infarct size may be due to an increase in the NO production after IR.

Sources of Funding

There were no external funding sources for this study.

Study Association

This study is not associated with any thesis or dissertation work.

 Acknowledgments

The authors thank Ms. N. Shiva for the critical editing of English grammar and syntax of the manuscript.

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E-mail: sajad.jeddy62@gmail.com

Contribuição dos autores

Concepção e desenho da pesquisa, Análise e interpretação dos dados E Redação do manuscrito: Jeddi S, Asl AN, Asgari A, Ghasemi A; Obtenção de dados: Jeddi S; Análise estatística: Jeddi S, Asgari A; Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Asl AN, Asgari A, Ghasemi A.

Potencial conflito de interesse

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

 Resumo Fundamento:

A privação de sono (PS) acha-se fortemente associada a alto risco cardiovascular.

 Objetivo:

Determinar o efeito da PS nas funções hemodinâmicas basais e tolerância à lesão miocárdica de isquemia‑reperfusão (IR) em ratos machos.

 Métodos:

A PS foi induzida com o método da plataforma única por 4 dias. Utilizou-se o modelo de perfusão de coração isolado de Langendorff, medindo-se os seguintes parâmetros nas condições basais e após IR: pressão desenvolvida no ventrículo esquerdo (PDVE), frequência cardíaca (FC) e taxa máxima de aumento e redução da pressão do ventrículo esquerdo (±dp/dt). O nível cardíaco de NOx, o tamanho do infarto e os níveis de CK-MB e LDH no efluente coronário foram medidos após IR. A pressão arterial sistólica (PAS) foi medida no início e no final do estudo.

 Resultados:

No grupo PS, os valores basais de PDVE (19%), +dp/dt (18%) e-dp/dt (21%) foram significativamente mais baixos (p < 0,05), e a FC (32%) significativamente mais alta em comparação aos dos controles. Após isquemia, os corações do grupo PS apresentavam um significativo aumento da FC além de uma menor recuperação da função hemodinâmica em comparação aos dos controles. No grupo PS, os níveis de NOx no coração e de CK-MB e LDH no efluente coronário, além do tamanho do infarto, foram significativamente maiores após IR. O grupo PS também apresentou maior PAS após 4 dias.

 Conclusão:

Os corações do grupo PS apresentaram menor função cardíaca basal e menor tolerância à lesão de IR, o que pode estar relacionado ao aumento da produção de NO após IR.

 Palavras-Chave: Privação do Sono Distúrbios do Início e Manutenção do Sono Disfunção Ventricular Isquemia Miocárdica Traumatismo por Reperfusão Miocárdica Óxido Nítrico Ratos Introdução

Isquemia cardíaca é a principal causa de morte humana no mundo1,2 e sua taxa cresce devido a comorbidades, como diabetes e obesidade, e ainda envelhecimento.3 A isquemia cardíaca em geral é induzida pela oclusão das artérias coronárias e, embora a reperfusão possa salvar o coração isquêmico, ela produz efeitos colaterais, conhecidos como lesões de isquemia-reperfusão (IR).4

O sono é um regulador vital da função cardiovascular, tanto no estado fisiológico quanto nas doenças.5 Estudos de coorte e caso-controle indicaram que os distúrbios do sono acham-se relacionados com elevada prevalência de doença cardiovascular, sendo até um fator de risco independente para o desenvolvimento daquela doença.6,7 Os distúrbios do sono exercem efeitos nocivos em vários sistemas, com alterações óbvias nas vias endócrina, metabólica e imune, relacionadas a desfechos de saúde desfavoráveis, como diabetes, hipertensão e obesidade, que sabidamente contribuem para o desenvolvimento de doença cardiovascular.6,7

O óxido nítrico (NO) é sintetizado pela enzima NO­sintase no coração e desempenha papel vital nas funções cardíacas. A despeito da evidência enfatizando o papel da isquemia na elevação da produção de NO,8,9 nenhum estudo examinou as alterações no conteúdo de NO dos corações de ratos submetidos a privação do sono (PS) e sua contribuição para a lesão de IR. Além disso, até onde sabemos, não há estudo sobre os efeitos da PS na função cardíaca basal e na tolerância cardíaca após a lesão de IR. Assim, este estudo teve por objetivo determinar o efeito da PS nas funções hemodinâmicas basais e na tolerância à lesão de IR miocárdica em ratos machos. Além disso, avaliaram-se as alterações nos metabólitos de NO (NOx) após lesão de IR.

 Métodos Animais

Este estudo utilizou 16 ratos machos Wistar de 2 meses de idade obtidos no biotério do Instituto de Pesquisa em Ciências Endócrinas (RIES), da Universidade de Ciências Médicas Shahid Beheshti. Todos os animais foram alojados em gaiolas, com controle de temperatura e luz (22 ± 2ºC, ciclo claro/escuro de 12 horas), tendo livre acesso a alimento e água todo o tempo.

Este estudo foi aprovado pelo Comitê Institucional de Cuidado e Uso de Animais do RIES (Protocolo: 12 EC RIES 93/11/27), da Universidade de Ciências Médicas Shahid Beheshti, Teerã, Irã.

 Indução de privação do sono REM

Os ratos foram submetidos à privação de sono REM ( rapid-eye-movement) por 96 horas. A PS REM foi induzida usando-se a técnica da plataforma única.10 Em resumo, os ratos foram colocados em um tanque com uma plataforma de 7 cm de diâmetro circundada por água até 1 cm abaixo dessa plataforma. A água do tanque foi trocada toda manhã. Antes de serem submetidos à PS, os ratos foram treinados por 1-2 horas para que ficassem firmes na plataforma sem cair na água. Após o treino, no dia do experimento, eles foram retirados das gaiolas e colocados individualmente no tanque de água.

Para o experimento, os animais foram aleatoriamente divididos em dois grupos (n = 8 cada): controle e PS.

 Preparação de coração isolado

Todos os animais foram anestesiados com injeção intraperitoneal de cetamina e xilazina (50 mg/kg e 10 mg/kg, respectivamente). Uma vez anestesiados, o tórax foi aberto, sendo o coração dos ratos dos dois grupos rapidamente excisado e imerso em um tampão de perfusão gelada. A aorta foi então canulada e toda a preparação montada em um aparelho de perfusão de Langendorff. A aorta foi perfundida com solução de Krebs-Henseleit, sob pressão constante (75 mmHg) e pH de 7,4, contendo (em mM/l): NaCl 118; NaHCO3 25; KCl 4,7; MgCl2 1,2; CaCl2 2,5; KH2PO4 1,2; e glicose 11. A solução de Krebs foi borbulhada com uma combinação de 95% O2 e 5% CO2, a 37ºC. Todos os corações isolados foram estabilizados por 20 minutos para a obtenção dos dados basais. Após estabilização, os corações foram submetidos a isquemia global por 30 minutos, seguindo­se reperfusão por 45 minutos. Os parâmetros hemodinâmicos do ventrículo esquerdo foram medidos através de um balão de látex inserido naquele ventrículo. Ajustou­se a capacidade do balão para, através de seu enchimento com água, criar pressão diastólica final de 5-10 mmHg em todos os corações. Os parâmetros hemodinâmicos [pressão diastólica final do ventrículo esquerdo (PDFVE), frequência cardíaca (FC), pressão desenvolvida no ventrículo esquerdo (PDVE), e taxa máxima de aumento e redução da pressão do ventrículo esquerdo (±dp/dt)] foram registrados em um sistema de aquisição de dados (Power Lab, AD Instrument, Austrália).

 Medida de NOx

Após os 45 minutos de reperfusão, amostras do ventrículo esquerdo foram imediatamente congeladas em nitrogênio líquido e armazenadas a -80ºC. Determinou-se o conteúdo de NOx nos homogeneizados de coração com o método Griess.11 Em resumo, após a homogeneização das amostras em solução salina com tampão fosfato (1:5, w/v), os homogeneizados foram centrifugados a 15.000 g por 20 minutos a 4ºC. Os sobrenadantes foram removidos e desproteinizados pela adição de sulfato de zinco (15 mg/mL). Amostras de tecidos e 100 μL de sobrenadante foram distribuídos na placa de microtitulação, e 100 μL de cloreto de vanádio (III) (8 mg/mL) foram adicionados a cada poço da placa de microtitulação para redução de nitrato a nitrito. Seguiu-se a adição de 50 μL de sulfanilamida (2%) e 50 μL de dicloridrato de N­(1­naftil)­etilenodiamina (NEED) (0,1%). Após incubação por 30 minutos a 37ºC, mediu­se a absorbância a 540 nm, usando-se um leitor de ELISA (BioTek, Powerwave XS2). As concentrações de NOx no homogeneizado de coração foram medidas a partir de uma curva linear padrão estabelecida com 0-100 μmol/L de nitrato de sódio. Os níveis de NOx no coração foram apresentados em μmol/L. O coeficiente de variação intra-ensaio foi 4,9%.

 Medida do tamanho do infarto

Ao final do período de reperfusão, o tamanho do infarto foi determinado como descrito previamente. As amostras de coração congeladas foram cortadas em finas seções (2­3 mm) e incubadas por 10 minutos em solução de cloreto de 2,3,5-trifenil tetrazólio a 1% em 20 mM/L de tampão fosfato, pH 7,4 a 37ºC. As seções foram imersas em solução de formol a 10% por 24 horas para identificação do miocárdio viável corado em vermelho, facilmente diferenciado do tecido necrótico não corado. As seções foram então fotografadas com uma câmara digital (Samsung, Japão, versão DV101). O tamanho do infarto foi medido com o programa Photoshop CS6, versão 13, e expresso como uma porcentagem da área total.2

Medida da creatina quinase (CK) e desidrogenase lática (LDH)

Amostras do fluxo coronário foram coletadas por 5 minutos após início da reperfusão para medir a liberação das enzimas miocárdicas CK-MB e LDH.12 Os níveis de CK­MB e LDH no efluente coronário foram determinados por espectrofotometria com os kits CK-MB e LDH (Pars Azmoon, Irã), sendo os resultados expressos como U/L.

 Análise estatística

Todos os valores foram expressos como médias ± EPM. A análise estatística foi realizada com o programa SPSS (SPSS, Chicago, IL, EUA; versão 20). O teste de Shapiro­Wilk foi usado para avaliar a normalidade dos dados do estudo, sendo os testes paramétrico ou não paramétrico usados para analisar a distribuição normal ou não normal de dados, respectivamente.13 Logo, utilizou-se análise de variância (ANOVA) com repetição de medida para comparar os parâmetros hemodinâmicos (PDVE, PDFVE, ±dp/dt e FC) em momentos diferentes. Usou-se o teste t de Student para comparar pressão arterial, tamanho do infarto, níveis de NOx no coração e fluxo coronário de CK-MB e LDH entre os grupos controle e PS. Valores de p bilateral < 0,05 foram considerados estatisticamente significativos.

 Resultados

Em comparação ao grupo controle, os ratos submetidos a 96 horas de PS apresentaram significativa elevação da pressão arterial sistólica (PAS) (Figura 1).

Comparação das alterações na pressão arterial sistólica nos grupos controle e de privação de sono. Valores expressos como média ± EPM.

A Tabela 1, a Figura 2 e a Figura 3 mostram os efeitos da PS nos parâmetros hemodinâmicos do coração isolado durante os períodos de estabilização e de IR. Durante o período de estabilização, os corações dos ratos submetidos a PS apresentaram PDVE e ±dp/dt basais significativamente mais baixas e FC mais altas (p < 0,05) em comparação aos do grupo controle (Tabela 1). Na presença de isquemia, houve rápida redução e manutenção de PDVE, ±dp/dt e FC nos corações isolados. Nos dois grupos, a PDFVE aumentou gradualmente durante os 30 minutos de isquemia, mas, no grupo PS, esse aumento foi significativo (p < 0,05) quando comparado ao do grupo controle (Figura 2). No período pós-isquêmico, as PDVE e ±dp/dt foram significativamente mais baixas e a FC mais alta no grupo PS (p < 0,05) do que no grupo controle (Figure 3-A, B, C e D).

Função cardíaca no período de estabilização (dados basais)
Controle Privação de sono Valor de p
PDVE* 93,14 ±4,9 75,5 ± 3,5 0,035
FC* 262,2 ± 11,1 347,5 ± 19,7 0,003
+dp.dt* 2897,1 ± 75,1 2367 ± 222,7 0,021
-dp.dt* 2555,3 ± 227,6 1788,8 ± 105,9 0,046

Dados apresentados como média ± EPM. PDVE: Pressão desenvolvida no ventrículo esquerdo; FC: Frequência cardíaca; ± dp/dt: Taxas máximas de alterações positivas e negativas na pressão do ventrículo esquerdo;

p < 0,05.

 Alteração da pressão diastólica final do ventrículo esquerdo (PDFVE) (contração isquêmica) durante o experimento. Valores expressos como média ± EPM (n = 8 ratos) Recuperação da função cardíaca após lesão de isquemia-reperfusão. A. Pressão desenvolvida no ventrículo esquerdo (PDVE); B. Frequência cardíaca (FC); C. Taxas máximas de alterações positivas na pressão do ventrículo esquerdo (+dp/dt); D. Taxas máximas de alterações negativas na pressão do ventrículo esquerdo (- dp/dt). Valores expressos como média ± EPM (n = 8 ratos)

A IR induziu um acentuado aumento no nível de NOx no coração no grupo PS em comparação ao grupo controle (Figura 4).

Os níveis de CK-MB e LDH no efluente coronário foram significativamente mais elevados (p < 0,05) no grupo PS em comparação aos do grupo controle (p < 0,05) (Figura 5).

Alterações nos níveis de NOx no coração após isquemia nos grupos controle e de privação de sono. Valores expressos como média ± EPM (n = 8 ratos) Alterações no fluxo coronário de CK-MB (A) e LDH (B) no início da reperfusão nos grupos controle e de privação de sono. Valores expressos como média ± EPM (n = 8 ratos)

A PS aumentou de maneira significativa o tamanho do infarto no grupo PS em comparação ao grupo controle (Figura 6).

Alterações no tamanho do infarto nos corações de ratos nos grupos controle e de privação de sono. Valores expressos como média ± EPM (n = 8 ratos) Discussão

Este estudo mostrou pela primeira vez que a PS por 96 horas induz efeitos negativos inotrópicos e cronotrópicos em corações isolados de ratos machos, além de aumentar a lesão induzida por IR no coração de ratos, o que pode estar ligado à elevação da produção de NO após IR.

Neste estudo, a PAS foi maior no grupo PS do que no grupo controle. Vários estudos relataram que a PS experimental eleva a pressão arterial, o que está de acordo com os nossos achados. Neves et al14 mostraram que ratos com PS REM por 72 horas apresentaram maior pressão arterial do que os controles. Joukar et al,15 usando um método similar, relataram que a PS resultou em um significativo aumento da pressão arterial em ratos. Além disso, De Mesquita e Hale16 mostraram que a PS REM em ratos por 114 horas levou a aumento da pressão arterial. Outros autores informaram que a elevação da pressão arterial durante a PS pode dever-se ao aumento da descarga simpática para o coração ou para a periferia, ou ao aumento da sensibilidade barorreflexa, ou a uma combinação dos dois.6,17,18

A FC anterior à isquemia e à reperfusão foi maior no grupo PS do que no grupo controle, o que é consistente com outros relatos. Sgoifo et al,19 Carvalho et al20 e Almeida et al21 relataram que ratos submetidos a PS exibiam elevada FC e eram vulneráveis a arritmias ventriculares. Os mecanismos de ação da PS na FC durante a perfusão e a reperfusão não está completamente esclarecida. Estudos mostraram que a PS aumenta a FC através de vários mecanismos. Uma possível causa para o significativo aumento da FC de ratos submetidos a PS antes e depois da isquemia pode ser o estresse da imobilidade induzida pela técnica da plataforma única. A PS afeta a atividade basal do sistema do estresse através da elevação das concentrações de corticosterona e hormônio adrenocorticotrófico e da subsequente resposta a uma supressão aguda no sistema autônomo cardíaco e no eixo hipotálamo-hipófise-adrenal.19,22

Registramos valores basais mais baixos de PDVE e ± dp/dt no grupo PS, indicando que a PS possa afetar a função cardíaca normal. Os exatos mecanismos da PS sobre a função cardíaca basal não foram elucidados por completo, mas sugeriu-se que a PS aumente indiretamente a doença cardiovascular ao aumentar a inflamação e a secreção de cortisol, alterando o metabolismo do hormônio de crescimento e os níveis circulantes de grelina e leptina.7 Além disso, este estudo mostrou pela primeira vez que, após isquemia, os corações do grupo PS apresentaram uma recuperação significativamente baixa da função hemodinâmica em comparação à dos controles, indicando que esses corações são suscetíveis à lesão de IR, como confirmado pelo aumento nos níveis de LDH e CK-MB no efluente coronário e pelo aumento do tamanho do infarto.

Neste estudo, à semelhança de outros estudos sobre condições patológicas, como hipertireoidismo,9 diabetes23 e hipotireoidismo materno,2 a isquemia aumentou os níveis de CK-MB e LDH e o tamanho do infarto no grupo PS, que apresentou necrose de células cardíacas. Tais células contraem durante a isquemia longa ou grave e o início da reperfusão, causando rigidez mecânica e necrose tissular. As células contraídas exercem pressão nas vizinhas, causando sua decomposição e desenvolvimento de contração, disseminando a necrose.12,24

Neste estudo, a capacidade do balão no ventrículo esquerdo foi mantida constante durante o período de IR, de modo que o aumento na PDFVE resultou de rigidez na parede ventricular esquerda ou de contração ventricular. Em consequência, pode-se dizer que a PS aumente a contração e, portanto, aumente significativamente a necrose subsequente no período de IR nos corações de ratos submetidos à PS. Há relato de que a crescente concentração de Ca2+ nas células cardíacas e a depleção de ATP sejam importantes fatores da contração isquêmica.25

A função do NO no sistema cardiovascular após isquemia ainda não foi completamente esclarecida. Alguns estudos aventaram um papel negativo para o NO na lesão miocárdica de IR, enquanto outros relataram um papel protetor. Estudos recentes mostraram que o nível de NO nas células miocárdicas é baixo nas condições basais, aumentando durante a lesão de IR. Enquanto um pequeno aumento na produção de NO pode ser cardioprotetor, um grande aumento parece ser deletério. Em altos níveis, o NO reage com superóxido e produz peroxinitrito, que é um agente altamente tóxico e possível indutor de apoptose nas células cardíacas.8,9 Nossos resultados mostram que a PS aumenta as lesões induzidas por IR nos corações de ratos, e essas lesões podem estar ligadas aos elevados níveis de NO após isquemia. Assim, pode-se levantar a hipótese de que a PS leve à lesão de reperfusão através do aumento da produção de NO.

Quanto às limitações deste estudo, utilizou-se isquemia global, comumente usada no modelo de perfusão de coração isolado de Langendorff. Entretanto, há relato de que o uso do modelo de isquemia regional seja clinicamente mais relevante.26 Além disso, nossos resultados acham-se limitados a ratos machos, enquanto a PS afeta as funções cardíacas nos dois sexos.27

Conclusão

Em conclusão, os corações de ratos submetidos a PS apresentaram, nas condições basais, menor função cardíaca e menor tolerância à lesão de IR, o que foi confirmado pelo aumento nos níveis de LDH e CK-MB no efluente coronário. Além disso, o aumento no tamanho do infarto pode ser atribuído ao aumento na produção de NO após IR.

Fontes de financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

Vinculação acadêmica

Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.

 Agradecimentos

Os autores agradecem à Sra. N. Shiva pela editoração em inglês deste manuscrito.