OBJETIVO: Analisar os efeitos da exposição à fumaça de cigarro (EFC) na remodelação ventricular após o infarto agudo do miocárdio (IAM). MÉTODOS: Ratos foram infartados e distribuídos em dois grupos: C (controle, n = 31) e F (EFC: 40 cigarros/dia, n = 22). Após seis meses, foi realizado ecocardiograma, estudo funcional com coração isolado e morfometria. Para comparação, foi utilizado o teste t (com média ± desvio padrão) ou teste de Mann-Whitney (com mediana e percentis 25 e 75). RESULTADOS: Os animais EFC apresentaram tendência a maiores áreas ventriculares diastólicas (C = 1,5 ± 0,4 mm², F = 1,9 ± 0,4 mm²; p = 0,08) e sistólicas (C = 1,05 ± 0,3 mm², F = 1,32 ± 0,4 mm²; p = 0,08) do VE. A função sistólica do VE, avaliada pela fração de variação de área, tendeu a ser menor nos animais EFC (C = 31,9 ± 9,3 %, F = 25,5 ± 7,6 %; p = 0,08). Os valores da - dp/dt dos animais EFC foram estatisticamente inferiores (C = 1474 ± 397 mmHg, F = 916 ± 261 mmHg; p = 0,02) aos animais-controle. Os animais EFC apresentaram maior peso do VD, ajustado ao peso corporal (C = 0,8 ± 0,3 mg/g, F = 1,3 ± 0,4 mg/g; p = 0,01), maior teor de água nos pulmões (C = 4,8 (4,3-4,8)%, F = 5,4 (5,1-5,5); p = 0,03) e maior área seccional do miócito do VE (C = 239,8 ± 5,8 µm², F = 253,9 ± 7,9 µm²; p = 0,01). CONCLUSÃO: A exposição à fumaça de cigarro intensifica a remodelação ventricular após IAM.
A exposição à fumaça de cigarro intensifica a remodelação ventricular após o infarto agudo do miocárdio
Faculdade de Medicina de Botucatu – Unesp - Botucatu, SP
Após o infarto agudo do miocárdio (IAM), podem ocorrer complexas alterações da arquitetura ventricular envolvendo tanto a região infartada como a não-infartada. Após a oclusão coronariana, pode ocorrer dilatação ventricular aguda, caracterizada por adelgaçamento e distensão da região infartada. Essa alteração é denominada expansão do infarto e resulta do deslizamento de grupos musculares necróticos em conseqüência da desintegração do colágeno interfibrilar1. Na fase tardia, observaram-se diferentes graus de dilatação cavitária. Esse fenômeno é resultado do processo de hipertrofia que envolve ambos os ventrículos e parece manifestar-se como resposta ao aumento do estresse parietal. Paralelamente, foi observado que há acúmulo anormal de colágeno (fibrose) nas áreas viáveis do miocárdio, tanto no ventrículo infartado como no outro ventrículo. Esse conjunto de adaptações, em que ocorrem alterações na composição, massa, volume e geometria cardíaca, é chamado de remodelação miocárdica2-4.
A intensidade do processo de remodelação ventricular está diretamente associado a pior prognóstico, em razão de maior incidência na formação de aneurismas, ruptura ventricular e arritmias, bem como está associada a progressão da disfunção ventricular. Assim, inúmeras estratégias vêm sendo utilizadas para prevenir ou atenuar o processo de remodelação ventricular após o IAM5-7.
Doença aterosclerótica coronariana e IAM estão intimamente relacionados ao tabagismo. Esse fator de risco é importante causa independente de morbidade e mortalidade8,9. Entretanto, enquanto os efeitos vasculares da exposição à fumaça de cigarro são bem conhecidos, os efeitos do tabagismo no coração têm recebido menos atenção. Algumas evidências experimentais e clínicas sugerem que o tabagismo pode estar associado a alterações funcionais e morfológicas cardíacas10-19. Entretanto, os efeitos do tabagismo em variáveis cardíacas após o IAM ainda não foram estudados. Assim, o objetivo deste estudo foi analisar os efeitos da exposição da fumaça do cigarro no processo de remodelação ventricular em ratos.
O protocolo experimental do presente trabalho foi aprovado pela Comissão de Ética em Experimentação Animal de nossa instituição, estando em conformidade com os Princípios Éticos na Experimentação Animal adotado pelo Colégio Brasileiro de Experimentação Animal.
Foram utilizados ratos wistar machos, pesando entre 200 e 250 gramas. O primeiro passo do estudo foi a indução do infarto experimental (
Os animais foram mantidos em gaiolas para recupe-ração, alimentados com ração comercial padrão e livre acesso a água, com controle de luz – ciclos de 12 horas, temperatura de aproximadamente 25°C e umidade controlada.
A segunda etapa do protocolo foi a constituição dos grupos experimentais. Após 48 horas do infarto, os animais sobreviventes foram aleatoriamente divididos em dois grupos: Grupo C (n = 31): formado pelos animais infartados que não receberam nenhuma intervenção terapêutica; Grupo F (n = 22): formado pelos animais infartados que foram expostos à fumaça de cigarro.
A terceira etapa do estudo compreendeu o período de observação de seis meses. Para os animais do Grupo F, utilizamos o método proposto por Wang e cols.21 e já padronizado em nosso laboratório22, para expor os animais à fumaça de cigarro em incubadora modificada. Os ratos foram colocados na câmara transparente, com um volume de aproximadamente 95x80x65 cm, conectado ao aparelho de fumar. Puffs de fumaça foram tirados do cigarro por vácuo por meio do aparelho de fumar e depois jogados na câmara durante período de 30 minutos. Após esse período, a fumaça era exaurida e o procedimento, repetido. Durante a primeira semana, a fumaça foi liberada a uma taxa de cinco cigarros, duas vezes por dia, no período da tarde, com intervalos de descanso de 10 minutos. O número de cigarros foi aumentado para uma taxa de 10 cigarros/30 minutos, duas vezes no período da manhã e duas no período da tarde, até o final do período de estudo. Assim, ao final, os animais foram expostos à fumaça de 40 cigarros/dia. O cigarro utilizado era de marca comercial com a seguinte composição: 1,1 mg de nicotina, 14 mg de alcatrão e 15 mg de monóxido de carbono.
A quarta etapa do protoco compreendeu a avaliação morfológica e funcional pelo ecocardiograma de todos os animais sobreviventes. Após seis meses de tratamento, os animais sobreviventes (C, n = 13 e F, n = 11) foram anestesiados com cloridrato de cetamina (50 mg/kg) e cloridrato de xilidino (1 mg/kg), por via intramuscular, para o estudo ecocardiográfico. Após tricotomia da região anterior do tórax, os animais foram posicionados em decúbito lateral esquerdo para realização do exame, utilizando-se equipamento da Hewlett-Packard (modelo Sonos 2000) dotado de transdutor eletrônico de 7,5 MHz. A avaliação dos fluxos transvalvar mitral e aórtico foi realizada com o mesmo transdutor operando em 5,0 MHz. As medidas das estruturas cardíacas foram efetuadas nas imagens monodimensionais, obtidas com o feixe de ultra-som orientado pela imagem bidimensional, na posição paraesternal eixo menor. A imagem da cavidade ventricular esquerda foi obtida posicionando o cursor do modo-M entre os músculos papilares, logo abaixo do plano da valva mitral. As imagens da aorta e do átrio esquerdo foram obtidas na posição paraesternal eixo menor, com o cursor do modo-M posicionado no nível da valva aórtica. O registro da imagem monodimensional (velocidade: 100 mm/s) foi realizado por meio da impressora modelo UP-890MD da Sony Co.
Posteriormente, as estruturas cardíacas foram medidas manualmente com o auxílio de um paquímetro de precisão, de acordo com as recomendações da
A quinta etapa do protoco compreendeu a avaliação funcional
Um balão de látex, atado a tubo de polietileno PE 90, foi colocado na cavidade ventricular. A outra extremidade do tubo de polietileno foi conectada a uma torneira de três vias, sendo uma das vias acoplada a um transdutor de pressão (Stathan P23 XL) e a outra, a uma seringa de 1 ml, que permitiu a variação do volume do balão intracavitário. A musculatura atrial direita, compreendendo o nódulo sinoatrial, foi extirpada e um eletrodo de marcapasso artificial colocado no miocárdio do ventrículo direito para se manter, artificialmente, a freqüência cardíaca entre 200-250 bpm. Por meio da preparação descrita, curvas de Starling foram obtidas com infusão de líquido no balão, que permitiu variar a pressão diastólica no ventrículo esquerdo de 0 a 25 mmHg, mediante incrementos graduais de 5 mmHg, registrando-se a pressão sistólica correspondente a cada variação de volume. Nessa preparação, em que o coração opera em condições isovolumétricas, foram obtidos os registros da pressão sistólica (PS), da derivada positiva (dp/dt) e da derivada negativa (-dp/dt) máximas26.
A sexta etapa do protoco compreendeu a avaliação morfométrica
Amostras de tecido cardíaco foram fixadas em solução de formol a 10% por um período de 48 horas, segundo método já descrito27. Após fixação, o tecido foi incluso em blocos de parafina, obtendo-se a seguir cortes histológicos coronais de 4 micras. Os cortes histológicos foram corados em lâmina com solução Hematoxilina - Eosina (HE) ou Masson para aferição de áreas da secção transversa dos miócitos, empregando-se microscópio LEICA DM LS acoplado a câmera de vídeo, que envia imagens digitais a computador dotado de programa de análise de imagens Image Pro-plus (Media Cybernetics, Silver Spring, Maryland, USA ). Foram mensuradas cinqüenta a setenta células por ventrículo analisado. Os miócitos selecionados estavam seccionados transversalmente e apresentavam forma redonda, núcleo visível no centro da célula e localizavam-se na camada subendocárdica da parede muscular do VE. Esse cuidado visou uniformizar ao máximo o conjunto de miócitos dos diferentes grupos. As áreas seccionais médias obtidas para cada grupo foram utilizadas como indicador do tamanho celular.
Lâminas com cortes histológicos coronais de 6 micras e corados pela técnica de Picro Sirius red, específicos para visualização de colágeno, foram feitas para avaliação do interstício do miocárdio do VE. A leitura foi feita utilizando-se microscópio LEICA DM LS acoplado a câmera de vídeo, que envia imagens digitais a computador dotado de programa de análise de imagens Image Pró-plus (
As comparações entre os grupos C e F foram feitas pelo teste t de Student, quando os dados apresentaram distribuição normal. Quando os dados não apresentaram distribuição normal, as comparações entre os grupos foram feitas pelo teste U de Mann-Whitney. Os dados foram expressos em média ± desvio padrão (para distribuição normal) ou mediana com os percentis 25 e 75 (para distribuição não normal). Os resultados foram considerados estatisticamente significantes se p < 0,05. As análises estatísticas foram feitas com o programa SigmaStat for Windows v2.03 (SPSS Inc, Chicago, IL).
Durante o período de observação, a mortalidade entre os grupos não atingiu diferença estatisticamente significante (C = 58%, F = 50%; P = 0,67).
Os resultados do estudo ecocardiográfico estão na
Em relação aos resultados do estudo com o coração isolado, a exposição à fumaça de cigarro não modificou os valores da PS (C = 113 ± 19 mmHg, F = 111 ± 30 mmHg; p = 0,89 ) e da dp/dt máximas (C =1887 ± 367 mmHg/s, F = 2177 ± 1017 mmHg/s; p = 0,56), em relação aos animais-controle. Entretanto, os valores da - dp/dt dos animais expostos à fumaça de cigarro foram estatisticamente inferiores (C = 1474 ± 397 mmHg, F = 916 ± 261 mmHg; p = 0,02) aos valores dos animais controle (
Os resultados do estudo morfométrico estão na
O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos da exposição à fumaça de cigarro no processo de remodelação ventricular após o IAM, em ratos. Nossos resultados indicam que a exposição crônica à fumaça resulta em alterações cardíacas, morfológicas e funcionais. Desse modo, o hábito de fumar após o infarto poderia resultar na intensificação do processo de remodelação ventricular.
Os efeitos cardíacos do hábito de fumar têm sido estudados nos últimos anos, com alguma inconsistência nos resultados. Em estudo experimental, foi evidenciado que a exposição crônica ao monóxido de carbono, importante componente encontrado na fase de vapor da fumaça do cigarro, resultou em aumento da expressão gênica de endotelina-1 e induziu hipertrofia cardíaca11. Houdi e cols. expuseram ratos à fumaça de cigarro por quatro dias e verificaram aumento da pressão arterial e diminuição do débito cardíaco. Esse efeito foi atenuado por antagonista da vasopressina12. Em ratos espontaneamente hipertensos, a exposição à fumaça por oito semanas resultou em aumento da pressão arterial e queda da freqüência cardíaca, em relação aos controles14. Outros autores observaram que a exposição à fumaça de cigarro por seis meses resultou em aumento da expressão do RNA mensageiro para a endotelina 1 no tecido cardíaco de rato15.
Em trabalho anterior, mostramos que a exposição à fumaça de cigarro por 30 dias já resultava em prejuízo da função do VE22. Do mesmo modo, a exposição à fumaça de cigarro por quatro meses resultou em dilatação ventricular, com redução da função sistólica. Interessantemente, essas alterações foram acompanhadas por aumento discreto da pressão arterial28. Assim, apesar de os mecanismos ainda não serem completamente esclarecidos, o conjunto das evidências apresentadas sugere que a ativação de fatores neuro-hormonais poderia participar, pelo menos em parte, dos mecanismos responsáveis pelas ações do cigarro. Brooks e cols., contudo, utilizando o modelo de avaliação de contratilidade por meio de preparações de músculo papilar isolado, não encontraram diferenças na função cardíaca entre ratos expostos à fumaça por 180 dias e os animais-controle13. No modelo de cães, tanto a administração de nicotina como a exposição à fumaça do cigarro, por 22 meses, não modificaram a fração de ejeção e a pressão diastólica final do ventrículo esquerdo, em comparação com os controles16.
Alguns estudos clínicos também analisaram os efeitos cardíacos do tabagismo. Assim, em pacientes com doença arterial coronariana, a inalação aguda da fumaça de cigarro foi acompanhada por alterações da função diastólica17,18. No estudo observacional CARDIA, indivíduos fumantes apresentaram maior massa ventricular esquerda, em comparação com os não-fumantes, avaliados por ecocardiograma19. Portanto, apesar de alguma controvérsia, o conjunto dos dados sugere que a exposição à fumaça de cigarro pode resultar em alterações cardíacas e funcionais. No entanto, os efeitos da exposição crônica à fumaça de cigarro no processo de remodelação após o IAM ainda não são conhecidos.
Um dos achados mais relevantes do presente trabalho foi que a exposição à fumaça de cigarro resultou em alterações morfológicas do ventrículo esquerdo. Esse fenômeno foi caracterizado por aumento da área seccional dos miócitos, indicando a hipertrofia cardíaca. Essa alteração foi associada com aumento dos diâmetros ventriculares, tanto sistólico como diastólico, sugerindo intensificação do processo de remodelação ventricular esquerda com a exposição à fumaça. Em concordância com os nossos resultados, o tratamento agudo com nicotina, em ratos com infarto do miocárdio, resultou em aumento da cavidade ventricular, com afilamento da parede infartada, sugerindo que a nicotina também causou efeitos deletérios no processo de remodelação após o infarto10.
Um conceito bastante aceito é que a remodelação cardíaca resulta, invariavelmente, em queda progressiva da função ventricular. Inicialmente, em conseqüência do crescimento celular, a remodelação pode contribuir para manter ou restaurar a função cardíaca. Cronicamente, entretanto, ocorrem alterações bioquímicas, genéticas e estruturais que vão resultar em disfunção ventricular progressiva2-4. Em consonância com esse conceito, nos ratos expostos à fumaça de cigarro, o processo de remodelação foi acompanhado por queda de variáveis que refletem tanto a função sistólica, como a fração de variação de área, como a função diastólica, como a derivada negativa de pressão. Em conseqüência dessa disfunção, os animais "fumantes" apresentaram sinais de congestão pulmonar e hipertrofia do ventrículo direito.
Em conclusão, o conjunto de nossos dados sugere que a exposição crônica à fumaça de cigarro intensifica a remodelação ventricular e piora a função cardíaca após o IAM.
Declaro não haver conflitos de interesses pertinentes.
Leonardo A. M. Zornoff Departamento de Clínica Médica – Rubião Jr. 18618-000 – Botucatu, SP E-mail:
Recebido em 16/12/04
Aceito em 25/07/05
OBJECTIVE: To evaluate the role of cigarette smoke exposure (CSE) on ventricular remodeling following acute myocardial infarction (AMI). METHODS: Rats were submitted to myocardial infarction and divided into two groups: C (control, n = 31) and F (CSE: 40 cigarettes/day, n = 22). After 6 months, the survivors were submitted to echocardiogram, functional study with isolated heart, and morphometric analysis. For comparison purposes, we used the t test (mean ± standard deviation) or the Mann-Whitney test (with median and 25th and 75th percentiles). RESULTS: The CSE animals tended to have larger diastolic (C = 1.5 ± 0.4 mm², F = 1.9 ± 0.4 mm²; p = 0.08) and systolic (C = 1.05 ± 0.3 mm², F = 1.32 ± 0.4 mm²; p = 0.08) left ventricular(LV) areas. The systolic function of the LV, assessed according to the fractional area change, tended to be impaired in CSE animals (C = 31.9 ± 9.3%, F = 25.5 ± 7.6%; p = 0.08). The - dp/dt values for CSE animals were statistically lower (C = 1474 ± 397 mmHg, F = 916 ± 261 mmHg; p = 0.02) than for control animals. The CSE animals presented higher right ventricle (RV) weight adjusted for body weight (C = 0.8 ± 0.3 mg/g, F = 1.3 ± 0.4 mg/g; p = 0.01), higher content of water in lungs (C = 4.8 (4.3-4.8)%, F = 5.4 (5.1-5.5); p = 0.03), and larger LV myocyte cross-sectional areas (C = 239.8 ± 5.8 µm², F = 253.9 ± 7.9 µm²; p = 0.01). CONCLUSION: Cigarette smoke exposure intensifies ventricular remodeling following acute myocardial infarction.
Cigarette smoke exposure intensifies ventricular remodeling process following myocardial infarction
Faculdade de Medicina de Botucatu – Unesp - Botucatu, SP - Brazil
After acute myocardial infarction (AMI), complex changes in ventricular architecture may take place involving the infarcted and the non-infarcted region alike. After coronary occlusion, acute ventricular dilatation may occur, characterized by the thinning and distension of the infarcted region. This change is called infarction expansion, and results from the slippage of necrotic muscle bundles as a consequence of the disintegration of interfibrillar collagen1. In the late phase, different degrees of cavity dilatation were observed. This phenomenon results from the process of hypertrophy that involves both ventricles and apparently occurs as a response to increased wall stress. At the same time, we observed an abnormal accumulation of collagen (fibrosis) in the viable areas of the myocardium, both in the infarcted ventricle and in the other one. This set of adaptations, which includes changes in the composition, mass, volume and geometry of the heart, is known as myocardial remodeling2-4.
The intensity of the ventricular remodeling process is directly associated with worse prognosis, due to the higher incidence of aneurysm formation, ventricular rupture and arrhythmia, and is also associated with the progression of ventricular dysfunction. Therefore, a number of strategies have been employed to prevent or mitigate the process of ventricular remodeling following AMI5-7.
Coronary atherosclerotic disease and AMI are closely related to smoking. This risk factor is a major cause independent of morbidity and mortality8,9. However, while the vascular effects of exposure to cigarette smoke are well known, the effects of smoking on the heart have been less studied. Some experimental and clinical evidence suggest that smoking may be associated with changes in the function and morphology of the heart10-19. However, the effects of smoking on cardiac variables after AMI have not been studied to date. The objective of this study therefore was to analyze the effects of cigarette smoke exposure on the process of ventricular remodeling in rats.
The experimental protocol of this paper was approved by the Ethics Committee for Experiments with Animals of our institution, and complies with the Ethical Principles for Experiments with Animals adopted by the Brazilian College of Experiments with Animals.
We used male Wistar rats, with weights between 200 and 250 grams. The first stage of the study was the induction of experimental infarction (
The animals were kept in cages for recovery. They were fed with standard commercial feed and had free access to water, with controlled light cycles – 12-hour cycles, temperature of approximately 25ºC and controlled humidity.
The second phase of the protocol comprised the formation of experimental groups. Forty-eight hours after the infarction, the surviving animals were randomly divided into two groups: Group C (n = 31), formed by infarcted animals which received no therapeutic intervention and Group F (n = 22), formed by infarcted animals exposed to cigarette smoke.
The third stage of the study comprised the 6-month observation period. For the animals of Group F, we used the method proposed by Wang et al.21, which has been standardized in our laboratory22, to expose the animals to smoke in a modified incubator. The rats were placed in the transparent chamber, with a volume of approximately 95x80x65 cm, which was connected to the smoking device. Smoke puffs were drawn from the cigarette through vacuum by the smoking device and then fed into the chamber for a period of thirty minutes. After this period, the smoke was exhausted and the procedure was repeated. During the first week, the smoke was released at a rate of 5 cigarettes, twice a day, in the afternoon, with a rest period of 10 minutes. The number of cigarettes was increased to ten cigarettes/thirty minutes, twice in the morning and twice in the afternoon through the end of the study. At the end of the study the animals were exposed to the smoke of forty cigarettes/day. The cigarette used was a commercial brand with the following composition: 1.1 mg of nicotine, 14 mg of tar and 15 mg of carbon monoxide.
The fourth stage of the protocol comprised the echocardiogram-based morphological and functional assessment of all surviving animals. After six months of treatment, the surviving animals (C, n = 13 and F, n = 11) were anesthetized with intramuscular ketamine hydrochloride (50 mg/kg) and xylidine hydrochloride (1 mg/kg), for the echocardiographic study. Following the trichotomy of the anterior part of the thorax, the animals were put in the left lateral decubitus position for the test. The test was carried out using a Hewlett-Packard (Sonos 2000) piece of equipment, with a 7.5 MHz electronic transducer. The assessment of the mitral and aortic transvalvular flow was carried out using the same transducer operating at 5.0 MHz. The measurements of the heart structures were taken on the monodimensional images obtained with the ultrasound beam oriented according to the bidimensional image, in the parasternal short-axis view. The image of the left ventricle cavity was obtained by positioning the cursor in the M-mode between the papillary muscles, right below the mitral valve plane. The images of the aorta and of the left atrium were obtained from the parasternal short-axis view, with the M-mode cursor positioned at the level of the aortic valve. The monodimensional image (velocity: 100 mm/s) was printed on a Sony Co.'s UP-890MD printer.
At a later stage, the heart structures were manually measured with a precision pachymeter according to the recommendations of the American Society of Echocardiography23 which have been validated for the model of infarcted rats24. The heart structures were measured in at least five consecutive heart cycles. The left ventricle diastolic diameter (LVDd) and the left ventricle posterior wall thickness (LVPWd) were measured at the time when the cavity reached its maximum diameter. The left ventricle systolic diameter (LVSd) was measured at the maximum systolic excursion of the posterior wall of the cavity. The diastolic areas (DA) and systolic areas (SA) were measured in the bidimensional mode, by means of planimetry. The systolic function of the left ventricle was assessed by calculating the fractional area change (FAC=DA-SA/DA x 100)24. The transmitral diastolic flow (E and A waves) was obtained with the transducer positioned at the apical four-chamber view. The measurements relating to the flows were calculated directly on the monitor of the echocardiography device.
The fifth stage of the protocol comprised the
A latex balloon attached to a PE 90 polyethylene tube was placed in the ventricular cavity. The other end of the polyethylene tube was connected to a three-way tap, in that one of the outlets was coupled to a pressure transducer (Stathan P23 XL) and the other to a 1 ml-syringe, which allowed the variation of the volume of the intracavity balloon. The muscles of the right atrium, comprising the sinoatrial node, were extirpated and the electrode of an artificial pacemaker was placed in the myocardium of the right ventricle to artificially maintain the heart frequency between 200-250 bpm. By means of the preparation described above, Starling curves were obtained with the infusion of liquid into the balloon which allowed us to vary the diastolic pressure of the left ventricle from 0 to 25 mmHg, in gradual 5-mmHg increments, and record the systolic pressure associated with each variation in volume. In this preparation, in which the heart operates in isochoric fashion, we recorded the systolic pressure (SP), and the maxima positive derivative (dp/dt) and negative derivative (-dp/dt) 26.
The sixth stage of the protocol comprised the
Samples of heart tissue were fixed with a 10% formol solution for a period of 48 hours, according to a method previously described27. After fixation, the tissue was embedded into paraffin blocks. Four-micron coronal histological sections were obtained. The histological sections were stained on slides with Hematoxylin – Eosin (HE) solution or Masson's stain to check the cross-sectional areas of myocytes with a LEICA DM LS microscope coupled with a video camera that sends digital images to a computer equipped with Image Pro-plus, an image analysis program (Media Cybernetics, Silver Spring, Maryland, EUA). We measured between fifty and seventy cells per ventricle analyzed. The selected myocytes were cross-sectioned, and had a round shape, the nucleus was visible in the center of the cell. The myocytes were located in the subendocardial layer of the muscle wall of the LV. This was done this way to ensure the greatest possible uniformity among the set of myocytes from different groups. The average cross-sectional areas obtained in each group were used as an indicator of the size of cells.
Slides with 6-micron coronal sections, stained with the Picro-Sirius red technique, specific for visualizing collagen, were made to assess the interstitium of myocardium of the LV. The reading was done with a LEICA DM LS microscope coupled with a video camera that sends digital images to a computer equipped with Image Pro-plus, an image analysis program (Media Cybernetics, Silver Spring, Maryland, EUA). Between thirty to forty fields per ventricle were analyzed, using a 40X objective. The fields chosen were located far from the infarcted area and from the perivascular area.
The comparisons between the C and F groups were carried out using Student's
During the observation period, the difference in mortality in the groups was not statistically significant (C = 58%, F = 50%; P = 0.67).
The results of the echocardiographic study are shown in table. The heart frequency was statistically higher in animals exposed to cigarette smoke (C = 248 ± 31 bpm, F = 302 ± 39 bpm; p = 0.001). This group tended to present larger LV diastolic areas (C = 1.5 ± 0.4 mm2, F = 1.9 ± 0.4 mm2; p = 0.08) and systolic areas (C = 1.05 ± 0.3 mm2, F = 1.32 ± 0.4 mm2; p = 0.08) as compared to control animals. The systolic function of LV, evaluated according to the fractional area change, also tended to be lower in animals exposed to cigarette smoke (C = 31.9 ± 9.3%, F = 25.5 ± 7.6%; p = 0.08). Considering the other morphometric and functional variables, no difference between the two groups was observed.
As regards the results of the study of isolated hearts, exposure to cigarette smoke did not change SP values (C = 113 ± 19 mmHg, F = 111 ± 30 mmHg; p = 0.89 ) and the maximum dp/dt values (C =1887 ± 367 mmHg/s, F = 2177 ± 1017 mmHg/s; p = 0.56) as compared to control animals. However, the - dp/dt values for animals exposed to cigarette smoke were statistically lower (C = 1474 ± 397 mmHg, F = 916 ± 261 mmHg; p = 0.02) than the values found for control animals (
The results of the morphometric study are shown in
The objective of the study was to evaluate the effects of exposure to cigarette smoke on the process of ventricular remodeling after AMI in rats. Our results indicate that chronic exposure to smoke results in changes in the function and morphology of the heart. Therefore the habit of smoking after an infarction could result in the intensification of the process of ventricular remodeling.
The effects of smoking on the heart have been studied in recent years, with somewhat inconsistent results. In an experimental study, it was verified that chronic exposure to carbon monoxide, a major component found in the vapor phase of cigarette smoke, brought about an increase in the genetic expression of endothelin 1 and induced heart hypertrophy11. Houdi et al. exposed rats to cigarette smoke for four days and verified an increase in blood pressure and a reduction in cardiac output. This effect was mitigated by a vasopressin antagonist12. In spontaneously hypertensive rats, exposure to smoke for eight weeks resulted in increased blood pressure and decreased heart frequency as compared to control groups14. Other authors observed that exposure to cigarette smoke for six months resulted in the enhanced expression of messenger RNA for endothelin 1 in the heart tissue of rats15.
In a previous paper, we showed that exposure to cigarette smoke for thirty days was enough to impair the function of the LV22. Likewise exposure to cigarette smoke for four months resulted in ventricular dilatation, with a reduction in the systolic function. Interestingly enough these changes were accompanied by a slight increase in blood pressure28. Therefore, although the mechanisms have not yet been sufficiently explained, the set of evidences presented suggests that the activation of neurohormonal factors could play at least a partial role in the mechanisms associated with the effects of tobacco. Brooks et al., however, used the model to evaluate contractility in isolated papillary muscle preparations and found no differences in the heart function of rats exposed to smoke for 180 days as compared with control animals13. In the dog model, the administration of nicotine and the exposure to cigarette smoke for 22 months did not change the ejection fraction or the end-diastolic pressure of the left ventricle, as compared with the controls16.
Some clinical studies also analyzed the effects of smoking on the heart. Therefore, in patients with coronary artery disease, the acute inhalation of cigarette smoke was accompanied by changes in the diastolic function17,18. In the CARDIA observational study, smokers presented greater left ventricular mass as compared to nonsmokers on echocardiogram assessment19. Therefore, despite some controversy the data set suggests that exposure to cigarette smoke may result in changes in the heart and its function. However, the effects of chronic exposure to cigarette smoke on the process of remodeling after AMI remain unknown.
One of the most important findings of this paper was that exposure to cigarette smoke caused morphological changes in the left ventricle. This phenomenon was characterized by an increase in the cross-sectional area of the myocytes, indicative of heart hypertrophy. This change was associated with increased ventricular diameters, both diastolic and systolic, which suggests the intensification of the process of left ventricle remodeling with exposure to smoke. In agreement with our results, acute treatment with nicotine in rats with myocardial infarction resulted in ventricular cavity increase, with the thinning of the infarcted wall, which suggests that nicotine also had a damaging effect on post-infarction remodeling10.
A widely accepted concept is that heart remodeling invariably brings about a progressive decrease in ventricular function. Initially, as a result of cell growth, remodeling may contribute to maintain or restore heart function. In the long term, however, there are biochemical, genetic and structural changes which will result in progressive ventricular dysfunction2-4. In agreement with this concept, the process of remodeling in rats exposed to cigarette smoke was accompanied by a decrease in the variables that reflect the systolic function, the fractional area change, the diastolic fuction and the negative derivative of pressure alike. As a consequence of this dysfunction, "smoking" animals presented signs of pulmonary congestion and right ventricle hypertrophy.
In conclusion, our data set suggest that chronic cigarette smoke exposure intensifies ventricular remodeling and worsens post-infarction heart function.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
Leonardo A. M. Zornoff Departamento de Clínica Médica – Rubião Jr. 18618-000 – Botucatu, SP - Brazil E-mail:
Received on 12/16/04
Accepted on 07/25/05