FUNDAMENTO: O bloqueio da síntese do óxido nítrico (NO) é caracterizado pelo aumento da atividade simpática cardíaca, e o treinamento físico promove a redução da atividade simpática. OBJETIVO: Investigamos o efeito do bloqueio da síntese do NO sobre o controle autonômico cardiovascular em ratos submetidos ao exercício aeróbio durante dez semanas. MÉTODOS: Ratos wistar foram divididos em quatro grupos: controle tratados com ração e água ad libitum durante dez semanas (RC); controle tratados com N G-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) na última semana (RCL); treinados durante dez semanas em esteira motorizada (RT); treinados por dez semanas e tratados com L-NAME na última semana (RTL). O controle autonômico cardiovascular foi investigado em todos os grupos com a utilização de duplo bloqueio com metilatropina e propranolol, e análise da variabilidade. RESULTADOS: Os grupos RCL e RTL apresentaram hipertensão. O grupo RCL apresentou taquicardia e predomínio do tônus simpático na determinação da FC após o bloqueio autonômico farmacológico. O grupo RT apresentou bradicardia e menor freqüência cardíaca (FC) intrínseca em relação aos demais. A avaliação da variabilidade da FC mostrou menores valores absolutos e normalizados na banda de baixa freqüência (BF) no grupo RCL. Por sua vez, o grupo RTL apresentou elevação na banda de BF em valores absolutos. A análise da variabilidade da PAS mostrou que os grupos RCL e RTL apresentaram maiores valores na banda de BF. CONCLUSÃO: O exercício físico prévio impediu o déficit no controle autonômico cardíaco induzido pelo tratamento com L-NAME, no entanto não impediu o aumento na variabilidade da PAS.
Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, SP - Brasil
Os análogos da L-arginina, como o NG-monomethyl-L-arginine (L-NMMA) ou NG-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME), promovem elevada e sustentada hipertensão arterial e têm sido muito utilizados como modelo experimental de hipertensão1. A hipertensão ocorre porque esses análogos competem com a L-arginina endotelial, impedindo a ação do óxido nítrico sintase endotelial (eNOS) e resultando na diminuição substancial da produção do óxido nítrico (NO)2. Entretanto, o aumento na pressão arterial (PA) não é somente conseqüência da retirada da ação vasodilatadora do NO, mas também derivada da retirada da sua influência sobre os sítios do controle autonômico cardiovascular, promovendo o aumento da atividade simpática. Essa afirmação é baseada em estudos com animais experimentais que mostraram o aumento na atividade simpática após o bloqueio da síntese do NO3,4. Verificou-se também o predomínio do componente autonômico simpático sobre o componente vagal, associado à diminuição da sensibilidade barorreflexa após o bloqueio da síntese do NO5. Em humanos, foi observada a elevação da atividade simpática em situações patológicas como hipertensão arterial, muitas vezes associada à disfunção endotelial com conseqüente diminuição da atividade da eNOS6-8.
Por sua vez, muitos estudos evidenciaram que a realização de exercícios físicos também influencia o controle autonômico cardiovascular. Foi mostrado que ratos submetidos ao treinamento com exercícios físicos aeróbios apresentavam diminuição na freqüência cardíaca (FC) basal, freqüência cardíaca intrínseca (FCI), aumento no tônus vagal e diminuição do tônus simpático cardíaco. Além disso, observou-se também a melhora na sensibilidade barorreflexa, representada pela maior resposta taquicárdica reflexa à hipotensão induzida9-11. Associado a esses efeitos, o exercício físico também parece reduzir os valores da PA e aumentar os níveis de liberação e atividade do NO12.
No contexto clínico, também foi demonstrado que o treinamento físico melhora a função autonômica cardiovascular e vasodilatadora endotelial de modo sistêmico, promovendo efeitos benéficos cardíacos e vasculares13,14. Esses benefícios, entre diversas causas, também estariam relacionados com a maior produção do NO15.
Por sua vez, a realização periódica de exercícios físicos tem sido utilizada como prevenção e terapia anti-hipertensiva, atenuando os valores da PA e reduzindo os efeitos dos fatores de risco para doenças cardiovasculares, inclusive autonômicos8. Contudo, os mecanismos envolvidos nesse processo ainda não estão totalmente elucidados. Portanto, o objetivo do presente estudo foi investigar o efeito do exercício físico prévio sobre as adaptações autonômicas cardíacas e vasculares em ratos submetidos ao modelo de hipertensão arterial induzida pelo bloqueio da síntese do NO. Para tanto, o presente estudo utilizou duas abordagens: a avaliação farmacológica do tônus autonômico e a análise da variabilidade da FC e PA por meio da análise espectral.
Todos os procedimentos experimentais envolvidos neste estudo foram aprovados pelo Comitê de Ética para pesquisa com animais da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo.
Ratos wistar machos (150-180 g) foram colocados em caixas individuais sob condições de temperatura controlada (21ºC) e ciclo claro/escuro de 12 horas. Os animais foram divididos em quatro grupos experimentais:
Grupo de ratos-controle tratados com ração e água
Grupo de ratos-controle submetidos ao tratamento com L-NAME dissolvido na água de beber (70 mg/kg) durante a última (décima) semana (grupo RCL; n = 14).
Grupo de ratos treinados em esteira motorizada durante dez semanas (grupo RT; n = 14).
Grupo de ratos treinados durante dez semanas e tratados na última semana com L-NAME dissolvido na água de beber (grupo RTL; n = 14).
Os animais dos grupos treinados foram submetidos ao protocolo de exercício aeróbio por meio de marcha forçada em esteira motorizada (Insight modelo EP-131, Ribeirão Preto, SP, Brasil) durante dez semanas. A esteira possuía seis baias individuais com altura de 15 cm, largura interna de 10 cm e comprimento de 50 cm. O treinamento foi realizado com a esteira a 0° de inclinação, velocidade de 25 m/s, cinco dias por semana.
16,17. A modelagem dos componentes oscilatórios presente nos segmentos estacionários das séries temporais da PAS e do IP foi calculada baseada no recurso de Levinson-Durbin, com o modelo escolhido de acordo com os critérios de Akaike
16. Esse procedimento permite a quantificação automática do eixo da freqüência e da potência de cada componente oscilatório relevante, presentes nas séries temporais. Os componentes oscilatórios foram classificados em: muito baixa freqüência (MBF: 0,01-0,20 Hz), baixa freqüência (BF: 0,20-0,75 Hz) e alta freqüência (AF: 0,75-2,50 Hz). A potência das oscilações de BF e AF da VFC também foi expressa em unidades normalizadas, obtida pelo cálculo da razão entre o valor da potência da banda, BF ou HF, e pela potência total após a subtração dos valores de MBF. O procedimento de normalização foi realizado para minimizar as variações da potência total nos valores absolutos dos componentes de LF e HF
16,17.
Os resultados foram apresentados como MÉDIA ± EPM. A avaliação das variáveis normais homocedásticas foi feita utilizando-se a análise de variância ANOVA associada ao
A
A
O exercício físico aeróbio tem sido amplamente utilizado como terapia anti-hipertensiva não-farmacológica, atenuando os valores da PA e reduzindo o risco de doenças metabólicas e cardiovasculares, muitas vezes associadas à disfunção endotelial e diminuição da atividade da eNOS13-15.
Em nosso estudo, o treinamento físico aeróbio em esteira motorizada não foi capaz de inibir ou atenuar a elevação da PA decorrente da inibição da síntese do NO. Por sua vez, alguns estudos mostraram que o treinamento aeróbio promoveria redução nos valores de PA em animais tratados cronicamente com L-NAME. Essa redução estaria associada ao aumento da atividade da eNOS e, conseqüentemente, aumento na disponibilidade do NO12,18. A não-atenuação da PA, observada em nosso estudo, pode estar associada às diferenças metodológicas, como o período de tratamento (7 dias) e dosagem do L-NAME (70 mg/kg), tempo (10 semanas) e intensidade (25 m/s) de treinamento. Contudo, é evidente, em nosso estudo, que o treinamento físico prévio promoveu adaptações, principalmente sobre o controle cardíaco.
O bloqueio da síntese do NO com L-NAME também promove importantes alterações no controle autonômico cardiovascular. Entre elas, destaca-se a inversão no balanço autonômico cardíaco, com o predomínio simpático5. Nossos resultados demonstraram que o treinamento físico prévio, durante dez semanas, impede a inversão do balanço autonômico cardíaco em conseqüência do bloqueio da síntese do NO por uma semana (décima), preservando o predomínio vagal. Por sua vez, o treinamento físico não preveniu o aumento na variabilidade da PA, caracterizada pela elevada oscilação na banda BF da PAS.
O tratamento dos animais não-treinados (RCL) com L-NAME promoveu proeminente taquicardia que parece ser atribuída à elevada influência simpática, uma vez que a FCI não diferiu do grupo controle não-tratado (RC). Os animais treinados e tratados com L-NAME (RTL), por sua vez, não apresentaram taquicardia, mas, sim, bradicardia como a apresentada pelo grupo de animais somente treinados. Esses achados indicam que o treinamento físico prévio foi efetivo em atenuar a taquicardia induzida pelo tratamento com L-NAME, uma vez que esses animais apresentaram a FC basal e a FCI semelhantes ao grupo controle. Esse fato se deve, possivelmente, ao efeito do exercício físico em prevenir o aumento da influência simpática cardíaca induzida pela deficiência do NO5,18. Observou-se, no grupo de animais somente treinados, proeminente bradicardia basal associada à redução da FCI. Essa bradicardia parece ser causada por alguns mecanismos, inclusive com a participação do NO. Alguns estudos têm mostrado que o NO aumentaria a resposta da FC à estimulação vagal, tanto
Em relação ao controle autonômico, o presente estudo mostrou na avaliação farmacológica e na análise da VFC que o treinamento físico prévio atenua ou até impede as alterações no balanço autonômico cardíaco induzidas pelo bloqueio da síntese do NO. Na avaliação farmacológica, o tônus autonômico cardíaco manteve o predomínio do componente vagal sobre o componente autonômico simpático na determinação da FC basal, ao contrário do predomínio simpático observado nos animais não-treinados e tratados com L-NAME. No caso da avaliação da VFC, o treinamento físico prévio também foi o responsável em atenuar grande parte das alterações encontradas após o bloqueio da síntese do NO. Nesse caso, em especial, observou-se que as oscilações de BF estavam reduzidas nos animais controle tratados com L-NAME e que o treinamento físico prévio impediu essa redução. Esse paradoxo, em que o possível aumento na atividade simpática, promovendo taquicardia nos animais hipertensos tratados com L-NAME, estaria associado com a diminuição nas oscilações de BF na VFC já foi observado anteriormente, tanto em ratos5 quanto em outras situações com humanos que apresentavam aumento da atividade simpática, como exercício físico pesado24 ou falência cardíaca severa25. Nessas situações, quando os mecanismos fisiológicos são mobilizados na sua capacidade máxima para manter a homeostase, o sistema cardiovascular não apresentaria reserva para manter sua variabilidade. De fato, a causa da redução nas oscilações de BF na VFC nesse modelo de hipertensão ainda é desconhecida, entretanto tem sido sugerido que o aumento na atividade simpática, associado às anormalidades na modulação autonômica central, a deficiência na regulação barorreflexa arterial e as alterações na sensibilidade cardíaca às catecolaminas podem ser os responsáveis pela redução das oscilações de BF na VFC5,25.
O predomínio simpático, observado na análise farmacológica do tônus autonômico, e a redução nas oscilações de BF na VFC parecem refletir os efeitos da inibição da síntese do NO, principalmente no sistema nervoso central. Essa afirmação baseia-se em estudos anteriores que demonstraram que o NO atuaria em sítios centrais do controle autonômico cardiovascular. Esses estudos, realizados em diferentes espécies, sugerem que o NO influenciaria o processamento das informações advindas da aferência barorreceptora, principalmente no núcleo do trato solitário (NTS) e na medula ventrolateral rostral (RVLM)26-29. Um estudo em ratos anestesiados mostrou que a infusão intravenosa de L-NAME reduzia a descarga neuronal do NT26 e que microinjeções unilaterais de L-arginina, também no NTS, produziam proeminente resposta depressora neuronal, bradicardia e redução da atividade do nervo simpático renal27. Por sua vez, microinjeções de L-NAME ou L-NMMA dentro do RVLM de ratos e gatos promoviam o aumento da PA28,29. Quando o barorreflexo foi avaliado, demonstrou-se que tanto a microinjeção de L-NAME em sítios centrais de controle cardiovascular30 quanto a sua administração sistêmica promoviam redução na sensibilidade do barorreflexo5.
Nossos achados demonstraram que o exercício físico prévio reduz o prejuízo no controle autonômico cardíaco induzido pela deficiência do NO. Os mecanismos responsáveis por esse efeito ainda são incertos, porém é notório que o exercício físico, principalmente o aeróbio, induziria adaptações em sítios centrais e periféricos no controle cardiovascular, inclusive promovendo aumento na expressão da eNOS e nNOS31,32. Nesse caso, foi demonstrado em regiões centrais, como hipotálamo, NTS e RVLM, que as adaptações induzidas pelo exercício físico seriam caracterizadas pela diminuição do
Por sua vez, a avaliação da variabilidade da PAS demonstrou que o bloqueio da síntese do NO com L-NAME promoveu acentuado aumento nas oscilações de BF, atribuídas à modulação simpática, que não foi evitado pelo treinamento físico prévio. Entre as possíveis conseqüências, o aumento nas oscilações de BF da PAS provocaria a ativação de vias mecanossensitivas e autócrinas, promovendo hipertrofia cardíaca concêntrica e maior incidência de disfunções cardiovasculares37,38. Já o NO teria ação tamponante sobre as oscilações de BF, opondo-se à modulação simpática vascular39. Essa ação seria desencadeada por alterações agudas nos valores da PA, aumentando a tensão de cisalhamento nas células endoteliais e, conseqüentemente, a liberação do NO. As oscilações induzidas pela ativação simpática ocorreriam em freqüências de variações entre 0,2 e 0,6 Hz, pertencentes à banda de BF, diferentemente do controle barorreflexo da variabilidade da PA, que atuaria em freqüências inferiores a 0,1 Hz40. Portanto, nossos resultados deixam evidente a participação do NO na modulação das oscilações de BF da PAS, entretanto não podemos afirmar que o exercício físico não exerce efeito sobre essa modulação ou se os mecanismos adaptativos induzidos pelo exercício físico na PA seriam totalmente dependentes da ação do NO.
Em suma, nossos resultados mostram que o treinamento físico prévio impede as alterações no controle autonômico cardíaco induzidas pelo bloqueio da síntese do NO com L-NAME. No entanto, o treinamento físico prévio não impediu o aumento das oscilações de BF na variabilidade da PAS após o bloqueio da síntese do NO.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo foi financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP.
Este artigo é parte de tese de Mestrado de Bruno Rafael Orsini Rossi pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo.
Correspondência: Hugo Celso Dutra de Souza Rua Luís Basso, 130 - Jardim Recreio 14040-150 - Ribeirão Preto, SP - Brasil E-mail:
Artigo enviado em 30/10/07; revisado recebido em 06/03/08; aceito em 10/03/08.
BACKGROUND: The nitric oxide (NO) synthesis blockade is characterized by an increase in the cardiac sympathetic activity and the physical training promotes the decrease in the sympathetic activity. OBJECTIVE: We investigated the effect of the NO synthesis blockade on the autonomic cardiovascular control in rats submitted to aerobic exercises during a 10-week period. METHODS: Male Wistar rats were divided in four groups: control rats, treated with chow food and water ad libitum for 10 weeks (CR); control rats, treated with N G-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) during the last week (CRL); rats trained during 10 weeks on an electrical treadmill (TR); rats trained for 10 weeks and treated with L-NAME during the last week (TRL). The autonomic cardiovascular control was investigated in all groups with the use of a double blockade with methylatropine and propranolol and analysis of variability. RESULTS: The CRL and TRL groups presented hypertension. The CRL group presented tachycardia and predominance of the sympathetic tonus in heat rate (HR) measurement after the pharmacological autonomic blockade. The TR group presented bradycardia and lower intrinsic HR when compared to the others. The evaluation of the HR variability showed lower absolute and normalized values in the low frequency (LF) band in the CRL group. On the other hand, the TRL presented an increase in the LF band in absolute values. The analysis of variability of the systemic arterial pressure (SAP) showed that the CRL and TRL groups presented higher values in the LF band. CONCLUSION: The previous physical exercise prevented the deficit in the autonomic cardiac control induced by the treatment with L-NAME, but did not prevent the increase in the SAP variability.
Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, SP - Brazil
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The analogs of L-arginine (L-NMMA) or NG-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME), promote elevated and sustained arterial hypertension and have been extensively used as an experimental model of hypertension1. Hypertension occurs because these analogs compete with the endothelial L-arginine, preventing the action of the endothelial nitric oxide synthase (eNOS) and resulting in the substantial decrease in the nitric oxide (NO) production2. However, the increase in blood pressure (BP) is not only a consequence of the elimination of the vasodilating action of the NO, but also due to the elimination of its influence on the sites of cardiovascular autonomic control, promoting the increase in sympathetic activity. This statement is based on experimental animal studies that showed the increase in the sympathetic activity after the blockade of the NO synthesis3,4. It was also observed the predominance of the sympathetic autonomic component on the vagal component, associated with the decrease in the baroreflex sensitivity after the blockade of the NO synthesis5. In humans, the increase in the sympathetic activity in pathological situations such as arterial hypertension, many times associated to endothelial dysfunction, with a consequent decrease in the eNOS activity, has been observed6-8.
Many studies have demonstrated that the practice of physical exercises also influences the cardiovascular autonomic control. It has been shown that rats submitted to training with aerobic exercises presented a decrease in the basal heart rate (HR), intrinsic heart rate (IHR), increase in the vagal tonus and decrease in the cardiac sympathetic tonus.
Additionally, it was also observed an improvement in the baroreflex sensitivity, represented by the enhanced reflex tachycardic response to the induced hypotension9-11. Associated to these effects, the physical exercise also seems to reduce the BP levels and increase the NO release levels and activity12.
In the clinical context, it has also been demonstrated that the physical training improves the cardiovascular autonomic and endothelial vasodilating functions in a systemic way, promoting beneficial cardiac and vascular effects13,14. These benefits, among several causes, would also be related to a higher NO production15.
Routine physical exercise practice has been used as systemic arterial hypertension (SAH) prevention and anti-hypertensive therapy, attenuating the BP levels and decreasing the risk factors for cardiovascular diseases, including the autonomic ones8. However, the mechanisms involved in this process have yet to be fully elucidated. Therefore, the objective of the present study was to investigate the effect of previous physical exercise practice on the autonomic cardiac and vascular adaptations in rats submitted to the arterial hypertension model induced by the NO synthesis blockade. For that purpose, the present study used two different approaches: the pharmacological assessment of the autonomic tonus and the analysis of the variability of the HR and BP through the spectral analysis.
All experimental procedures involved in the present study were approved by the Ethics Committee for Animal Research from the School of Medicine of Ribeirão Preto of the University of São Paulo.
Male Wistar rats (150-180 g) were placed in individual boxes under controlled temperature conditions (21ºC) and 12-hour dark/light cycles. The animals were divided in four experimental groups:
1. Control rats, treated with chow food and water
2. Control rats, submitted to treatment with NG-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dissolved in the drinking water during the last (tenth) week (CRL group; n = 14);
3. Group of rats trained during 10 weeks on an electrical treadmill (TR group; n=14);
4. Group of rats trained for 10 weeks and treated with L-NAME dissolved in the drinking water during the last week (TRL group; n=14).
The animals from the training groups were submitted to the aerobic exercise protocol through forced treadmill exercise (Insight model EP-131, Ribeirão Preto, SP, Brazil) during ten weeks. The treadmill had six individual stalls that were 15-cm high, 10-cm wide and 50-cm length. The training was carried out with the treadmill at 0° angle of inclination, velocity of 25 m/s, five days a week.
The temporal series generated from the IP and SAP were divided in continuous segments of 300 beats, with an overlap of 50% between the adjacent segments. After the calculation of the means and the variance of each segment, these were submitted to the spectral analysis through an autoregressive method, as described in the lietarture16,17.
The modeling of the oscillatory components present in the stationary segments of the temporal series of SAP and IP was calculated based on the Levinson-Durbin recursion, with the model being chosen according to Akaike criteria16. This procedure allows the automatic quantification of the frequency axis and power of each relevant oscillatory component, present in temporal series. The oscillatory components were classified as: very low frequency (VLF: 0.01-0.20 Hz), low frequency (LF: 0.20-0.75 Hz) and high frequency (HF: 0.75-2.50 Hz). The power of the oscillations of the LF and HF of the heart rate variability was also expressed in normalized units, obtained through the calculation of the ratio between the band power, LF or HF and by the total power after the subtraction of the VLF values. The normalization procedure was carried out to minimize the total power variations in the absolute values of the components of the LF and HF16,17.
The aerobic physical exercise has been broadly used as a non-pharmacological anti-hypertensive therapy, attenuating the BP levels and decreasing the risk of metabolic and cardiovascular diseases, many times associated to endothelial dysfunction and decrease in the eNOS activity13-15.
In the present study, the aerobic physical training on an electrical treadmill was not capable to inhibit or attenuate the BP increase due to the NO synthesis inhibition. In turn, some studies have shown that the aerobic training promotes the decrease in the BP values in animals chronically treated with L-NAME. This decrease would be associated to the increase in the eNOS activity and, consequently, increase in the NO availability12,18. The non-attenuation of the BP observed in the present study might be associated to methodological differences, such as time of treatment (7 days) and L-NAME dose (70 mg/kg), time (10 weeks) and intensity (25 m/s) of training. However, it is clear in our study that the physical training promoted adaptations, especially on the cardiac control.
The NO synthesis blockade with L-NAME also promotes important alterations in the cardiovascular autonomic control. Among them is the inversion in the cardiac autonomic balance, with the sympathetic predominance5. Our results showed that the previous physical training, for a period of 10 weeks, prevents the inversion of the cardiac autonomic balance, as a consequence of the NO synthesis blockade for one week (tenth), preserving the vagal predominance. In turn, the physical training did not prevent the increase in the BP variability, characterized by the elevated oscillation in the LF band of the SAP.
The treatment of the non-trained animals with L-NAME (CRL) promoted marked tachycardia, which seems to be attributed to the elevated sympathetic influence, as the IHR did not differ from that of the non-treated control group (CR). The trained animals treated with L-NAME (TRL), in turn, did not present tachycardia, but bradycardia, as the one presented by the group of untreated trained animals (TR). These findings indicate that the previous physical training was effective in attenuating the tachycardia induced by the L-NAME treatment, as these animals presented basal HR and IHR similar to those of the control group. This is possibly due to the effect of the physical exercise in preventing the increase of the cardiac sympathetic influence, induced by the NO deficiency5,18. It was also observed, in the group of untreated trained animals, marked basal bradycardia associated to the IHR decrease. This bradycardia seems to be caused by some mechanisms, perhaps even with the participation of the NO. Some studies have shown that the NO would increase the HR response to the vagal stimulation,
Regarding the autonomic control, the present study showed, at the pharmacological evaluation and HRV analysis, that the previous physical training attenuates or even prevents the alterations in the cardiac autonomic balance induced by the NO synthesis blockade. At the pharmacological evaluation, the cardiac autonomic tonus maintained the predominance of the vagal component over the sympathetic autonomic component in the basal HR measurement, in opposition to the sympathetic predominance observed in non-trained animals treated with L-NAME. Regarding the assessment of the HRV, the previous physical training was also responsible for the attenuation of many of the alterations found after the NO synthesis blockade. In this case, specifically, it was observed that the LF oscillations were decreased in the control animals treated with L-NAME and that the previous physical training prevented this decrease. This paradox, in which the possible increase in the sympathetic activity, promoting tachycardia in the hypertensive animals treated with L-NAME, would be associated with the decrease in the LF oscillations in the HRV has been observed before, in rats5 as well as in other situations with humans that presented increase in the sympathetic activity, such as heavy physical exercise24 or severe heart failure25. In these situations, when the physiological mechanisms are activated to their maximum capacity to maintain homeostasis, the cardiovascular system would not present a reserve to maintain its variability.
Indeed, the cause of the decrease in the LF oscillations in the HRV in this model of hypertension remains unknown; however, it has been suggested that the increase in the sympathetic activity, associated to the abnormalities in the central autonomic modulation, the deficiency in the arterial baroreflex regulation and the alterations in the cardiac sensitivity to the catecholamines might be responsible for the decrease in the LF oscillations in the HRV5,25.
The sympathetic predominance observed in the pharmacological analysis of the autonomic tonus and the decrease in the LF oscillations in the HRV seem to reflect the effects of the NO synthesis inhibition, mainly in the central nervous system. This statement is based on previous studies that demonstrated that the NO would act on central sites of cardiovascular autonomic control. These studies, carried out in different species, suggest that the NO would influence the processing of information from the baroreceptor afference, mainly in the solitary tract nucleus (STN) and in the rostral ventrolateral medulla (RVLM)26-29.
A study carried out in anesthetized rats showed that the intravenous infusion of L-NAME decreased the neuronal discharge of NT26 and that unilateral microinjections of L-arginine, also in the STN, produced a marked depressor neuronal response, bradycardia and decrease in the activity of the renal sympathetic nerve27.
In turn, microinjections of L-NAME or L-NMMA inside the RVLM of rats and cats promoted BP increase28,29. When the baroreflex was assessed, it was demonstrated that not only the microinjection of L-NAME in central sites of cardiovascular control30, but also its systemic administration promoted the decrease in the baroreflex sensitivity5.
Our findings demonstrated that the previous physical exercise decreases the impairment in the cardiac autonomic control induced by the NO deficiency. The mechanisms responsible for this effect are still uncertain, however, it is unquestionable that physical exercises, and mainly the aerobic type, would induce adaptations in central and peripheral sites in the cardiovascular control, even promoting an increase in the eNOS and nNOS expression31,32. In this case, it was demonstrated in central regions, such as the hypothalamus, STN and RVLM, that the adaptations induced by the physical exercise would be characterized by the decrease in the autonomic sympathetic drive, suggesting the participation of NO in such adaptations33-36.
In turn, the assessment of the SAP variability demonstrated that the NO synthesis blockade with L-NAME promoted a marked increase in the LF oscillations, attributed to the sympathetic modulation, which was not prevented by the previous physical training. Among the possible consequences, the increase in the LF oscillations of the SAP would cause the activation of mechanosensitive and autocrine pathways, promoting concentric cardiac hypertrophy and a higher incidence of cardiovascular dysfunctions37,38. As for the NO, it would have a tamponade action over the LF oscillations, in opposition to the vascular sympathetic modulation39.
This action would be triggered by acute alterations in the BP values, increasing the shearing tension in the endothelial cells and, consequently, the release of NO. The oscillations induced by the sympathetic activation would occur at frequencies ranging from 0.2 to 0.6 Hz, thus belonging to the LF band, differently from the baroreflex control of BP variability, which would act at frequencies lower than 0.1 Hz40. Therefore, our results clearly demonstrate the participation of the NO in the modulation of the LF oscillations of the SAP; however, we cannot affirm that the physical exercise does not have an effect on this modulation or whether the physical-exercise induced adaptive mechanisms in BP could be totally dependent on the NO action.
In summary, our results show that the previous physical training prevents alterations in the cardiac autonomic control induced by the NO synthesis blockade with L-NAME. However, the previous physical training did not prevent the increase in the LF oscillations in the SAP variability after the NO synthesis blockade.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
This study was funded by
This article is part of the thesis of Master submitted by Bruno Rafael Orsini Rossi, from
FUNDAMENTO: El bloqueo de la síntesis de óxido nítrico (NO) se caracteriza por el incremento de la actividad simpática cardiaca, y el entrenamiento físico promueve la reducción de la actividad simpática. OBJETIVO: Investigamos el efecto del bloqueo de la síntesis del NO sobre el control autonómico cardiovascular en ratones sometidos al ejercicio aerobio durante diez semanas. MÉTODOS: Se dividieron ratones wistar en cuatro grupos: control tratados con ración y agua ad libitum durante diez semanas (RC); control tratados con NG-nitro-L-arginina metil éster (L-NAME) en la última semana (RCL); entrenados durante diez semanas en cinta motorizada (RT); entrenados por diez semanas y tratados con L-NAME en la última semana (RTL). Se investigó el control autonómico cardiovascular en todos los grupos con la utilización de doble bloqueo con metilatropina y propranolol, y análisis de la variabilidad. RESULTADOS: Los grupos RCL y RTL presentaron hipertensión. El grupo RCL presentó taquicardia y predominio del tono simpático en la determinación de la FC tras el bloqueo autonómico farmacológico. El grupo RT presentó bradicardia y menor frecuencia cardiaca (FC) intrínseca en relación a los demás. La evaluación de la variabilidad de la FC mostró menores valores absolutos y normalizados en la banda de baja frecuencia (BF) en el grupo RCL. El grupo RTL presentó elevación en la banda de BF en valores absolutos. El análisis de la variabilidad de la PAS mostró que los grupos RCL y RTL presentaron mayores valores en la banda de BF. CONCLUSIÓN: El ejercicio físico previo impidió el déficit en el control autonómico cardiaco inducido por el tratamiento con L-NAME, pero no impidió el aumento en la variabilidad de la PAS.
Facultad de Medicina de Ribeirão Preto de la Universidad de São Paulo, Ribeirão Preto, SP - Brasil
Correspondencia
Los análogos de la L-arginina, como el NG-monometil-L-arginina (L-NMMA) o NG-nitro-L-arginina metil éster (L-NAME), promueven elevada y sostenida hipertensión arterial y han sido muy utilizados como modelo experimental de hipertensión1. La hipertensión ocurre porque esos análogos concurren con la L-arginina endotelial, impidiendo la acción del óxido nítrico sintasa endotelial (eNOS) y resultando en la reducción sustancial de la producción del óxido nítrico (NO)2. Sin embargo, el aumento en la presión arterial (PA) no es sólo consecuencia de la retirada de la acción vasodilatadora del NO, sino también derivada de la retirada de su influencia sobre los sitios del control autonómico cardiovascular, al promover el incremento de la actividad simpática. Esta afirmación está basada en estudios con animales experimentales que mostraron el incremento en la actividad simpática tras el bloqueo de la síntesis del NO3,4. Se verificó también el predominio del componente autonómico simpático sobre el componente vagal, asociado a la disminución de la sensibilidad barorrefleja tras el bloqueo de la síntesis del NO5. En humanos, se observó la elevación de la actividad simpática en situaciones patológicas como hipertensión arterial, muchas veces asociada a la disfunción endotelial con consecuente disminución de la actividad de la eNOS6-8.
A su vez, muchos estudios evidenciaron que la realización de ejercicios físicos también influencia el control autonómico cardiovascular. Se mostró que ratones sometidos al entrenamiento con ejercicios físicos aerobios presentaban disminución en la frecuencia cardiaca (FC) basal, frecuencia cardiaca intrínseca (FCI), aumento en el tono vagal y reducción del tono simpático cardíaco. Además de ello, se observó también la mejora en la sensibilidad barorrefleja, representada por la mayor respuesta taquicárdica refleja a la hipotensión inducida9-11. Asociado a estos efectos, el ejercicio físico también parece reducir los valores de la PA y aumentar los niveles de liberación y actividad del NO12.
En el contexto clínico, también se demostró que el entreno físico mejora la función autonómica cardiovascular y vasodilatadora endotelial de modo sistémico, al promover efectos benéficos cardíacos y vasculares13,14. Esos beneficios, entre diversas causas, también estarían relacionados con la mayor producción del NO15.
A su vez, la realización periódica de ejercicios físicos ha sido utilizada como prevención y terapia antihipertensiva, al atenuar los valores de la PA y reducir los efectos de los factores de riesgo para enfermedades cardiovasculares, incluso autonómicos8. Sin embargo, los mecanismos implicados en ese proceso aún no están totalmente elucidados. Por lo tanto, el presente estudio tuvo como objetivo investigar el efecto del ejercicio físico previo sobre las adaptaciones autonómicas cardíacas y vasculares en ratones sometidos al modelo de hipertensión arterial inducida por el bloqueo de la síntesis del NO. Para ello, el presente estudio utilizó dos abordajes: la evaluación farmacológica del tono autonómico y el análisis de la variabilidad de la FC y PA por medio del análisis espectral.
Todos los procedimientos experimentales implicados en este estudio fueron aprobados por el Comité de Ética para investigación con animales de la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto de la Universidad de São Paulo.
Se colocaron ratones wistar machos (150-180 g) en cajas individuales bajo condiciones de temperatura controlada (21ºC) y ciclo claro/oscuro de 12 horas.Se dividieron los animales en cuatro grupos experimentales:
1. Grupo de ratones-control tratados con ración y agua
2. Grupo de ratones-control sometidos al tratamiento con L-NAME disuelto en el agua de beber (70 mg/kg) durante la última (décima) semana (grupo RCL; n = 14).
3. Grupo de ratones entrenados en cinta motorizada durante diez semanas (grupo RT; n = 14).
4. Grupo de ratones entrenados durante diez semanas y tratados en la última semana con L-NAME disuelto en el agua de beber (grupo RTL; n = 14).
Se sometieron los animales de los grupos entrenados al protocolo de ejercicio aerobio, por medio de marcha forzada en cinta motorizada (Insight modelo EP-131, Ribeirão Preto, SP, Brasil) durante diez semanas. La cinta poseía seis partes individuales con altura de 15 cm, ancho interno de 10 cm y largo de 50 cm. Se realizó el entreno con la cinta hacia 0° de inclinación, velocidad de 25 m/s, cinco días por semana.
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El ejercicio físico aerobio ha sido ampliamente utilizado como terapia antihipertensiva no farmacológica, al atenuar los valores de la PA y reducir el riesgo de enfermedades metabólicas y cardiovasculares, muchas veces asociadas a la disfunción endotelial y disminución de la actividad de la eNOS13-15.
En nuestro estudio, el entrenamiento físico aerobio en cinta motorizada no fue capaz de inhibir o atenuar la elevación de la PA proveniente de la inhibición de la síntesis del NO. Sin embargo, algunos estudios evidenciaron que el entrenamiento aerobio promovería una disminución en los valores de PA en animales tratados crónicamente con L-NAME. Esa disminución estaría asociada al aumento de la actividad de la eNOS y, consecuentemente, aumento en la disponibilidad del NO12,18. La no atenuación de la PA, observada en nuestro estudio, puede estar asociada a las diferencias metodológicas, como el período de tratamiento (7 días) y dosificación del L-NAME (70 mg/kg), tiempo (10 semanas) e intensidad (25 m/s) de entrenamiento. Sin embargo, es evidente, en nuestro estudio, que el entrenamiento físico previo generó adaptaciones, principalmente sobre el control cardíaco.
El bloqueo de la síntesis del NO con L-NAME también provoca importantes cambios en el control autonómico cardiovascular. De ellos, se destaca la inversión en el balance autonómico cardíaco, con el predominio simpático5. Nuestros resultados demostraron que el entreno físico previo, durante diez semanas, impide la inversión del balance autonómico cardíaco en consecuencia del bloqueo de la síntesis del NO por una semana (décima), preservándose el predominio vagal. A su vez, el entrenamiento físico no previno el aumento en la variabilidad de la PA, caracterizada por la elevada oscilación en la banda BF de la PAS.
El tratamiento de los animales no entrenados (RCL) con L-NAME provocó una prominente taquicardia que se puede atribuir a la elevada influencia simpática, una vez que la FCI no difirió del grupo control no tratado (RC). Los animales entrenados y tratados con L-NAME (RTL), no presentaron taquicardia, sino bradicardia como la que presentó el grupo de animales sólo entrenados. Estos hallazgos indican que el entrenamiento físico previo fue efectivo en atenuar la taquicardia inducida por el tratamiento con L-NAME, ya que esos animales presentaron la FC basal y la FCI semejantes al grupo control. Este hecho se debe, posiblemente, al efecto del ejercicio físico en prevenir el aumento de la influencia simpática cardiaca inducida por la deficiencia del NO5,18. Se observó, en el grupo de animales sólo entrenados, prominente bradicardia basal asociada a la reducción de la FCI. Esa bradicardia parece ser causada por algunos mecanismos, incluso con la participación del NO. Algunos estudios han evidenciado que el NO incrementaría la respuesta de la FC a la estimulación vagal, tanto
En relación al control autonómico, el presente estudio evidenció en la evaluación farmacológica y en el análisis de la VFC que el entrenamiento físico previo atenúa o impide los cambios en el balance autonómico cardíaco, inducidos por el bloqueo de la síntesis del NO. En la evaluación farmacológica, el tono autonómico cardíaco mantuvo el predominio del componente vagal sobre el componente autonómico simpático en la determinación de la FC basal, al contrario del predominio simpático observado en los animales no entrenados y tratados con L-NAME. En el caso de la evaluación de la VFC, el entrenamiento físico previo también fue el responsable de atenuar gran parte de los cambios encontrados tras el bloqueo de la síntesis del NO. En ese caso, sobre todo, se observó que las oscilaciones de BF estaban reducidas en los animales control tratados con L-NAME y que el entrenamiento físico previo impidió esa reducción. Ya se observó anteriormente que dicha paradoja —en que el posible aumento en la actividad simpática, provocándose taquicardia en los animales hipertensos tratados con L-NAME—, se asociaría a la disminución en las oscilaciones de BF en la VFC, tanto en ratones5 como en otras situaciones con humanos, los que presentaban aumento de la actividad simpática, como ejercicio físico pesado24 o insuficiencia cardiaca severa25. En esas situaciones, cuando se movilizan los mecanismos fisiológicos en su capacidad máxima para mantener la homeostasis, el sistema cardiovascular no presentaría reserva para mantener su variabilidad. De hecho, la causa de la disminución en las oscilaciones de BF en la VFC en ese modelo de hipertensión es aún desconocida. Sin embargo, se ha sugerido que el aumento en la actividad simpática, asociado a las anormalidades en la modulación autonómica central, la deficiencia en la regulación barorrefleja arterial y los cambios en la sensibilidad cardiaca a las catecolaminas pueden ser los responsables de la disminución de las oscilaciones de BF en la VFC5,25.
El predominio simpático, observado en el análisis farmacológico del tono autonómico, y la disminución en las oscilaciones de BF en la VFC parecen revelar los efectos de la inhibición de la síntesis del NO, principalmente en el sistema nervoso central. Esta afirmación está basada en estudios anteriores que demostraron que el NO actuaría en sitios centrales del control autonómico cardiovascular. Esos estudios, realizados en diferentes especies, sugieren que el NO influenciaría el procesamiento de las informaciones advenidas de la aferencia barorreceptora, principalmente en el núcleo del trato solitario (NTS) y en la medula ventrolateral rostral (RVLM)26-29. Un estudio en ratones anestesiados evidenció que la infusión intravenosa de L-NAME reducía la descarga neuronal del NT26 y que microinyecciones unilaterales de L-arginina, también en el NTS, producían prominente respuesta depresora neuronal, bradicardia y reducción de la actividad del nervio simpático renal27. Las microinyecciones de L-NAME o L-NMMA, a su vez, dentro del RVLM de ratones y gatos promovían el aumento de la PA28,29. Cuando se evaluó el barorreflejo se demostró que tanto la microinyección de L-NAME en sitios centrales de control cardiovascular30 como su administración sistémica promovían disminución en la sensibilidad del barorreflejo5.
Nuestros hallazgos evidenciaron que el ejercicio físico previo reduce el perjuicio en el control autonómico cardíaco inducido por la deficiencia del NO. Los mecanismos responsables por ese efecto son aún inciertos, pero se nota que el ejercicio físico, principalmente el aerobio, induciría adaptaciones en sitios centrales y periféricos en el control cardiovascular, incluso provocándose un aumento en la expresión de la eNOS y nNOS31,32. En ese caso, se demostró en regiones centrales, como hipotálamo, NTS y RVLM, que las adaptaciones inducidas por el ejercicio físico se caracterizarían por la disminución del
Por otro lado, la evaluación de la variabilidad de la PAS demostró que el bloqueo de la síntesis del NO con L-NAME promocionó acentuado aumento en las oscilaciones de BF, atribuidas a la modulación simpática, que no fue evitado por el entrenamiento físico previo. Entre las posibles consecuencias, el aumento en las oscilaciones de BF de la PAS provocaría la activación de vías mecanosensitivas y autocrinas, provocando hipertrofia cardiaca concéntrica y mayor incidencia de disfunciones cardiovasculares37,38. Ya el NO tendría acción tamponante sobre las oscilaciones de BF, oponiéndose a la modulación simpática vascular39. Esta acción sería desencadenada por alteraciones agudas en los valores de la PA, incrementándose la tensión de cizallamiento en las células endoteliales y, consecuentemente, la liberación del NO. Las oscilaciones inducidas por la activación simpática ocurrirían en frecuencias de variaciones entre 0,2 y 0,6 Hz, pertenecientes a la banda de BF, diferentemente del control barorreflejo de la variabilidad de la PA, que actuaría en frecuencias inferiores a 0,1 Hz40. Por lo tanto, nuestros resultados evidencian la participación del NO en la modulación de las oscilaciones de BF de la PAS, pero no podemos afirmar que el ejercicio físico no ejerce efecto sobre esa modulación o si los mecanismos adaptativos inducidos por el ejercicio físico en la PA serían totalmente dependientes de la acción del NO.
Resumiendo, nuestros resultados muestran que el entrenamiento físico previo impide los cambios en el control autonómico cardíaco, inducidos por el bloqueo de la síntesis del NO con L-NAME. Pero, el entrenamiento físico previo no impidió el aumento de las oscilaciones de BF en la variabilidad de la PAS tras el bloqueo de la síntesis del NO.
Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.
El presente estudio fue financiado por la Fundación de Amparo a la Investigación del Estado de São Paulo-FAPESP
Este artículo forma parte de tesis de Maestría de Bruno Rafael Orsini Rossi, por la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto de la Universidad de São Paulo.