FUNDAMENTO: O papel do sistema adrenérgico na remodelação induzida pelo tabagismo é desconhecido. OBJETIVO: Investigar a influência do propranolol na remodelação induzida pela exposição à fumaça de cigarro. MÉTODOS: Ratos foram alocados em três grupos: 1) C, n=10 - animais controle; 2) F, n=10 - animais expostos à fumaça de cigarro; 3) BB, n=10 - animais expostos à fumaça de cigarro e que receberam propranolol (40 mg/kg/dia). Após dois meses, os animais foram submetidos a estudo ecocardiográfico e morfométrico. Utilizou-se análise de variância (ANOVA) de uma via (média ± desvio padrão) ou Kruskal-Wallis (mediana e intervalo interquartil). RESULTADOS: O Grupo BB apresentou menor frequência cardíaca que o Grupo F (C = 358 ± 74 btm, F = 374 ± 53 bpm, BB = 297 ± 30; P = 0,02). O Grupo F apresentou maiores diâmetros diastólicos (C = 18,6 ± 3,4 mm/kg, F = 22,8 ± 1,8 mm/kg, BB = 21,7 ± 1,8 mm/kg; P = 0,003) e sistólicos (C = 8,6 ± 2,1 mmkg, F = 11,3 ± 1,3 mm/kg, BB = 9,9 ± 1,2 mm/kg; P = 0,004) do ventrículo esquerdo (VE), ajustado ao peso corporal (PC) e tendência de menor fração de ejeção (C = 0,90 ± 0,03, F = 0,87 ± 0,03, BB =0,90 ± 0,02; P = 0,07) que o Grupo C. O Grupo BB apresentou tendência de menor relação VE/PC que o Grupo F (C = 1,94 (1,87 - 1,97), F = 2,03 (1,9-2,1) mg/g, BB = 1,89 (1,86-1,94); P = 0,09). CONCLUSÃO: A administração de propranolol atenuou algumas variáveis da remodelação ventricular induzida pela exposição à fumaça do cigarro em ratos.
ARTIGO ORIGINAL
EXPERIMENTAL
Efeitos da administração de beta-bloqueador na remodelação ventricular induzida pelo tabagismo em ratos
Faculdade de Medicina de Botucatu, Botucatu, SP - Brasil
A remodelação cardíaca pode ser definida como variações no tamanho, massa, geometria, composição e função do coração. Esse processo ocorre em resposta a diversos estímulos, incluindo infarto do miocárdio, hipertensão arterial sistêmica, doença valvar e mutações genéticas1-3. Inicialmente, a remodelação é processo adaptativo compensatório, desde que as alterações morfológicas podem restaurar ou preservar a função cardíaca em resposta a diferentes agressões. Cronicamente, entretanto, o processo de remodelação resulta em queda progressiva da função ventricular, sinais e sintomas de insuficiência cardíaca e morte1-3.
Recentemente, vários estudos mostraram que, no modelo do rato, a exposição à fumaça do cigarro resulta em remodelação cardíaca, caracterizada por aumento da cavidade ventricular esquerda, hipertrofia dos miócitos e queda da função ventricular4-9. Contudo, os mecanismos envolvidos nesse fenômeno ainda permanecem por serem determinados. Dentre os mecanismos envolvidos na modulação das alterações funcionais e morfológicas presentes em diferentes modelos de agressão, a ativação do sistema adrenérgico parece desempenhar papel de destaque10,11. Assim, estudos já mostraram que o uso de beta-bloqueadores atenua a remodelação cardíaca em diferentes modelos experimentais e clínicos12. No entanto, os efeitos da administração de beta-bloqueadores na remodelação induzida pela exposição à fumaça do cigarro não são conhecidos.
Portanto, o objetivo desse estudo foi investigar a influência da administração de propranolol na remodelação ventricular induzida pela exposição à fumaça de cigarro em ratos.
O protocolo experimental do presente trabalho foi aprovado pela Comissão de Ética em Experimentação Animal da Faculdade de Medicina de Botucatu, estando em conformidade com os Princípios Éticos na Experimentação Animal, adotados pelo Colégio Brasileiro de Experimentação Animal.
Ratos Wistar, machos, pesando entre 200 g e 230 g, foram alocados em três grupos experimentais:
1) Grupo C, n=10 – formado por animais não expostos à fumaça do cigarro;
2) Grupo F, n=10 – formado pelos animais que foram expostos à fumaça de cigarro por período de dois meses;
3) Grupo BB, n=10 – formado pelos animais que foram expostos à fumaça de cigarro por período de dois meses e que receberam propranolol (40 mg/kg/dia) dissolvido na água de beber. Estudo prévio evidenciou que essa dose possui efeitos biológicos no modelo do rato13. Como a medicação estava diluída em água, foi realizado controle diário da ingestão de ração e água pelos animais.
Para expor os animais à fumaça do cigarro, foi utilizado o método proposto por Wang e cols.14, já padronizado em nosso laboratório4-9. No fim do período de estudo experimental, os animais foram expostos à fumaça de quarenta cigarros/dia. Com essa metodologia, a exposição à fumaça do cigarro resulta em remodelação cardíaca e piora funcional4-9.
A medida da pressão arterial sistólica (PAS) caudal foi realizada duas semanas antes do sacrifício. Os animais fumantes não foram submetidos à exposição à fumaça do cigarro por período de 24 horas antes das aferições. Utilizou-se plestimógrafo de cauda, constituído por um polígrafo (Byo-Sistem PE 300, NARCO) com sensor colocado na região proximal da cauda e um eletroesfigmomanômetro, possibilitando assim o registro gráfico da pressão arterial. Os animais foram aquecidos em caixa de madeira a 37ºC, com o calor gerado por duas lâmpadas de filamentos, por quatro minutos, e transferidos para um suporte cilíndrico de ferro, especialmente desenhado para permitir a completa exposição da cauda do animal. Na região proximal da cauda foi colocado o sensor (KSM-microfone) ligado ao plestimógrafo.
Vinte e quatro horas após o fim do período de observação, os animais foram submetidos ao estudo ecocardiográfico. Utilizou-se equipamento da Philips (modelo HDI 5500) dotado de transdutor multifrequencial até 12 MHz. As estruturas cardíacas foram medidas de acordo com as recomendações da
Após o estudo ecocardiográfico, os animais foram sacrificados por administração de pentobarbitol. A relação entre o peso dos ventrículos (esquerdo e direito), ajustado pelo peso corporal dos animais, foi utilizada como parâmetro de hipertrofia miocárdica16,17. As medidas foram feitas pelo mesmo observador, sem conhecimento a que grupos pertenciam os animais.
As comparações foram feitas pela ANOVA de uma via, complementadas pelo teste de Tukey, quando os dados apresentaram distribuição normal. Quando os dados não apresentaram distribuição normal, as comparações entre os grupos foram feitas pelo teste de Kruskal-Wallis. Os dados foram expressos em média ± desvio padrão (para distribuição normal) ou mediana com os percentis 25 e 75 (para distribuição não normal). O nível de significância foi 5%. As análises estatísticas foram feitas com o programa SigmaStat for Windows v3.5 (SPSS Inc, Chicago, IL).
Em relação à frequência cardíaca, os animais do Grupo BB apresentaram menores valores em relação aos animais fumantes (C = 358 ± 74 bpm, F = 374 ± 53 bpm, BB = 297 ± 30 bpm; P = 0,02). Por outro lado, não observamos diferença significativa na PAS caudal entre os animais dos três grupos (C = 117 (110-120) mmHg, F = 127 (110-140) mmHg, BB = 117 (115-120) mmHg; P = 0,142).
Os dados do estudo ecocardiográfico estão na
A análise funcional mostrou que os animais do Grupo F apresentaram maiores diâmetros sistólicos do ventrículo esquerdo, ajustado ao PC (C = 8,6 ± 2,1 mm/kg, F = 11,3 ± 1,3 mm/kg, BB = 9,9 ± 1,2 mm/kg; P = 0,004) em relação aos animais controle. Novamente, o Grupo BB apresentou valores intermediários dessa variável, já que não houve diferença em comparação aos valores tanto de C como de F. Do mesmo modo, houve tendência de menor fração de ejeção (C = 0,90 ± 0,03 %, F = 0,87 ± 0,03 %, BB =0,90 ± 0,02 %; P = 0,07) no Grupo F em comparação com C e tendência de menor porcentagem de encurtamento (C = 54 ± 5, F = 50 ± 4, BB = 54 ± 4; P = 0,09) no Grupo F, que os animais dos Grupos C e BB. Não foram encontradas diferenças em relação às outras variáveis.
Em relação às variáveis morfométricas cardíacas (
O objetivo desse estudo foi analisar o efeito da administração de beta-bloqueador no processo de remodelação ventricular, induzido pela exposição à fumaça de cigarro em ratos. Os resultados mostraram que o bloqueio dos receptores adrenérgicos beta foi acompanhado por atenuação de algumas alterações morfológicas e funcionais causadas pelo tabagismo.
Alterações da geometria, volume, massa e constituição do coração, em resposta à agressão miocárdica ou às alterações nas condições da carga, têm sido estudadas com o nome de remodelação cardíaca1-3. Aceita-se que a hipertrofia e o aumento da cavidade desempenham papel importante no processo de remodelação. Nossos dados confirmam estudos prévios4-9 em que o tabagismo foi acompanhado por aumento da cavidade ventricular no modelo do rato. Adicionalmente, um dos achados importantes do presente estudo foi que a administração de propranolol, um beta-bloqueador não seletivo (com ação em receptores β1 e β2) resultou em valores intermediários do diâmetro distólico do VE, em comparação aos animais fumantes e controles. Inicialmente, não foram encontradas diferenças entre os animais BB e os fumantes. No entanto, os valores de BB também não foram diferentes dos animais controle. Assim, nossos dados permitem sugerir que o propranolol não preveniu, mas atenuou o aumento da cavidade induzido pelo tabagismo.
Outro aspecto relevante refere-se ao fato de que, classicamente, o processo de remodelação está associado com diferentes graus de disfunção ventricular. Inicialmente, as alterações morfológicas características da remodelação podem ser consideradas como adaptativas frente às novas condições de carga a que o coração agredido é submetido. Entretanto, cronicamente, podem ocorrer alterações genéticas, moleculares e celulares cardíacas que são capazes de levar à piora progressiva da função ventricular1-3. Nossos dados estão em consonância com esse conceito, já que o aumento do diâmetro diastólico do VE com o tabagismo foi acompanhado por piora de índices da função ventricular esquerda, como o diâmetro sistólico final, fração de ejeção e porcentagem de encurtamento do VE. Aspecto a ser considerado, refere-se ao fato de que o propranolol resultou em valores intermedários entre os animais fumantes e os animais controle. Assim, podemos inferir que a administração de beta-bloqueador não preveniu, mas atenuou as alterações funcionais induzidas pelo tabagismo. Esse efeito é ainda mais relevante tendo-se em vista que os animais tratados com propranolol apresentavam menor frequência cardíaca. Fisiologicamente, a redução da frequência cardíaca está associada com diminuição dos valores dos índices de ejeção ventricular, independente de variações do estado contrátil do miocárdio.
Os mecanismos responsáveis pelas alterações morfológicas e funcionais cardíacas, induzidas pela exposição à fumaça do cigarro não estão completamente esclarecidos. Existem evidências suficientes mostrando que o monóxido de carbono está associado com apoptose, disfunção cardíaca, hipertrofia e dilatação da câmara ventricular esquerda após o infarto experimental18,19. Trabalho anterior no modelo de rato mostrou que a administração de antioxidante atenuou a remodelação induzida pelo tabagismo, sugerindo que o estresse oxidativo tem participação fisiopatológica nas alterações cardíacas provocadas pelo fumo6. De outra maneira, estudos prévios, com períodos de observação maiores que o do presente trabalho (quatro e seis meses), não observaram alterações no PO2 e na porcentagem de saturação da hemoglobina pelo O25,9. Assim, hipoxemia crônica e alterações na viscosidade sanguínea secundárias a hipóxia, potenciais candidatos que poderiam explicar os resultados de nosso estudo, provavelmente não tem participação na fisiopatologia das alterações induzidas pelo cigarro. Do mesmo modo, não foi encontrada associação entre a remodelação cardíaca induzida pelo tabagismo e a ativação de metaloproteinases dois e nove8. Outro mecanismo potencial está associado ao fato de que dados anteriores mostraram que a administração de nicotina em ratos conscientes resultou em vasoconstrição. Assim, a simpatectomia aboliu os efeitos vasoativos da nicotina20. No mesmo modelo, a fumaça de cigarro causou elevação dos níveis de endotelina-121 e a administração de antagonista seletivo dos receptores A da endotelina atenuaram a resposta pressórica induzida pela nicotina22. Em outro estudo, a administração de nicotina diminuiu a síntese de prostaciclina pelo endotélio vascular23. Adicionalmente, a administração de antagonista da vasopressina atenuou a vasoconstrição induzida pela nicotina nos vasos sanguíneos da pele24. Em nosso trabalho, entretanto, os animais expostos à fumaça do cigarro e tratados com propranolol não apresentaram diferenças nos níveis de pressão arterial em relação aos animais não tratados. Dessa forma, nossos dados sugerem que a atenuação da remodelação causada pelo propranolol não foi resultado dos efeitos da medicação na pressão arterial.
Devemos considerar que a ativação neurohumoral poderia, por mecanismos autócrinos e parácrinos, resultar em alterações em vias sinalizadoras intracelulares12,25. A clássica subdivisão de receptores β-adrenérgicos estabelece três subtipos: β1, β2 e β3 que ativam a adenil ciclase, por meio da proteína G, aumentando os níveis de AMP cíclico, com posterior estímulo da proteína quinase A. Essa, por sua vez, causa a fosforilação de diversas proteínas que modulam a contratilidade (por exemplo: canais L de cálcio, fosfolamban, troponina I, receptores de rianodina, SERCA2a) e a remodelação cardíaca (fosfatidil inositol 3-quinase, fatores de crescimento, ERK, quinases ativadas por mitógenos, entre outros). Assim, o bloqueio de receptores β-adrenérgicos está associado com menor remodelação secundária a vários estímulos, tanto em estudos experimentais como clínicos12,25. Nossos dados estão em concordância com essas evidências, já que houve atenuação da remodelação induzida pela exposição à fumaça do cigarro. Considerando que não houve diferença nos níveis pressóricos entre os animais dos três grupos, nossos dados sugerem que a atenuação da remodelação causada pelo propranolol provavelmente envolveu vias de sinalização intracelulares moduladas pelos receptores β-adrenérgicos, mas que provavelmente não foram em decorrência de efeitos hemodinâmicos.
Um aspecto relevante do presente trabalho refere-se às implicações clínicas dos nossos resultados. Existem evidências de que o tabagismo pode resultar em alterações morfológicas e funcionais cardíacas em humanos. Por exemplo, no estudo observacional CARDIA, fumantes tiveram maior massa ventricular esquerda, em comparação com não fumantes, avaliados por ecocardiograma26. Adicionalmente, a inalação aguda da fumaça de cigarro foi acompanhada por distúrbios da função diastólica, em pacientes com documentada doença arterial coronariana27,28. Desse modo, existe a possibilidade de que a administração de beta-bloqueador possa interferir com as alterações induzidas pelo tabagismo também em humanos.
Finalmente, nossos resultados devem ser analisados considerando-se potenciais limitações. Em primeiro lugar, as variáveis analisadas foram apenas parâmetros ecocardiográficos e de peso. Nosso trabalho não avaliou outras variáveis envolvidas no processo de remodelação como, por exemplo, conteúdo de colágeno intersticial. Outro aspecto é que apenas algumas das variáveis analisadas foram estatisticamente diferentes. Esse fato se deu, provavelmente, em decorrência do pequeno número de nossa amostra. Entretanto, apesar dessas limitações, acreditamos que as variáveis analisadas foram suficientes para caracterizar o processo de remodelação induzido pelo tabagismo e mostrar efeitos biológicos com o propranolol.
Em conclusão, a administração de propranolol não preveniu, mas atenuou algumas das variáveis da remodelação ventricular induzida pela exposição à fumaça do cigarro em ratos.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.
Leonardo Antônio Mamede Zornoff Faculdade de Medicina de Botucatu, Departamento de Clínica Médica, Rubião Jr 18.618-000, Botucatu, SP - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 05/03/2008; revisado recebido em 29/05/2008; aceito em 09/07/2008.
FUNDAMENTO: Aún se desconoce el rol del sistema adrenérgico en la remodelación inducida por el tabaquismo. OBJETIVO: Investigar la influencia del propranolol en la remodelación inducida por la exposición al humo del cigarrillo. MÉTODOS: Se dividieron las ratas en tres grupos: 1) C, n=10 - animales control; 2) F, n=10 - animales expuestos al humo de cigarrillo; 3) BB, n=10 - animales expuestos al humo de cigarrillo y que recibieron propranolol (40 mg/kg/día). Tras dos meses, los animales fueron sometidos a estudio ecocardiográfico y morfométrico. Se empleó el análisis de varianza (ANOVA) de una vía (promedio ± desviación estándar) o Kruskal-Wallis (mediana e intervalo intercuartil). RESULTADOS: El Grupo BB presentó menor frecuencia cardiaca que el Grupo F (C = 358 ± 74 lpm, F = 374 ± 53 lpm, BB = 297 ± 30; P = 0,02). El Grupo F presentó mayores diámetros diastólicos (C = 18,6 ± 3,4 mm/kg, F = 22,8 ± 1,8 mm/kg, BB = 21,7 ± 1,8 mm/kg; P = 0,003) y sistólicos (C = 8,6 ± 2,1 mm/kg, F = 11,3 ± 1,3 mm/kg, BB = 9,9 ± 1,2 mm/kg; P = 0,004) del ventrículo izquierdo (VI), ajustado al peso corporal (PC) y tendencia de menor fracción de eyección (C = 0,90 ± 0,03, F = 0,87 ± 0,03, BB =0,90 ± 0,02; P = 0,07) que el Grupo C. El Grupo BB presentó tendencia de menor relación VI/PC que el Grupo F (C = 1,94 (1,87 - 1,97), F = 2,03 (1,9-2,1) mg/g, BB = 1,89 (1,86-1,94); P = 0,09). CONCLUSIÓN: La administración de propranolol atenuó algunas variables de la remodelación ventricular inducida por la exposición al humo del cigarrillo en ratas.
Faculdade de Medicina de Botucatu, Botucatu, SP - Brasil
Correspondencia
Se puede definir la remodelación cardiaca como variaciones en el tamaño, masa, geometría, composición y función del corazón. Ese proceso ocurre en respuesta a diversos estímulos, incluso infarto de miocardio, hipertensión arterial sistémica, enfermedad valvular y mutaciones genéticas1-3. Inicialmente, la remodelación es el proceso adaptativo compensatorio, desde que las alteraciones morfológicas puedan restaurar o preservar la función cardiaca en respuesta a diferentes agresiones. Crónicamente, sin embargo, el proceso de remodelación resulta en caída progresiva de la función ventricular, señales y síntomas de insuficiencia cardiaca y muerte1-3.
Recientemente, diversos estudios mostraron que, en el modelo de rata, la exposición al humo del cigarrillo resulta en remodelación cardiaca, caracterizada por aumento de la cavidad ventricular izquierda, hipertrofia de los miocitos y descenso de la función ventricular4-9. Sin embargo, por ser determinados, los mecanismos implicados en ese fenómeno todavía permanecen. Entre los mecanismos implicados en la modulación de las alteraciones funcionales y morfológicas presentes en diferentes modelos de agresión, la activación del sistema adrenérgico parece desempeñar un rol destacado10,11. De esa manera, los estudios ya mostraron que el empleo de betabloqueantes atenúa la remodelación cardiaca en diferentes modelos experimentales y clínicos12. Sin embargo, los efectos de la administración de betabloqueantes en la remodelación inducida por la exposición al humo del cigarrillo no se conocen aún.
Por lo tanto, este estudio tuvo por objeto investigar la influencia de la administración de propranolol en la remodelación ventricular inducida por la exposición al humo de cigarrillo en ratas.
La Comisión de Ética en Experimentación Animal de la Facultad de Medicina de Botucatu aprobó el protocolo experimental del presente trabajo, en conformidad con los Principios Éticos en la Experimentación Animal, adoptados por el Colegio Brasileño de Experimentación Animal.
Se dividieron a las ratas Wistar, machos, pesando entre 200g y 230g, en tres grupos experimentales:
1) Grupo C, n=10 - conformado por animales no expuestos al humo del cigarrillo;
2) Grupo F, n=10 - conformado por los animales expuestos al humo de cigarrillo por período de dos meses;
3) Grupo BB, n=10 - conformado por los animales expuestos al humo de cigarrillo por período de dos meses y que recibieron propranolol (40 mg/kg/día) disuelto en el agua de beber. Estudio previo evidenció que esa dosis posee efectos biológicos en el modelo de la rata13. Como la medicación estaba diluida en agua, se realizó el control diario de la ingestión de ración y agua por los animales.
Para exponerse a los animales al humo del cigarrillo, se utilizó el método propuesto por Wang et al14, ya estandarizado en nuestro laboratório4-9. Al fin del período de estudio experimental, los animales fueron expuestos al humo de 40 cigarrillos/día. Con esa metodología, la exposición al humo del cigarrillo resulta en remodelación cardiaca y empeoramiento funcional4-9.
La medición de la presión arterial sistólica (PAS) de la cola se llevó a cabo en dos semanas antes del sacrificio. Los animales fumadores no fueron sometidos a la exposición al humo del cigarrillo por período de 24 horas antes de la toma de los valores. Se empleó el plestimógrafo de cola, constituido por un polígrafo (Byo-Sistem PE 300, NARCO) con sensor colocado en la región proximal de la cola y un esfigmomanómetro electrónico, posibilitando así el registro gráfico de la presión arterial. Se calentaron a los animales en caja de madera a 37ºC, con el calor generado por dos lámparas de filamentos, por 4 minutos, y transferidos para un soporte cilíndrico de hierro, específicamente dibujado para permitir la completa exposición de la cola del animal. En la región proximal de la cola se colocó el sensor (KSM-micrófono) conectado al plestimógrafo.
Tras 24 horas del final del período de observación, los animales fueron sometidos al estudio ecocardiográfico. Se empleó el equipo de Philips (modelo TDI 5500) dotado de transductor multifrecuencial hasta 12 MHz. Se tomaron las medidas de las estructuras cardíacas de acuerdo con los requisitos de la
Tras el estudio ecocardiográfico, se sacrificaron a los animales mediante administración de pentobarbitol. La relación entre el peso de los ventrículos (izquierdo y derecho), ajustado por el peso corporal de los animales, se utilizó como parámetro de hipertrofia miocárdica16,17. Las mediciones se llevaron a cabo por el mismo observador, sino conocer cuales grupos pertenecían los animales.
Las comparaciones se realizaron por medio de la ANOVA de una vía, complementadas por la prueba de Tukey, cuando los datos presentaron distribución normal. Cuando los datos no presentaron distribución normal, las comparaciones entre los grupos se llevaron a cabo mediante el test de Kruskal-Wallis. Los datos fueron expresados en promedio ± desviación estándar (para distribución normal) o mediana con el percentil 25 y el percentil 75 (para distribución no normal). El nivel de significancia fue del 5%. Los análisis estadísticos se hicieron con el programa SigmaStat
Respecto a la frecuencia cardiaca, los animales del Grupo BB presentaron menores valores con relación a los animales fumadores (C = 358 ± 74 lpm, F = 374 ± 53 lpm, BB = 297 ± 30 lpm; P = 0,02). Por otro lado, no observamos diferencia significativa en la PAS de la cola entre los animales de los tres grupos (C = 117 (110-120) mmHg, F = 127 (110-140) mmHg, BB = 117 (115-120) mmHg; P = 0,142).
Los datos del estudio ecocardiográfico están en la
El análisis funcional evidenció que los animales del Grupo F presentaron mayores diámetros sistólicos del ventrículo izquierdo, ajustado al PC (C = 8,6 ± 2,1 mm/kg, F = 11,3 ± 1,3 mm/kg, BB = 9,9 ± 1,2 mm/kg; P = 0,004) con relación a los animales control. Nuevamente, el Grupo BB presentó valores intermediarios de esa variable, ya que no hubo diferencia en comparación a los valores tanto de C como de F. De igual manera, hubo tendencia de menor fracción de eyección (C = 0,90 ± 0,03 %, F = 0,87 ± 0,03 %, BB =0,90 ± 0,02 %; P = 0,07) en el Grupo F en comparación con C y tendencia de menor porcentaje de acortamiento (C = 54 ± 5, F = 50 ± 4, BB = 54 ± 4; P = 0,09) en el Grupo F, que los animales de los Grupos C y BB. No fueron encontradas diferencias con relación a las otras variables.
En lo que toca a las variables morfométricas cardiacas (
Este estudio tuvo por objeto analizar el efecto de la administración de betabloqueante en el proceso de remodelación ventricular, inducido por la exposición al humo de cigarrillo en ratas. Los resultados mostraron que el bloqueo de los receptores adrenergicos beta fue seguido de atenuación de algunas alteraciones morfológicas y funcionales causadas por el tabaquismo.
Alteraciones de la geometría, volumen, masa y constitución del corazón, en respuesta a la agresión miocárdica o a las alteraciones en las condiciones de la carga, han sido estudiadas con el nombre de remodelación cardiaca1-3. Se acepta que la hipertrofia y el aumento de la cavidad desempeñan rol importante en el proceso de remodelación. Nuestros datos confirman estudios previos4-9 en que el tabaquismo fue seguido por aumento de la cavidad ventricular en el modelo de la rata. Adicionalmente, uno de los hallazgos importantes del presente estudio fue que la administración de propranolol, un betabloqueante no selectivo (con acción y receptores β1 y β2) resultó en valores intermediarios del diámetro diastólico del VI, en comparación a los animales fumadores y controles. Inicialmente, no fueron encontradas diferencias entre los animales BB y los fumadores. Sin embargo, los valores de BB también no fueron diferentes de los animales control. Así, nuestros datos permiten sugerir que el propranolol no previno, sino atenuó el aumento de la cavidad inducido por el tabaquismo.
Otro aspecto relevante se refiere al hecho de que, clásicamente, el proceso de remodelación está asociado a diferentes grados de disfunción ventricular. Inicialmente, las alteraciones morfológicas características de la remodelación se pueden considerar como adaptativas ante las nuevas condiciones de carga a las cuales el corazón agredido se somete. Sin embargo, crónicamente, pueden ocurrir alteraciones genéticas, moleculares y celulares cardiacas que son capaces de conllevar el empeoramiento progresivo de la función ventricular1-3. Nuestros datos están en conformidad con ese concepto, ya que el aumento del diámetro diastólico del VI con el tabaquismo fue seguido de empeoramiento de índices de la función ventricular izquierda, como el diámetro sistólico final, fracción de eyección y porcentaje de acortamiento del VI. Un aspecto a tenerse en cuenta está referido al hecho de que el propranolol resultó en valores intermediarios entre los animales fumadores y los animales control. Así, podemos inferir que la administración de betabloqueante no previno, sino atenuó las alteraciones funcionales inducidas por el tabaquismo. Ese efecto es todavía más relevante teniéndose en cuenta que los animales tratados con propranolol presentaban menor frecuencia cardiaca. Fisiológicamente, la reducción de la frecuencia cardiaca está asociada con la disminución de los valores de los índices de eyección ventricular, independientemente de variaciones del estado contráctil del miocardio.
Los mecanismos responsables de las alteraciones morfológicas y funcionales cardiacas, inducidas por la exposición al humo del cigarrillo no están completamente aclarados. Hay evidencias suficientes mostrando que el monóxido de carbono está asociado con apoptosis, disfunción cardiaca, hipertrofia y dilatación de la cámara ventricular izquierda tras el infarto experimental18,19. Trabajo anterior en el modelo de rata mostró que la administración de antioxidante atenuó la remodelación inducida por el tabaquismo, sugiriendo que el estrés oxidativo tiene participación fisiopatológica en las alteraciones cardiacas provocadas por el humo6. De otra manera, estudios previos, con períodos de observación mayores que el del presente trabajo (4 y 6 meses), no observaron alteraciones en el PO2 y en el porcentaje de saturación de la hemoglobina por el O25,9. Así, hipoxemia crónica y alteraciones en la viscosidad sanguínea secundarias la hipoxia, potenciales candidatos que podrían explicar los resultados de nuestro estudio, probablemente no tiene participación en la fisiopatología de las alteraciones inducidas por el cigarrillo. De igual manera, no fue detectada asociación entre la remodelación cardiaca inducida por el tabaquismo y la activación de metaloproteinasas 2 y 98. Otro mecanismo potencial está asociado al hecho de que datos anteriores mostraron que la administración de nicotina en ratas conscientes resultó en vasoconstricción. Así, la simpatectomia abolió los efectos vasoactivos de la nicotina20. En el mismo modelo, el humo de cigarrillo causó elevación de los niveles de endotelina-121 y la administración de antagonista selectivo de los receptores A de la endotelina atenuó la respuesta de presión inducida por la nicotina22. En otro estudio, la administración de nicotina disminuyó la síntesis de prostaciclina por el endotelio vascular23. Adicionalmente, la administración de antagonista de la vasopresina atenuó la vasoconstricción inducida por nicotina en los vasos sanguíneos de la piel24. En nuestro trabajo, sin embargo, los animales expuestos al humo del cigarrillo y tratados con propranolol no presentaron diferencias en los niveles de presión arterial en relación a los animales no tratados. De esa manera, nuestros datos sugieren que la atenuación de la remodelación causada por el propranolol no fue resultado de los efectos de la medicación en la presión arterial.
Debemos tener en cuenta que la activación neurohumoral podría, por mecanismos autocrinos y paracrinos, resultar en alteraciones en vías de señalización intracelulares 12,25. La clásica subdivisión de receptores β-adrenergicos establece tres subtipos: β1, β2 y β3 que activan la adenilciclasa, por medio de la proteína G, aumentando los niveles de AMP cíclico, con posterior estímulo de la proteína quinasa A. Ésta, a su vez, causa la fosforilación de diversas proteínas que modulan la contractilidad (por ejemplo: canales L de calcio, fosfolamban, troponina I, receptores de rianodina, SERCA2a) y la remodelación cardiaca (fosfatidil inositol 3-quinasa, factores de crecimiento, ERK, quinasas activadas por mitógenos, entre otros). Así, el bloqueo de receptores β-adrenergicos está asociado a una menor remodelación secundaria a varios estímulos, tanto en estudios experimentales como clínicos12,25. Nuestros datos están en conformidad con esas evidencias, ya que hubo atenuación de la remodelación inducida por la exposición al humo del cigarrillo. Tomándose en consideración que no hubo diferencia en los niveles de presión entre los animales de los tres grupos, nuestros datos sugieren que la atenuación de la remodelación causada por el propranolol probablemente implicó vías de señalización intracelulares moduladas por los receptores β-adrenergicos que, sin embargo, probablemente no fueron como consecuencia de efectos hemodinámicos.
Un aspecto relevante del presente trabajo está referido a las implicaciones clínicas de los nuestros resultados. Hay evidencias de que el tabaquismo puede resultar en alteraciones morfológicas y funcionales cardiacas en humanos. Por ejemplo, en el estudio observacional CARDIA, fumadores tuvieron mayor masa ventricular izquierda, en comparación con no fumadores, evaluados por ecocardiograma26. Adicionalmente, la inhalación aguda del humo de cigarrillo fue seguido por disturbios de la función diastólica, en pacientes con documentada enfermedad arterial coronaria27,28. De ese modo, hay la posibilidad de que la administración de betabloqueante pueda interferir en las alteraciones inducidas por el tabaquismo también en humanos.
Por fin, nuestros resultados se deben analizar teniéndose en cuenta potenciales limitaciones. En primer lugar, las variables analizadas fueron solo parámetros ecocardiográficos y de peso. Nuestro trabajo no evaluó otras variables implicadas en el proceso de remodelación como, por ejemplo, contenido de colágeno intersticial. Otro aspecto es que apenas algunas de las variables analizadas fueron estadísticamente diferentes. Ese hecho sucedió, probablemente, como resultado del pequeño número de nuestra muestra. Sin embargo, pese a esas limitaciones, creemos que las variables analizadas fueron suficientes para caracterizar el proceso de remodelación inducido por el tabaquismo y revelar efectos biológicos con el propranolol.
En conclusión, la administración de propranolol no previno, sino atenuó algunas de las variables de la remodelación ventricular inducida por la exposición al humo del cigarrillo en ratas.
Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.
El presente estudio no tuvo fuentes de financiación externas.
No hay vinculación de este estudio a programas de postgrado.
BACKGROUND: The role of the adrenergic system on ventricular remodeling induced by cigarette smoking is unknown. OBJECTIVES: To investigate the influence of propranolol on ventricular remodeling induced by exposure to tobacco smoke. METHODS: Rats were divided into three groups: 1) C, n=10 - control group; 2) F, n=10 - animals exposed to tobacco smoke; 3) BB, n=10 - animals receiving propranolol and exposed to tobacco smoke (40 mg/kg/day). After 2 months, the animals underwent echocardiographic and morphometric analyses. One-way ANOVA (mean ± standard deviation) or the Kruskal-Wallis test (median and interquartile interval) was used. RESULTS: Group BB showed a lower heart rate than group F (C = 358 ± 74 bpm, F = 374 ± 53 bpm, BB = 297 ± 30; P = 0.02). Group F showed greater end-diastolic diameters (C = 18.6 ± 3.4 mm/kg, F = 22.8 ± 1.8 mm/kg, BB = 21.7 ± 1.8 mm/kg; P = 0.003) and left ventricular (LV) end-systolic diameters (C = 8.6 ± 2.1 mm/kg, F = 11.3 ± 1.3 mm/kg, BB = 9.9 ± 1.2 mm/kg; P = 0.004), adjusted for body weight (BW) and a tendency towards a lower ejection fraction (C = 0.90 ± 0.03, F = 0.87 ± 0.03, BB =0.90 ± 0.02; P = 0.07) than group C. Group BB showed a tendency towards a lower LV/BW ratio than group F (C = 1.94 (1.87 - 1.97), F = 2.03 (1.9-2.1) mg/g, BB = 1.89 (1.86-1.94); P = 0.09). CONCLUSION: Administration of propranolol attenuated some of the variables of ventricular remodeling induced by the exposure to tobacco smoke in rats.
Faculdade de Medicina de Botucatu, Botucatu, SP - Brazil
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Cardiac remodeling can be defined as variations in size, geometry, composition, and function of the heart. This process is a response to several stimuli, including myocardial infarction, systemic arterial hypertension, valvular disease, and genetic mutations1-3. Ventricular remodeling is initially an adaptive compensatory process, since morphological alterations may restore or preserve cardiac function in response to different aggressions. Chronically, however, the ventricular remodeling process leads to a progressive decline of ventricular function, signs and symptoms of heart failure, and death1-3.
Recently, several studies have shown that in the rat model, exposure to tobacco smoke results in cardiac remodeling characterized by an increase in the left ventricular cavity, myocyte hypertrophy, and reduced ventricular function4-9. However, the mechanisms involved in this phenomenon are not yet determined. Among the mechanisms involved in the modulation of the functional and morphological changes occurring in different models of aggression, the activation of the adrenergic system seems to play a significant role10,11. Thus, studies have shown that the use of beta-blockers attenuates cardiac remodeling in different experimental and clinical models12. Nevertheless, the effects of the administration of beta-blockers on the remodeling induced by exposure to tobacco smoke are unknown.
Therefore, the aim of this study was to investigate the influence of the administration of propranolol on ventricular remodeling induced by exposure to tobacco smoke in rats.
The experimental protocol of this study was approved by the Committee for Ethics in Animal Experimentation at Faculdade de Medicina de Botucatu, and it complies with the Ethical Principles of Animal Experimentation defined by the Brazilian College of Animal Experiments.
Wistar male rats weighing 200-230g were allocated to 3 experimental groups: 1) Group C, n=10 – consisting of animals not exposed to tobacco smoke; 2) Group F, n=10 – consisting of animals exposed to tobacco smoke during 2 months; 3) Group BB, n=10 – consisting of animals exposed to tobacco smoke during 2 months and receiving propranolol (40 mg/kg/day) diluted in drinking water. A prior study evidenced that this dose has biological effects in a rat model13. As the medication was diluted in water, the daily intake of food and water by the animals was monitored.
In order to expose the animals to tobacco smoke, we used the method proposed by Wang et al14 which has already been standardized at our laboratory4-9. At the end of the experimental study period, the animals had been exposed to smoke equivalent to 40 cigarettes/day. With this methodology, exposure to tobacco smoke results in cardiac remodeling and functional worsening4-9.
Measurement of the systolic arterial pressure (SAP) of the tail was taken two weeks before slaughter. Animals of the smoking group were not exposed to tobacco smoke during a period of 24 hours before the measurements. A tail plethysmograph was used, which consisted of a polygraph (Byo-Sistem PE 300, NARCO) with a sensor placed in the proximal region of the tail, and an electro-sphygmomanometer which enabled graphical recording of arterial pressure. The animals were warmed in a wooden box at 37ºC with heat generated by two incandescent lamps for four minutes, and were then transferred to an iron cylindrical support especially designed to allow total exposure of the animal's tail. A sensor (KSM-microphone) was placed in the proximal region of the tail, and coupled to the plethysmograph.
Twenty-four hours after the end of the observation period, all animals underwent the echocardiographic study performed with a Philips device (TDI 5500 model), with a multi-frequency transducer up to 12 MHz. Cardiac structures were measured as per recommendations of the American Society of Echocardiography15. The measurements were taken by the same observer, who did not know which groups the animals belonged to.
After the echocardiographic study, the animals were euthanized with pentobarbital. The ratio between the weight of the left and the right ventricles adjusted by body weight was used as a parameter of myocardial hypertrophy16,17. The measurements were taken by the same observer, who did not know which groups the animals belonged to.
Statistical comparisons were made using one-way ANOVA, followed by the Tukey test when data had a normal distribution. When the distribution was not normal, comparisons between the groups were made using the Kruskal-Wallis test. Data were expressed as means ± standard deviations (for normal distribution), or medians with 25th and 75th percentiles (for non-normal distribution). The significance level was 5%, and the statistical analyses were performed using the SigmaStat for Windows v3.5 software (SPSS Inc, Chicago, IL).
With regard to heart rate, animals in the BB group showed lower values as compared to smoking animals (C = 358 ± 74 bpm, F = 374 ± 53 bpm, BB = 297 ± 30 bpm; P = 0.02). On the other hand, no significant difference was observed in tail SAP among the animals of the three groups (C = 117 (110-120) mmHg, F = 127 (110-140) mmHg, BB = 117 (115-120) mmHg;
Functional analysis showed that the animals in group F had greater left ventricular (LV) systolic diameters adjusted for body weight (BW) (C = 8.6 ± 2.1 mm/kg, F = 11.3 ± 1.3 mm/kg, BB = 9.9 ± 1.2 mm/kg;
As to the cardiac morphometric variables (
The aim of this study was to analyze the effect of beta-blocker administration on left ventricular remodeling induced by exposure to tobacco smoke in rats. Results have shown that the blockage of beta-adrenergic receptors was followed by attenuation of some morphological and functional changes caused by tobacco smoking.
Changes in the geometry, volume, mass, and constituents of the heart in response to myocardial aggression or to alterations in loading conditions, have been studied under the name of cardiac remodeling1-3. Hypertrophy and increased cavity size have been recognized as important players in the remodeling process. Our findings confirm prior studies4-9 which showed that smoking was followed by an increase in left ventricular cavity size in the rat model. Additionally, one of the important findings of this study was that administration of propranolol, a non-selective beta-blocker (acting on β1 and β2 receptors), resulted in intermediate values of LV diastolic diameter when compared to smoking and control animals. At first, no differences were found between BB and smoking animals. However, BB values were not different from those of the control group animals. Thus, our data allows us to suggest that propranolol did not prevent, but rather attenuated the increase in cavity size induced by smoking.
Another relevant aspect of cardiac remodeling is that, classically, the process is associated with different degrees of ventricular dysfunction. Initially, the characteristic morphological changes of remodeling may be considered adaptative in face of the new loading conditions to which the affected heart is subjected. Chronically however, genetic, molecular, and cellular changes may occur, resulting in progressive ventricular dysfunction1-3. Our data are consistent with this concept, since the increase in LV diastolic diameter induced by smoking was followed by worsening rates in left ventricular function, such as end-systolic diameter, ejection fraction, and LV fractional shortening. Another aspect to be considered is that propranolol resulted in intermediate values between smoking and control animals. Thus, it is possible to conclude that beta-blocker administration did not prevent, but attenuated the functional changes induced by smoking. This effect is even more significant if we consider that the animals treated with propranolol had lower heart rates. Physiologically, a reduced heart rate is associated with a decrease in ventricular ejection rate values, regardless of variations in the contractile status of the myocardium.
The mechanisms responsible for cardiac morphological and functional changes induced by exposure to tobacco smoke have not been fully explained. There is sufficient evidence showing that carbon monoxide is associated with apoptosis, cardiac dysfunction, hypertrophy, and dilation of the left ventricular chamber after experimental myocardial infarction18,19. A prior study with a rat model showed that the administration of an antioxidant attenuated remodeling induced by smoking, suggesting that oxidative stress plays a pathophysiological role in the cardiac changes caused by tobacco smoking6. Conversely, prior studies, with periods of observation longer than that in this study (4 and 6 months), have not shown changes in PO2 and in the percentage of hemoglobin saturation with O25,9. Thus, chronic hypoxemia and changes in blood viscosity secondary to hypoxia, potential explanations for the results in our study, may have not participated in the pathophysiology of the changes induced by smoking. Similarly, no association was found between cardiac remodeling induced by smoking and the activation of
We must remember that, due to autocrine and paracrine mechanisms, neurohumoral activation could result in changes in intracellular signaling pathways12,25. The classical subdivision of β-adrenergic receptors defines 3 subtypes: β1, β2, and β3 which activate adenyl cyclase through the G protein, increasing the levels of cyclic AMP with posterior stimulus by protein kinase A, which in turn causes phosphorylation of several proteins that modulate contractility (for instance: L-type calcium channels,
An important aspect of this study refers to the clinical implications of our results. There is evidence that smoking may cause morphological and functional cardiac changes in humans. For instance, among the participants of the observational study CARDIA, smokers had a greater left ventricular mass than non-smokers as evaluated by echocardiogram26. Additionally, acute inhalation of cigarette smoke was accompanied by impairment of diastolic function in patients with documented coronary disease27,28. Therefore, it is possible that the administration of beta-blockers may interfere with the changes induced by smoking in humans as well.
Finally, our results should be analyzed considering potential limitations in this study. First of all, the variables analyzed were merely echocardiographic and body weight parameters. Our study did not evaluate other variables involved in the remodeling process, such as interstitial collagen content. Another aspect is that only a few variables were statistically different, fact which was probably due to the small sample in our study. However, despite these limitations, we believe that the variables analyzed were sufficient to characterize the remodeling process induced by smoking and to show biological effects with propranolol.
In conclusion, the administration of propranolol did not prevent, but did attenuate some of the ventricular remodeling variables induced by the exposure to tobacco smoke in rats.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study.
This study is not associated with any post-graduation program.