Influência do exercício físico no remodelamento cardíaco, estresse oxidativo e vias de sinalização das MAPK e do NF-κB de ratos espontaneamente hipertensos

Abstract

Introdução: A sobrecarga de pressão causada pela hipertensão arterial sistêmica (HAS) pode gerar mudança na arquitetura do colágeno, favorecer a fibrose, bem como o desbalanço entre a produção de espécies reativas de oxigênio (ERO) e a capacidade antioxidante. Aumento das ERO pode gerar ativação de vias sinalizadoras como a do fator nuclear kappa B (NF-kB) e das proteínas quinases ativadas por mitógenos (MAPK). Alterações dessas vias contribuem para o processo de remodelamento cardíaco causado pela HAS. O exercício físico desempenha importante papel na atenuação dos fatores de risco cardiovascular como a HAS. Dessa forma, o objetivo desse estudo foi avaliar a influência do treinamento físico sobre o remodelamento cardíaco de ratos espontaneamente hipertensos (SHR) na fase que antecede o desenvolvimento de insuficiência cardíaca. Métodos: Foram constituídos quatro grupos experimentais de ratos: normotensos Wistar (W) sedentários (W-SED, n=27); W exercitados (W-EX, n=31); SHR sedentários (SHR-SED, n=27); e SHR exercitados (SHR-EX, n=32). A partir de 13 meses de idade, os animais dos grupos exercitados foram submetidos a protocolo de exercício em esteira, cinco dias por semana, durante quatro meses. A avaliação estrutural e funcional in vivo do coração foi realizada por ecocardiograma. A função miocárdica in vitro foi avaliada em preparações de músculo papilar isolado do ventrículo esquerdo (VE). Amostras de tecido do VE foram obtidas para análises bioquímicas, histológicas e moleculares. A avaliação do colágeno miocárdico total foi realizada pela histologia e por quantificação de hidroxiprolina. O tamanho dos miócitos foi medido em cortes histológicos do VE. A atividade das enzimas antioxidantes foi quantificada por espectrofotometria. A atividade da NADPH oxidase foi avaliada pela redução da lucigenina. A quantificação proteica dos colágenos I e III, lisil oxidase, vias MAPK e NF-kB, e inibidores teciduais 1 e 2 das metaloproteinases foi realizada por Western blot. A atividade das metaloproteinases foi realizada por zimografia. As comparações entre os grupos foram realizadas por análise de variância (ANOVA) complementada pelo teste de Bonferroni (distribuição normal), ou o teste de Kruskal-Wallis complementado pelo teste de Dunn (distribuição não normal). Resultados: A pressão arterial sistólica foi maior nos grupos SHR. Os grupos exercitados apresentaram maior capacidade física. Os sinais de insuficiência cardíaca foram maiores nos grupos hipertensos em relação aos controles, e o grupo SHR-EX apresentou menor prevalência de derrame pleural e taquipneia em comparação ao SHR-SED. O ecocardiograma mostrou reduções da espessura da parede do VE, espessura relativa do VE, diâmetro do átrio esquerdo e melhora do relaxamento no grupo SHR-EX vs. SHR-SED. O estudo da função miocárdica in vitro mostrou melhor performance no grupo SHR-EX (derivada positiva da tensão desenvolvida) vs. SHR-SED. O grupo SHR-EX mostrou maior atividade das enzimas antioxidantes em comparação SHR-SED. A produção de hidroperóxido de lipídeo, diâmetros dos miócitos, expressões proteicas da JNK fosforilada e da IkB total foram maiores nos grupos hipertensos. A quantificação de hidroxiprolina, malondialdeído, atividade da NADPH oxidase, expressões proteicas do colágeno III, lisil oxidase, TIMP-1, JNK total, p38 fosforilada, p65 fosforilada e total e IkB fosforilada não apresentaram diferença entre os grupos. A fração colágena intersticial, a atividade da MMP-2 e a expressão proteica da p38 total, ERK total e fosforilada foram maiores no SHR-SED em comparação com controle. O exercício causou redução da atividade da MMP-2 e da expressão da ERK fosforilada nos ratos hipertensos. Conclusão: O exercício físico em ratos espontaneamente hipertensos atenua o remodelamento cardíaco que está associado à melhora da tolerância ao esforço físico e redução da frequência de sinais de insuficiência cardíaca. Além disso, associa-se ao aumento da atividade das enzimas antioxidantes, diminuição da fosforilação da ERK e da atividade da MMP-2, e atenuação da expressão proteica da ERK total.

Introduction: The pressure overload caused by systemic arterial hypertension (SAH) may change the collagen architecture, induce fibrosis, as well as imbalance between the reactive oxygen species (ROS) production and antioxidant capacity. Increased ROS leads to activation of signaling pathways such as nuclear factor kappa B (NF-kB) and mitogen-activated protein kinases (MAPK). Alterations in these pathways contribute to cardiac remodeling process induced by SAH. Physical exercise plays an important role in mitigating cardiovascular risk factors such as hypertension. Therefore, the aim of this study was to evaluate the influence of physical training, started before clinical evidence of heart failure, on cardiac remodeling in spontaneously hypertensive rats (SHR). Methods: Four experimental groups were used: sedentary (W-SED n=27) and trained (W-EX, n=31) normotensive Wistar rats, and sedentary (SHR-SED, n=27) and exercised (SHR-EX, n=32) hypertensive rats. Rats of the exercise groups underwent a protocol of treadmill exercise five days a week, for four months; exercise started at 13 months of age. Echocardiogram was performed to evaluate in vivo cardiac structures and function. In vitro myocardial function was analyzed in left ventricular (LV) papillary muscle preparations. LV tissue samples were obtained for biochemical, histological, and molecular analysis. Total myocardial collagen was assessed by histology and hydroxyproline quantification. Cardiomyocyte size was measured in LV histological sections. Antioxidant enzymes activity was quantified by spectrophotometry. NADPH oxidase activity was analyzed by reduction of lucigenin. Protein expression of collagen I and III, lysyl oxidase, MAPK and NF-kB, and metalloproteinases tissue inhibitors 1 and 2 was quantified by Western blot. The activity of metalloproteinases was evaluated by zymography. Comparisons between groups were performed by two factors analysis of variance (ANOVA), complemented with the Bonferroni test (normal distribution), or Kruskal-Wallis complemented with Dunn test (non-normal distribution). Results: Systolic blood pressure was higher in the SHR groups. The exercised groups showed greater physical capacity. Prevalence of heart failure signs was higher in the hypertensive groups compared to controls, and the SHR-EX group showed lower prevalence of pleural effusion and tachypnea compared to SHR-SED. Echocardiogram showed lower LV wall thickness, LV relative wall thickness, left atrium diameter, and relaxation time in the SHR-EX group vs. SHR-SED. Myocardial functional study showed better performance in the SHR-EX group (positive derivative of the developed tension) vs. SHR-SED. The SHR-EX group showed higher antioxidant enzymes activity compared to SHR-SED. Lipid hydroperoxide production, myocyte diameters, and phosphorylated JNK and total IkB protein expression were higher in the hypertensive groups. Quantification of hydroxyproline, malondialdehyde, NADPH oxidase activity, and protein expression of collagen III, lysyl oxidase, TIMP-1, total JNK, phosphorylated p38, phosphorylated and total p65, and phosphorylated IkB did not differ between groups. The interstitial collagen fraction, MMP-2 activity, protein expression of total p38, and total and phosphorylated ERK were higher in the SHR-SED group compared to normotensive control. Physical exercise reduced the MMP-2 activity and the phosphorylated ERK expression in hypertensive rats. Conclusion: Physical exercise in spontaneously hypertensive rats attenuates cardiac remodeling associated with improved physical capacity and reduced prevalence of heart failure signs. In addition, it is associated with increased antioxidant enzymes activity, decreased ERK phosphorylation and MMP-2 activity, and attenuation of total ERK protein expression.