Influência do exercício de corrida voluntária em músculo esquelético e em pulmão durante o desenvolvimento da hipertensão arterial pulmonar experimental

Abstract

Fundamento: A intolerância ao exercício é um importante sintoma da falha cardíaca do ventrículo direito causada pela Hipertensão Arterial Pulmonar (HAP) e as adaptações sofridas pelo músculo esquelético e pelos pulmões desempenham um papel chave nesta limitação. O efeito do treinamento físico sobre o músculo esquelético (ME) e sobre os pulmões durante a HAP em ensaios pré-clínicos permanece pouco estudado, mas podem auxiliar no desenvolvimento de estratégias para o entendimento e tratamento da doença. Objetivo: Examinar os efeitos do treinamento em corrida voluntária, realizado durante a fase de desenvolvimento da HAP, sobre a estrutura do ME, a biogênese mitocondrial e o metabolismo oxidativo no ME, o estresse oxidativo no ME, o estado inflamatório do ME e dos pulmões e a função endotelial do ME e dos pulmões de ratos com HAP induzida por monocrotalina (MCT). Métodos: Ratos Wistar (~230g) foram divididos em cinco grupos: sedentário controle (SC, n=8); sedentário com falha cardíaca (SF, n=8); exercitado controle (EC, n=8); exercitado média (EM, n=8) e exercitado com falha cardíaca (EF, n=8). Os animais dos grupos EC, EM e EF tiveram livre acesso à roda de corrida voluntária. O grupo EM teve os parâmetros avaliados na média de sobrevida (± 1 dia) dos animais SF para comparação temporal. Os animais dos grupos EF, SF e EM receberam uma injeção intraperitoneal (60 mg/kg de peso corporal) de monocrotalina (MCT), enquanto os controles (EC e SC) receberam a mesma dose de solução salina. O tempo total de exercício até a fadiga (TTF) em corrida em esteira, um índice de tolerância ao esforço físico, foi medido antes da aplicação de MCT, nos 21º, 26º (grupos EC, EF, SC e SF) e no 23º (grupo EM) dias após aplicação. A avaliação ecocardiográfica foi realizada nos 22º, 25º (grupos: EC, EF, SC e SF) e 27º (grupo: EM) dias após a aplicação de MCT. Após manifestação dos sinais da falha cardíaca (SF, EF, EC e SC), os animais foram sacrificados e os músculos sóleo e gastrocnêmio, além do pulmão direito foram coletados para análises dos parâmetros teciduais (histomorfometria), bioquímicos (citrato sintase e proteína carbonilada) e moleculares (expressão gênica de PGC1-α, TNF-α, IL-10, VEGF) . No grupo EM (n=8) isto ocorreu no 28º dia após injeção de MCT. Resultados: O treinamento em corrida voluntária retardou o aparecimento dos sinais de falha cardíaca (SF = ~28 dias; EF= ~32 dias, p˂0,05), aumentou a tolerância ao esforço físico e retardou os prejuízos na resistência da artéria pulmonar. Em nível tecidual, o treinamento aumentou o percentual de fibra muscular, atenuando os prejuízos causados pela HAP. Em nível molecular, os animais EF apresentaram uma maior razão TNF-α/IL-10 em relação aos animais do grupo EC. A HAP diminuiu a expressão de PGC1-α nos grupos SF e EM, entretanto o grupo EF apresentou maior expressão desse gene em relação ao EC. Da mesma forma a expressão de VEGF foi maior nos grupos SF e EM em relação ao grupo SC. Conclusão: O treinamento em corrida voluntária aumentou a sobrevivência, promoveu benefícios à estrutura tecidual do ME, assim como aumentou a expressão de PGC-1α no ME e ainda diminuiu a resistência arterial pulmonar de ratos com HAP induzida por MCT. Palavras-chave: Corrida voluntária. Esforço físico. Músculo esquelético. Monocrotalina; Falha cardíaca.

Background: Exercise intolerance is an important symptom of right ventricular heart failure caused by Pulmonary Arterial Hypertension (PAH) and skeletal muscle and lungs adaptations play a role in this limitation. The effect of exercise training on skeletal muscle and lungs in the pre-clinical settings of PAH remains poorly studied. Studies on strategies for treatment of the disease are necessary. Objective: To examine the effects of training in voluntary running during the development of PAH on skeletal muscle structure, biogenesis and mitochondrial metabolism in skeletal muscle, oxidative stress in the skeletal muscle, the inflammatory state in the skeletal muscle and lung, and the endothelial function in skeletal muscle and lung of rats with monocrotaline-induced PAH (MCT). Methods: Wistar rats (~ 230g) were divided into five groups: sedentary control (SC, n = 8); sedentary heart failure (SF, = 8); exercised control (EC, n = 8); average exercised (AE, n = 8) and exercised with heart failure (EF, n = 8). Animals from groups EC, AE and EF had free access to the voluntary running wheel. The AE group had the parameters evaluated in the mean survival (± 1 day) of SF animals for temporal comparison. Animals of the EF, SF and AE groups received an intraperitoneal (60 mg/kg body weight) injection of monocrotaline (MCT), while control groups (EC and SC) received the same dose of saline solution. The total exercise time until fatigue (TTF) in treadmill running, a physical effort tolerance index, was measured before the application of MCT, and at 21 st , 27 th (EC, EF, SC and SF groups) and at 26 rd (AE group) days after application. The echocardiographic evaluation was performed at 22 nd , 27 th (groups: EC, EF, SC and SF) and 24 th (group: AE) days after the application of MCT. Tissue parameters (histomorphometry) biochemical parameters (citrate synthase and carbonylated protein) and molecular parameters (gene expression of PGC1-α, TNF-α, IL-10, VEGF) were evaluated after signs of heart failure (SF, EF, EC and SC). In the EM group (n = 8) this occurred on the 28 th day after MCT injection. Results: Training in voluntary running delayed the onset of signs of heart failure (SF = ~ 28 days, EF = ~ 32 days, p˂0.05), raised exercise tolerance and postponed reduction of pulmonary artery resistance. At the tissue level, training increased the percentage of muscle fiber, attenuating the damages caused by PAH. At the molecular level, EF animals presented a higher TNF-α / IL-10 ratio in relation to the animals in the EC group. PAH decreased the expression of PGC1-α in the SF and MS groups, however the EF group had higher expression of this gene in relation to the CE. Likewise, the VEGF expression was higher in the SF and MS groups than in the SC group. Conclusion: Voluntary career training promotes the tissue evolution of the ME, as well as the mitochondrial biogenesis in the ME, and also the pulmonary arteriolar resistance of rats with the PAH induced by MCT. Keywords: Voluntary exercise. Physical effort. Skeletal muscle. Monocrotaline. Heart failure.