Effects of blueberry extract and resistance training on the heart and lung structure and function in rats with experimental severe pulmonary arterial hypertension
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Universidade Federal de Viçosa
Abstract
The overall objective of this study was to evaluate the effects of blueberry extract and moderate-intensity resistance training (RT), either alone or in combination, on the heart and lung structure and function in a model of severe pulmonary arterial hypertension (PAH) induced by monocrotaline (MCT) in rats. In study 1, we evaluated the effects of blueberry extract and resistance training on lung and right ventricle (RV) function and structure in severe experimental PAH. Male Wistar rats were induced PAH by a single intraperitoneal injection of MCT (60 mg/kg). One day later, the animals started receiving blueberry extract (100 mg/kg daily by gavage) and were submitted to a three-week low-intensity resistance exercise protocol (ladder climbing - 15 climbs, 60s interval, 60% load, one session/day, 5 days/wk). After these treatments and echocardiographic assessment animals were euthanized and lung and RV samples were collected for mechanical, morphological, biochemical, and molecular analyses. Both blueberry extract and RT attenuated RV dysfunction (i.e., TAPSE) and pulmonary artery resistance (i.e., AT/ET) observed over the development of severe PAH. In addition, single RV myocyte mechanical function (i.e., shortening and velocities of shortening and relaxation) was maintained in treated rats. Moreover, the applied treatments mitigated oxidative imbalance [i.e., lung (SOD, CAT, GST, NO); RV (SOD, CAT, GST, NO and PC)] and structural remodeling [i.e., lung (i.e., alveolar septum, pulmonary alveoli, arteriole’s diameter, and total collagen); RV (total collagen and extracellular matrix)]. Furthermore, the interventions promoted partial or complete preservation of calcium regulatory proteins’ expression (i.e., RyR2, p-PLBSer16 and SERCA2a). In conclusion, blueberry extract and RT, either alone or in combination, alleviate cardiopulmonary oxidative imbalance and adverse structural remodeling, and sustain RV myocyte contractility and expression of calcium regulatory proteins and thus conserve pulmonary and RV function in severe PAH induced by monocrotaline. In study 2 we tested whether regular administration of blueberry extract and low-intensity RT, either alone or in combination, during the development of MCT induced severe PAH in rats, protect the left ventricle (LV) from redox dysregulation and pathological remodeling. Groups of seven male Wistar rats were formed for the experiment: sedentary control; sedentary hypertensive; sedentary hypertensive blueberry; exercise hypertensive; and exercise hypertensive blueberry. PAH was experimentally induced through a single intraperitoneal administration of MCT at a dose of 60 mg/kg. One day after injection, the blueberry groups started receiving a daily dose of blueberry extract (100 mg/kg) by gavage, while the exercise groups initiated a three-week program of RT (Ladder climbing; 15 climbs carrying 60% of maximum load; one session/day; 5 times/week). Echocardiographic evaluations were conducted 23 days after injection, and the rats were euthanized the next day to harvest LV tissue. Separately, blueberry extract and RT mitigated augments in pulmonary artery resistance, LV tissue’s redox dysregulation (i.e., increased PC levels) and detrimental remodeling (i.e., reduced inflammation), and reductions in ejection fraction (EF) and fractional shortening (FS) caused by PAH. The combination of treatments prevented reductions in EF and FS, as well as the development of a D-shaped LV. In conclusion, blueberry extract and moderate-intensity resistance training administered during the development of MCT- induced severe PAH in rats prevented LV redox dysregulation and pathological remodeling, thereby preserving its function. Together, these findings reinforce the potential of blueberry extract and resistance training, especially when combined, as promising non-pharmacological strategies in the management of severe PAH. Keywords: oxidative stress; cardiac remodeling; non-pharmacological strategies; pulmonary hypertension; heart failure.
O objetivo geral deste estudo foi avaliar os efeitos do extrato de mirtilo e do treinamento resistido (TR) de intensidade moderada, isoladamente ou em combinação, sobre a estrutura e função cardíaca e pulmonar em um modelo de hipertensão arterial pulmonar (HAP) grave induzida por monocrotalina (MCT) em ratos. No estudo 1 foram testados os efeitos do extrato de mirtilo e do treinamento de resistência sobre a função e a estrutura do pulmão e ventrículo direito (VD) em hipertensão arterial pulmonar (HAP) experimental grave. Neste estudo foram avaliados o estresse oxidativo, a expressão de proteínas regulatórias de cálcio, a função mecânica de miócitos e o remodelamento do VD, assim como o remodelamento pulmonar. No estudo 2, foi investigado se a administração regular de extrato de mirtilo e o TR de baixa intensidade, isoladamente ou em combinação, durante o desenvolvimento da HAP induzida MCT em ratos, protege o ventrículo esquerdo (VE) da desregulação redox e do remodelamento patológico. Neste estudo foram avaliados a função, o remodelamento estrutural e a desregulação redox do VE. Para tal, ratos machos Wistar tiveram a HAP induzida por uma única injeção intraperitoneal de MCT (60 mg/kg). Um dia depois, os animais começaram a receber extrato de mirtilo (100 mg/kg diariamente por gavagem) e foram submetidos a um protocolo de exercício de resistência de baixa intensidade de três semanas (escalada em escada - 15 subidas, intervalo 60s, 60% de carga, uma sessão/dia, 5 dias/semana). Após os tratamentos e a avaliação ecocardiográfica, os animais sofreram eutanásia por decapitação e amostras de pulmão, VD e VE foram coletadas para análises mecânicas, morfológicas, bioquímicas e moleculares. Os resultados mostram que tanto o extrato de mirtilo quanto o TR atenuaram a disfunção do VD (ex., TAPSE) e a resistência da artéria pulmonar (ex., TA/TE), observadas durante o desenvolvimento de HAP grave. Além disso, a função mecânica de miócitos do VD (ex., encurtamento e velocidades de encurtamento e relaxamento) foi mantida nos ratos tratados. Ademais, os tratamentos aplicados mitigaram o desequilíbrio oxidativo [i.e., pulmão (SOD, CAT, GST, ON); VD (SOD, CAT, GST, NO e PC)] e a remodelação estrutural [i.e., pulmão (i.e., septo alveolar, alvéolos pulmonares, diâmetro de arteríola e colágeno total); VD (colágeno total e matriz extracelular)].As intervenções promoveram a preservação parcial ou completa da expressão de proteínas regulatórias do cálcio (i.e., RyR2, p-PLBSer16 e SERCA2a) no VD. No VE, o extrato de mirtilo e o TR mitigaram a desregulação redox, evidenciada pelo aumento dos níveis de proteína carbonilada (PC), bem como o remodelamento adverso, incluindo inflamação. Ademais, preveniram reduções na fração de ejeção (FE) e no encurtamento fracional (FS) causadas pela HAP. A combinação de tratamentos impediu reduções na EF e na FS, bem como o desenvolvimento da forma de D (ex. D-shaped) do VE. Em conclusão, o extrato de mirtilo e o TR, isoladamente ou em combinação, atenuam o desequilíbrio oxidativo e o remodelamento estrutural adverso do VD e pulmão, além de preservar a contratilidade dos miócitos do VD e a expressão de proteínas regulatórias de cálcio, contribuindo para a manutenção da função pulmonar e do VD na HAP grave induzida por MCT. Adicionalmente, essas intervenções previnem a desregulação redox e o remodelamento patológico do VE, preservando sua função. Em conjunto, esses achados reforçam o potencial do extrato de mirtilo e do TR, especialmente quando combinados, como estratégias não farmacológicas promissoras no manejo da HAP grave. Palavras-chave: estresse oxidativo; remodelação cardíaca; estratégias não farmacológicas; hipertensão pulmonar; insuficiência cardíaca.
O objetivo geral deste estudo foi avaliar os efeitos do extrato de mirtilo e do treinamento resistido (TR) de intensidade moderada, isoladamente ou em combinação, sobre a estrutura e função cardíaca e pulmonar em um modelo de hipertensão arterial pulmonar (HAP) grave induzida por monocrotalina (MCT) em ratos. No estudo 1 foram testados os efeitos do extrato de mirtilo e do treinamento de resistência sobre a função e a estrutura do pulmão e ventrículo direito (VD) em hipertensão arterial pulmonar (HAP) experimental grave. Neste estudo foram avaliados o estresse oxidativo, a expressão de proteínas regulatórias de cálcio, a função mecânica de miócitos e o remodelamento do VD, assim como o remodelamento pulmonar. No estudo 2, foi investigado se a administração regular de extrato de mirtilo e o TR de baixa intensidade, isoladamente ou em combinação, durante o desenvolvimento da HAP induzida MCT em ratos, protege o ventrículo esquerdo (VE) da desregulação redox e do remodelamento patológico. Neste estudo foram avaliados a função, o remodelamento estrutural e a desregulação redox do VE. Para tal, ratos machos Wistar tiveram a HAP induzida por uma única injeção intraperitoneal de MCT (60 mg/kg). Um dia depois, os animais começaram a receber extrato de mirtilo (100 mg/kg diariamente por gavagem) e foram submetidos a um protocolo de exercício de resistência de baixa intensidade de três semanas (escalada em escada - 15 subidas, intervalo 60s, 60% de carga, uma sessão/dia, 5 dias/semana). Após os tratamentos e a avaliação ecocardiográfica, os animais sofreram eutanásia por decapitação e amostras de pulmão, VD e VE foram coletadas para análises mecânicas, morfológicas, bioquímicas e moleculares. Os resultados mostram que tanto o extrato de mirtilo quanto o TR atenuaram a disfunção do VD (ex., TAPSE) e a resistência da artéria pulmonar (ex., TA/TE), observadas durante o desenvolvimento de HAP grave. Além disso, a função mecânica de miócitos do VD (ex., encurtamento e velocidades de encurtamento e relaxamento) foi mantida nos ratos tratados. Ademais, os tratamentos aplicados mitigaram o desequilíbrio oxidativo [i.e., pulmão (SOD, CAT, GST, ON); VD (SOD, CAT, GST, NO e PC)] e a remodelação estrutural [i.e., pulmão (i.e., septo alveolar, alvéolos pulmonares, diâmetro de arteríola e colágeno total); VD (colágeno total e matriz extracelular)].As intervenções promoveram a preservação parcial ou completa da expressão de proteínas regulatórias do cálcio (i.e., RyR2, p-PLBSer16 e SERCA2a) no VD. No VE, o extrato de mirtilo e o TR mitigaram a desregulação redox, evidenciada pelo aumento dos níveis de proteína carbonilada (PC), bem como o remodelamento adverso, incluindo inflamação. Ademais, preveniram reduções na fração de ejeção (FE) e no encurtamento fracional (FS) causadas pela HAP. A combinação de tratamentos impediu reduções na EF e na FS, bem como o desenvolvimento da forma de D (ex. D-shaped) do VE. Em conclusão, o extrato de mirtilo e o TR, isoladamente ou em combinação, atenuam o desequilíbrio oxidativo e o remodelamento estrutural adverso do VD e pulmão, além de preservar a contratilidade dos miócitos do VD e a expressão de proteínas regulatórias de cálcio, contribuindo para a manutenção da função pulmonar e do VD na HAP grave induzida por MCT. Adicionalmente, essas intervenções previnem a desregulação redox e o remodelamento patológico do VE, preservando sua função. Em conjunto, esses achados reforçam o potencial do extrato de mirtilo e do TR, especialmente quando combinados, como estratégias não farmacológicas promissoras no manejo da HAP grave. Palavras-chave: estresse oxidativo; remodelação cardíaca; estratégias não farmacológicas; hipertensão pulmonar; insuficiência cardíaca.
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Citation
LEITE, Luciano Bernardes. Effects of blueberry extract and resistance training on the heart and lung structure and function in rats with experimental severe pulmonary arterial hypertension. 2026. 95 f. Tese ( Doutorado em Educação Física) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2026.