Efeito do treinamento físico em alterações induzidas pelo envelhecimento no músculo papilar do rato

Resumos

FUNDAMENTO: Los efectos del envejecimiento en el músculo papilar han sido demostrados de modo amplio, pero no hay datos disponibles sobre los efectos del ejercicio en las alteraciones relacionadas a la edad. OBJETIVO: Analizar los efectos del envejecimiento en las propiedades morfológicas y cuantitativas del músculo papilar e investigar si un programa continuo de ejercicios moderados puede ejercer un efecto protector contra las consecuencias del envejecimiento. MÉTODOS: Se utilizó microscopia electrónica para estudiar la densidad de los miocitos, capilares y tejido conectivo, así como el área transversal de los miocitos del músculo papilar en el ventrículo izquierdo de ratas Wistar de 6 y 13 meses, no entrenadas y sometidas a ejercicios. RESULTADOS: Como se esperaba, la densidad de volumen de los miocitos disminuye significantemente (p<0,05) con el avance de la edad. La densidad de longitud de los capilares también disminuye con la edad, pero no de forma significante. La fracción de volumen intersticial del tejido del músculo capilar aumenta significantemente con el avance de la edad (P<0,05). El número de perfiles de miocitos mostró una reducción del 20%, seguida de su hipertrofia en el envejecimiento (P<0,05). Sometidos a una sesión diaria de 60 minutos, 5 días/semana a 1,8 km.h-1 de corrida moderada en estera ergométrica durante 28 semanas, los animales mostraron una reversión de todos los efectos del envejecimiento observados en el músculo papilar. CONCLUSIÓN: El presente estudio apoya el concepto de que entrenamiento físico de largo plazo impide los cambios letales en el músculo capilar relacionados a la edad.

Ejercicio; músculos papilares; envejecimiento; ratas

BACKGROUND: The effects of aging on papillary muscle have been widely demonstrated, but no data on the effects of exercise on the age-related changes are available. OBJECTIVE: To analyze the effects of aging on the morphological and quantitative properties of papillary muscle and investigate whether a long-term moderate exercise program would exert a protective effect against the effects of aging. METHODS: We used electron microscopy to study the density of myocytes, capillaries and connective tissue and the cross-sectional area of myocytes of the papillary muscle of the left ventricle of 6- and 13-month-old untrained and exercised Wistar rats. RESULTS: As expected, the volume density of myocytes declined significantly (p<0.05) with aging. The length density of myocardial capillaries also declined with aging, but not significantly. The interstitial volume fraction of the papillary muscle tissue increased significantly (P<0.05) with age. The number of myocyte profiles showed a reduction of 20% that was accompanied by myocyte hypertrophy in the aged rats (P<0.05). Animals submitted to a 60-minute daily session,, 5 days/wk at 1.8 km.h-1 of moderate running on a treadmill for 28 weeks showed a reversion of all the observed aging effects on papillary muscle. CONCLUSION: The present study supports the concept that long-term exercise training restrains the aging-related deleterious changes in the papillary muscle.

Exercise; papillary muscles; aging; rats

ARTIGO ORIGINAL

EXPERIMENTAL

Efeito do treinamento físico em alterações induzidas pelo envelhecimento no músculo papilar do rato

Laura Beatriz Mesiano Maifrino^{I, IV}; Rubens Correa Araújo^I; Cristiane Castro Faccini^IV; Edson Aparecido Liberti^II; Eliane Florêncio Gama^I; Antonio Augusto Coppi Maciel Ribeiro^III; Romeu Rodrigues de Souza^I

^ILaboratório de Biodinâmica, Universidade São Judas Tadeu, São Paulo, SP - Brasil

^IIDepartamento de Anatomia, Instituto de Ciências Biomédicas, São Paulo, SP - Brasil

^IIIInstituto de Ciências Biomédicas e Faculdade de Medicina Veterinária, Universidade de São Paulo, São Paulo, SP - Brasil

^IVInstituto Dante Pazzanese de Cardiologia, São Paulo, SP - Brasil

^{Correspondência}

RESUMO

FUNDAMENTO: Os efeitos do envelhecimento no músculo papilar têm sido amplamente demonstrados, mas não há dados disponíveis sobre os efeitos do exercício nas alterações relacionadas à idade.

OBJETIVO: Analisar os efeitos do envelhecimento nas propriedades morfológicas e quantitativas do músculo papilar e investigar se um programa contínuo de exercícios moderados pode exercer um efeito protetor contra as conseqüências do envelhecimento.

MÉTODOS: Microscopia eletrônica foi utilizada para estudar a densidade dos miócitos, capilares e tecido conectivo e área transversal dos miócitos do músculo papilar no ventrículo esquerdo de ratos Wistar de 6 e 13 meses, não-treinados e submetidos a exercícios.

RESULTADOS: Como esperado, a densidade de volume dos miócitos diminui significantemente (p<0,05) com a idade. A densidade de comprimento dos capilares também diminui com a idade, mas não de forma significante. A fração de volume intersticial do tecido do músculo capilar aumenta significantemente com a idade (P<0,05). O número de perfis de miócitos mostrou uma redução de 20% que foi acompanhada de hipertrofia dos miócitos no envelhecimento (P<0,05). Animais submetidos a uma sessão diária de 60 minutos, 5 dias/semana a 1,8 km.h^-1 de corrida moderada em esteira ergométrica durante 28 semanas mostraram uma reversão de todos os efeitos do envelhecimento observados no músculo papilar.

CONCLUSÃO: O presente estudo apóia o conceito de que treinamento físico de longo prazo impede as mudanças deletérias relacionadas à idade no músculo capilar.

Palavras-chave: Exercício, músculos papilares, envelhecimento, ratos.

Introdução

Os músculos papilares são parte integral dos ventrículos e têm um papel importante na sua geometria e função sistólica^1-4 Estudos anteriores sobre variações nas características dos músculos papilares com a idade^1-3,5 mostraram que a densidade dos miócitos, tecido conectivo e capilares, e a área transversal dos miócitos bem como as características físicas e bioquímicas do músculo papilar dependem da idade^6-13. Os efeitos mais evidentes relacionados à idade no músculo papilar são a perda de células musculares e um aumento do tecido conectivo^9,10.

Por outro lado, foi demonstrado que o exercício aeróbico altera algumas das mudanças relacionadas à idade na parede do miocárdio ventricular esquerdo de ratos^14-17. Entretanto, não há dados disponíveis sobre o efeito do exercício habitual nas mudanças do músculo papilar causadas pela idade. Dessa forma, no presente estudo, investigamos os efeitos do envelhecimento na morfologia e densidade dos miócitos, capilares e tecido conjuntivo e a área transversal dos miócitos do músculo papilar do ventrículo esquerdo (VE) e analisamos a hipótese de que um programa de exercícios moderados de longo prazo poderia ter um efeito protetor contra os efeitos deletérios do envelhecimento.

Material e métodos

Animais e procedimentos

Quinze ratos machos Wistar de 6 meses de idade, pesando aproximadamente 420 g cada, foram mantidos em grupos de 5, em uma sala com luz e temperatura controladas, com ração ad libitum. Os animais foram divididos aleatoriamente em três grupos: jovem controle (JC), exercício (E) e não-treinado (N). O grupo E correu em uma esteira ergométrica cinco dias por semana. O programa foi progressivamente aumentando em intensidade até a 4ª semana, quando os ratos passaram a correr 1 hora diária a 1,8 km.h^-1. Esse nível foi mantido durante o restante do período experimental. O período de treinamento total foi de 28 semanas.

O tipo de exercício usado nesse experimento pode ser considerado como exercício moderado. Os ratos do grupo N foram colocados sobre a esteira ergométrica parada por 10 minutos, diariamente, para que o manuseio dos animais fosse equivalente. O manuseio dos animais foi aprovado pelo Comitê de Ética de nossa Universidade, de acordo com o "Guide for the Care and Use of Laboratory Animals" (Institute of Laboratory Animal Resources, National Academy of Sciences, Washington, D. C., 1996) e os Princípios Éticos em Experimentos Animais do Colégio Brasileiro de Experimentos Animais (COBEA).

Preparação das amostras de tecido

Ao término do experimento, os animais dos grupos N e E aos 13 meses de idade (considerados de meia-idade^4,18) foram anestesiados com pentobarbital sódico (3 mg/100 g peso corporal, via intraperitoneal) e então sacrificados. O grupo adicional de 5 animais (grupo jovem controle, JC) foi sacrificado aos 6 meses de idade. Os corações foram parados na diástole. A perfusão do miocárdio foi realizada através da aorta a uma pressão constante de 80 mmHg, usando 0,1 M de tampão cacodilato (3 minutos) seguido de solução de glutaraldeído 2,5 % diluída em tampão cacodilato.

Os animais foram heparinizados antes da fixação para otimizar a perfusão-fixação. O coração foi então removido, o VE foi aberto e o músculo papilar foi dissecado. Cada músculo papilar foi cortado em fatias de aproximadamente 3 mm de largura e 5 mm de comprimento. Essas fatias de tecido foram pós-fixadas em tetróxido de ósmio em tampão cacodilato de sódio por 1 hora. O tecido foi desidratado em graduações de álcool e embebido em resina Epon e seccionado, de forma que as células musculares de metade dos blocos foram cortadas transversalmente e a outra metade, longitudinalmente. Cortes finos para estudo através de microscopia eletrônica de transmissão foram corados com acetato de uranila¹⁹ e citrato de chumbo²⁰. As seções longitudinais foram usadas para avaliar o estado de fixação do miocárdio através da medida de comprimento do sarcômero nos 3 grupos.

Estereologia

Dois blocos, escolhidos ao acaso, de cada músculo papilar no qual os miócitos foram cortados em transversal foram usados na análise quantitativa. As seções ultrafinas foram colocadas sobre um grelha de cobre e 10 campos por bloco, escolhidos ao acaso, foram selecionados para as micrografias, tiradas com um microscópio eletrônico de transmissão Jeol. Micrografias eletrônicas de baixa potência (x600) foram utilizadas para a análise quantitativa da composição do tecido do músculo papilar do VE. Cada uma das micrografias eletrônicas foi analisada usando um software processador de imagens digitais para a área biomédica (Axio Vision, Zeiss). Um total de 300 micrografias eletrônicas aleatórias foram analisadas. Um sistema-teste com 72 pontos de amostra foi colocado na tela do monitor e calibrado.

O miocárdio foi analisado considerando os miócitos (mi) e o interstício cardíaco (tecido conectivo [tc]). A densidade de volume foi estimada para miócitos (Vv[mi]), e tecido conectivo (Vv[tc]): (V_V[estrutura]: = P_P[estrutura]/P_T) (P_P é o número de pontos que incidem sobre a estrutura; P_T is o número total de pontos-teste). A densidade de comprimento também foi estimada para os capilares miocárdicos, C_V[ca]: = 2Q_A mm/mm³, e Q_A também foi estimada para os miócitos (Q_A [mi]). Q_A é a densidade numérica por área de unidade. A densidade numérica dos perfis celulares ou capilares em uma dada área foi estimada através da seguinte fórmula: Q_{A =}Σ perfis/dada área.

A área transversal média dos miócitos (Área[mi]) também foi determinada em cada animal e para cada grupo. Os resultados são apresentados como médias ± EPM computadas a partir das médias de medidas obtidas de cada animal.

Análise estatística

A significância estatística foi avaliada através de ANOVA e teste de Bonferroni, e os valores de P menores que 0,05 foram considerados significantes.

Resultados

Efeitos do exercício

A Figura 1 mostra a aparência ultramicroscópica de seções transversais do músculo papilar do VE no presente grupo de ratos. A análise através de microscopia eletrônica de seções ultrafinas revelou a presença de áreas focais esparsas de fibrose intersticial e de substituição através do miocárdio do músculo papilar do grupo N de ratos aos 13 meses de idade (Fig. 1C, D), comparados com os ratos JC (Fig. 1A, B). Nos ratos do grupo E, o programa de corrida contínua na esteira ergométrica, utilizado nesse estudo, reduziu a fibrose intersticial no músculo papilar treinado envelhecido (Fig. 1 E, F). O comprimento do sarcômero de todas as secções de tecido era de comprimento similar (aproximadamente 2.1 µm) (Fig. 2)., portanto, eles puderam ser comparados. De outra forma, eles não poderiam ser comparados, por que diferentes comprimentos de sarcômero afetarão os diâmetros celulares e, conseqüentemente, os volumes celulares e a densidade de volume.

As características gerais dos três grupos de ratos e seus VE são mostradas na Tabela 1. O peso corporal dos grupos E e N no início do treinamento (aos 6 meses de idade) foi 421±8 g e 427 ± 9 g, respectivamente (NS). Ao término do programa de corrida, o peso corporal dos ratos idosos do grupo E (então com 13 meses de idade) era significantemente mais baixo (461±10g) que o dos ratos idosos (também com 13 meses de idade) do grupo N (509±11g) (P<0,05). O peso do VE aumentou 19,5% no grupo E (P<0,05). A relação peso do VE/peso corporal foi significantemente maior (P<0.05) nos animais idosos do grupo E, quando comparados ao grupo N.

As mudanças quantitativas no miocárdio do músculo papilar causadas pelo envelhecimento e os efeitos do exercício são mostrados na Tabela 2. A densidade de volume dos miócitos no miocárdio envelhecido do grupo N foi 11% mais baixa do que a densidade medida no grupo JC (P<0,05). Como mostrado na Tabela 2, as alterações em direção oposta àquelas vistas no compartimento miócito ocorreram na fração do volume intersticial do tecido. Esse constituinte quantitativo era mais alto no miocárdio envelhecido do grupo N, quando comparado com o grupo JC (P<0,05). A densidade de comprimento dos capilares miocárdicos era levemente menor nos ratos idosos do grupo N quando comparados ao grupo JC (NS). A contagem dos perfis de miócitos por milímetro quadrado mostrou que uma redução de 20% no número de miócitos ocorreu no grupo N com o envelhecimento (P<0,05). Os ratos idosos do grupo N mostraram hipertrofia dos miócitos, com um aumento de 50% da área [mi] nos animais idosos do grupo N, quando comparados com aqueles do grupo JC (P<0,05). Entretanto, essas mudanças relacionadas à idade não foram encontradas em ratos idosos condicionados pelo treinamento físico crônico (Tabela 2).

O exercício físico aumentou significantemente o Vv[mi] nos ratos idosos e também foi eficiente na diminuição da fibrose miocárdica: Vv[tc] foi mais de 25% mais baixo nos animais submetidos ao treinamento físico (Tabela 2). Entretanto, ele manteve o aumento da Área[mi] produzido pelo envelhecimento. Não houve diferença entre os grupos N e E em relação à Área[mi]. O exercício físico aparentemente também melhorou a vascularização miocárdica no grupo de animais E: o C_V[ca] foi maior nos ratos idosos do grupo E do que nos ratos do grupo N (P<0,05).

Discussão

O delineamento das mudanças na estrutura e função do coração e dos fatores que podem contribuir para reverter essas mudanças que ocorrem com o envelhecimento se torna cada vez mais importante, considerando-se que mais de 50% da mortalidade e a maioria das hospitalizações de indivíduos idosos resultam de doenças cardiovasculares²¹. Portanto, esta é a importância do isolamento e identificação dos efeitos do envelhecimento, isoladamente, daqueles relacionados à alterações patológicas.

Há uma crença geral de que, à medida que o coração envelhece, ele sofre certo grau de hipertrofia^9,17,21. Entretanto, baseado nos resultados correntes, o peso do VE não aumentou consistentemente com a idade, um padrão também observado por outros autores^7,22,23 e nos resultados presentes.

No presente estudo, observou-se que o envelhecimento foi acompanhado de alterações morfoquantitativas no músculo papilar do ventrículo esquerdo (VE), a maioria das quais foi atenuada pelo exercício físico. Os resultados quantitativos demonstram que uma perda significante de miócitos ocorreu com o envelhecimento no músculo papilar do VE nos ratos do grupo N. Nesse grupo, tornou-se aparente que uma redução de 20% na densidade numérica dos miócitos foi observada. Esses resultados são similares aos achados obtidos por outros autores, que demonstraram uma redução no número total de miócitos nos ventrículos de ratos de 4 para 12 meses⁷ e de 4 para 15 meses⁹. De acordo com Anversa e cols.²⁴, um fenômeno comparável também ocorre no coração humano^12,25,26. É possível que a hipertrofia dos miócitos que ocorreu no coração idoso tenha sido capaz de compensar a perda dessas células musculares.

Os resultados do presente trabalho confirmam achados prévios mostrando que a diminuição no número de miócitos com a idade está associada com um aumento do tecido intersticial^9,10. O acúmulo de colágeno como uma função da idade também foi observado no coração humano^11,12. O mecanismo responsável pela perda dos miócitos com áreas de fibrose intersticial e de substituição no miocárdio é atualmente desconhecido⁷. A isquemia é uma provável possibilidade^7,26. Entretanto, no presente estudo, a contagem dos perfis capilares não mostrou uma densidade numérica diminuída nos ratos idosos do grupo N. Sob isquemia, o tecido miocárdico responde através de remodelagem²⁷, perda de miócito devido a apoptose e necrose^28-31, e fibrose reparadora^32,33. De acordo com outros autores³⁴ a perda de miócitos é provavelmente resultante principalmente da apoptose - morte celular geneticamente programada. É possível que essas alterações relacionadas à idade no músculo papilar sejam responsáveis pela deficiência de rigidez no músculo papilar e complacência do VE em idade avançada³⁵.

Alterações na área transversal de miócitos¹⁷ foram usadas anteriormente para caracterizar hipertrofia induzida pelo envelhecimento ao nível de organização celular. Entretanto, Anversa e cols.⁷ demonstrou que a hiperplasia celular dos miócitos também participa da resposta hipertrófica do miocárdio durante a senescência⁷.

É esperado que a perda contínua de miócitos nos ventrículos gere uma carga maior nos miócitos remanescentes, que pode funcionar como um estímulo mecânico crônico para o crescimento celular^{7,11,12,24,36}.

O exercício aeróbico durante a fase de envelhecimento melhorou a vascularização miocárdica e normalizou a fibrose miocárdica. É esperado que a maior concentração de perfis capilares produza uma elevação na superfície luminal do endotélio acessível para troca de oxigênio no tecido e uma menor distância máxima de difusão para o transporte de oxigênio para os miócitos⁷.

Conclusão

Em conclusão, o presente estudo fornece informações morfoquantitativas, demonstrando que a prática diária de exercícios físicos moderados durante a fase de envelhecimento impede algumas alterações deletérias relacionadas à idade no músculo papilar, tais como a perda de miócitos, aumento no tecido intersticial, e uma diminuição da densidade numérica dos perfis capilares.

Potencial Conflito de Interesses

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

Fontes de Financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

Vinculação Acadêmica

Este artigo é parte de tese de Mestrado de Laura Beatriz Mesiano Maifrino; Rubens Correa Araújo; Cristiane Castro Faccini, Edson Aparecido Liberti, Eliane Florêncio Gama; Antonio Augusto Coppi Maciel Ribeiro e Romeu Rodrigues de Souza pela Universidade de São Judas Tadeu, Universidade de São Paulo e Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia.

Artigo recebido em 02/04/08; revisado recebido em 13/05/08; aceito em 15/05/08.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  20 Jul 2009
• Data do Fascículo
  Maio 2009

Histórico

• Aceito
  15 Maio 2008
• Revisado
  13 Maio 2008
• Recebido
  02 Abr 2008