Efecto del entrenamiento físico en alteraciones inducidas por el envejecimiento en el músculo papilar de la rata

Resúmenes

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.

Exercício; músculos papilares; envelhecimento; ratos

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

ARTÍCULO ORIGINAL

Efecto del entrenamiento físico en alteraciones inducidas por el envejecimiento en el músculo papilar de la rata

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

Correspondencia

RESUMO

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.

Palabras clave: Ejercicio, músculos papilares, envejecimiento, ratas.

Introducción

Los músculos papilares forman parte integral de los ventrículos y ejercen un rol importante en su geometría y función sistólica^1-4. Estudios anteriores sobre variaciones en sus características de acuerdo con la edad^1-3,5 demostraron que la densidad de los miocitos, del tejido conectivo y los capilares, así como el área transversal de dichos miocitos y las características físicas y bioquímicas del músculo papilar dependen de la edad^6-13. Los efectos más evidentes relacionados a éste factor en el músculo papilar son: la pérdida de células musculares y un aumento del tejido conectivo^9,10.

Por otro lado, ya se demostró que el ejercicio aeróbico altera algunos de los cambios relacionados a la edad en la pared del miocardio ventricular izquierdo de ratas^14-17. Sin embargo, no se dispone de datos acerca del efecto del ejercicio habitual sobre los cambios provocados por la edad en el músculo papilar. De esa forma, en el presente estudio, investigamos los efectos del envejecimiento en la morfología y densidad referentes a los miocitos, los capilares y el tejido conjuntivo, así como el área transversal de los miocitos del músculo papilar del ventrículo izquierdo (VI). Analizamos también la hipótesis de que un programa de ejercicios moderados de largo plazo podría ejercer una función protectora contra los efectos letales del envejecimiento.

Material y métodos

Animales y procedimientos

Se mantuvieron 15 ratas machos Wistar de 6 meses de edad, con peso de aproximadamente 420 g cada, en grupos de 5, dentro de una sala con luz y temperatura controladas, con ración ad libitum. Se dividieron los animales de modo aleatorio en tres grupos: joven control (JC), ejercicio (E) y no entrenado (N). El grupo E corrió en una cinta ergométrica, cinco días por semana. La intensidad del programa aumentó progresivamente hasta la 4ª semana, cuando las ratas empezaron a correr por 1 hora diaria a 1,8 km.h^-1. Ese nivel se mantuvo durante el restante del período experimental. El período de entrenamiento total fue de 28 semanas.

Se puede considerar como moderado el tipo de ejercicio utilizado en ese experimento. Se pusieron las ratas del grupo N sobre la cinta ergométrica parada por 10 minutos, diariamente, para que el manejo de los animales resultara equivalente. El Comité de Ética de nuestra Universidad aprobó el manejo de los animales, de acuerdo con el Guide for the Care and Use of Laboratory Animals (Institute of Laboratory Animal Resources, National Academy of Sciences, Washington, D. C., 1996) así como los Principios Éticos en Experimentos Animales del Colegio Brasileño de Experimentos Animales (COBEA).

Preparación de las muestras de tejido

Al final del experimento, se anestesiaron los animales de los grupos N y E con 13 meses de edad (considerados con edad mediana^4,18) con pentobarbital sódico (3 mg/100 g de peso corporal, vía intraperitoneal) y, enseguida, sacrificados. Se sacrificó el grupo adicional de 5 animales (grupo joven control, JC) a los 6 meses de edad. Se pararon los corazones en la diástole. Se realizó la perfusión del miocardio a través de la aorta a una presión constante de 80 mmHg, por medio de 0,1 M de tampón cacodilato (3 minutos), seguido de solución de glutaraldehido 2,5 % diluida en tampón cacodilato.

Se heparinizaron a los animales antes de la fijación para optimizar la perfusión-fijación. Se retiró el corazón; enseguida se abrió el VI y disecó el músculo papilar. Se cortó cada músculo papilar en tajadas de aproximadamente 3 mm de ancho y 5 mm de longitud. Se postfijaron esas tajadas de tejido en tetróxido de osmio, en tampón cacodilato de sodio, por 1 hora. Se deshidrató el tejido en graduaciones de alcohol, embebido en resina Epon y seccionado, de modo que las células musculares de mitad de los bloques se cortaron transversalmente, mientras que la otra mitad se seccionó longitudinalmente. Se colorearon cortes finos con acetato de uranila¹⁹ y citrato de plomo²⁰, para estudio con microscopía electrónica de transmisión. Se utilizaron las secciones longitudinales para evaluar el estado de fijación del miocardio con base en la medición de la longitud del sarcómero en los 3 grupos.

Estereología

Para efectuar el análisis cuantitativo, se utilizaron dos bloques elegidos al azar de cada músculo papilar, cuyos miócitos se cortaron en transversal. Se pusieron las secciones ultrafinas sobre una parrilla de cobre; se seccionaron 10 campos por bloque, también elegidos al azar, para micrografías, producidas con un microscopio electrónico de transmisión Jeol. Se utilizaron micrografías electrónicas de baja potencia (x600) para el análisis cuantitativo de la composición de tejido del músculo papilar del VI. Se analizó cada micrografía electrónica con auxilio de un software procesador de imágenes digitales para el área biomédica (Axio Vision, Zeiss). Se analizó un total de 300 micrografías electrónicas. Se utilizó un sistema test con 72 puntos de muestra en la pantalla del monitor y se lo calibró.

Se analizó el miocardio teniendo en cuenta los miocitos (mi) y el intersticio cardiaco (tejido conectivo [tc]). Se estimó la densidad de volumen para los miocitos (Vv[mi]) y el tejido conectivo (Vv[tc]): (V_V[estructura]: = P_P[estructura]/P_T) (P_P es el número de puntos que inciden sobre la estructura; P_T es el número total de puntos-test). Se estimó la densidad de longitud de los capilares miocárdicos, C_V[ca]: = 2Q_A mm/mm³, así como el valor de Q_A -la densidad numérica por área de unidad- para miocitos (Q_A [mi]). Se valoró la densidad numérica de los perfiles celulares o capilares en una determinada área a través de la siguiente fórmula: Q_{A =}Σ perfiles/ determinada área.

También se determinó el área transversal media de los miocitos (Área[mi]) en cada animal y para cada grupo. Los resultados se presentan en promedio ± EPM computados a partir del promedio de medidas obtenidas de cada animal.

Análisis estadístico

Al evaluar la significancia estadística a través de ANOVA y la prueba de Bonferroni; se consideraron significantes los valores de P menores que 0,05.

Resultados

Efectos del ejercicio

La Figura 1 muestra la apariencia ultramicroscópica de secciones transversales del músculo papilar del VI en el presente grupo de ratas. Si se comparan las ratas del grupo N y JC, el análisis con microscopía electrónica de secciones ultrafinas reveló la presencia de áreas focales escasas de fibrosis -tanto la intersticial como la de sustitución- a través del miocardio del músculo papilar del primer grupo, de ratas a los 13 meses de edad (Fig. 1C, D), con relación al segundo, compuesto por ratas JC (Fig. 1A, B). En las ratas del grupo E, el programa de corrida continua en cinta ergométrica, utilizado en ese estudio, redujo la fibrosis intersticial en el músculo papilar entrenado envejecido (Fig. 1 E, F). La longitud del sarcómero de todas las secciones de tejido era similar (aproximadamente 2.1 µm) (Fig. 2), lo que permitió, por tanto, su comparación. Diferentes longitudes de sarcómero no permitiría la comparación, ya que afectaría los diámetros celulares y, consecuentemente, los volúmenes celulares y la densidad de volumen.

En la Tabla 1 están detalladas las características generales de los tres grupos de ratas y sus respectivas VI. El peso corporal de los grupos E y N al inicio del entrenamiento (a los 6 meses de edad) fue 421±8 g y 427 ± 9 g, respectivamente (NS). Al final de programa de corrida, el peso corporal de las ratas adultas mayores del grupo E (con 13 meses de edad en esta época) era significantemente más bajo (461±10g) que el de ratas semejantes (también con 13 meses de edad) del grupo N (509±11g) (P<0,05). El peso del VI aumentó el 19,5% en el grupo E (P<0,05). La relación peso del VI/ peso corporal resultó significantemente mayor (P<0.05) en los animales adultos mayores del grupo E, si comparados al grupo N.

Ya la Tabla 2 detalla los cambios cuantitativos en el miocardio del músculo papilar, provocados por el envejecimiento, y los efectos del ejercicio. La densidad de volumen de los miocitos en el miocardio envejecido fue el 11% más baja que la densidad medida en el grupo JC (P<0,05). Como también muestra la Tabla 2, las alteraciones en dirección opuesta a aquellas vistas en el compartimiento miocito ocurrieron en la fracción de volumen intersticial del tejido. Ese constituyente cuantitativo resultaba más alto en el miocardio envejecido del grupo N, cuando comparado con el grupo JC (P<0,05). La densidad de longitud de los capilares miocárdicos era levemente menor en las ratas adultas mayores del grupo N, en comparación con el JC (NS). El conteo de los perfiles de miocitos por milímetro cuadrado mostró una reducción del 20% en el número de miocitos de las ratas del grupo N, con su envejecimiento (P<0,05). Las ratas adultas mayores del grupo N presentaban hipertrofia de los miocitos. Si se comparan éstos a los del grupo JC (P<0,05), se percibe que hubo un aumento del 50% del área [mi]. Sin embargo, no se verificaron esos cambios relacionados a la edad en ratas adultas mayores condicionadas por el entrenamiento físico crónico (Tabla 2).

El ejercicio físico aumentó significantemente o Vv[mi] en las ratas adultas mayores, y resultó también en la disminución de la fibrosis miocárdica: Vv[tc] fue más del 25% menor en los animales sometidos al entrenamiento físico (Tabla 2). Sin embargo, se mantuvo el incremento del Área[mi] producido por el envejecimiento. No hubo diferencia entre los grupos N y E en lo que respecta al Área[mi]. El ejercicio físico aparentemente también mejoró la vascularización miocárdica en el grupo de animales E; el L_V[ca] fue mayor en ratas adultas mayores del grupo E que en ratas del grupo N (P<0,05).

Discusión

El diseño de los cambios en la estructura y función del corazón en virtud del envejecimiento -así como de los factores que pueden contribuir para revertir dichos cambios- se vuelve cada vez más importante, si se considera que más del 50% de la mortalidad y gran parte de las hospitalizaciones de adultos mayores son consecuencia de enfermedades cardiovasculares²¹. Por tanto, resulta fundamental el aislamiento e identificación de los efectos de envejecimiento, con la finalidad de distinguirlos de aquellos relacionados a alteraciones patológicas.

Hay una creencia general de que, a medida que envejece, el corazón sufre un determinado grado de hipertrofia^9,17,21. Sin embargo, basado en los resultados corrientes, el peso del VI no aumentó de manera consistente con la edad, estándar que se observa no sólo en los resultados presentes, sino también en los estudios de otros autores^7,22,23.

Este estudio verificó que alteraciones morfocuantitativas acompañaron el envejecimiento del músculo papilar del ventrículo izquierdo (VI), gran parte de las cuales atenuadas por el ejercicio físico. Los resultados cuantitativos demuestran la ocurrencia de una pérdida significativa de miocitos con el avance del proceso envejecimiento en el músculo papilar del VI en las ratas del gurpo N. En este grupo se observó una reducción del 20% en la densidad numérica de los miocitos. Esos resultados son similares a los hallazgos obtenidos por otros autores, que evidenciaron una reducción en el número total de miocitos en los ventrículos de ratas de 4 para 12 meses⁷ y de 4 para 15 meses⁹. De acuerdo con Anversa et al.²⁴, un fenómeno comparable también ocurre en el corazón humano^12,25,26. Es posible, entonces, que la hipertrofia de los miocitos que ocurrió en el corazón adulto mayor haya sido capaz de compensar la pérdida de esas células musculares.

Los resultados del presente trabajo confirman hallazgos previos, que revelan que la disminución del número de miocitos con el avance de la edad se asocia a un aumento del tejido intersticial^9,10. También se observó la acumulación de colágeno en el corazón humano^11,12. Sigue todavía desconocido el mecanismo responsable de la pérdida de miocitos con áreas de fibrosis intersticial y de sustitución en el miocardio⁷. La isquemia es una posibilidad probable^7,26. Sin embargo, en el presente estudio, el conteo de los perfiles capilares no reveló disminución en su densidad numérica en las ratas adultas mayores del grupo N. Bajo isquemia, el tejido miocárdico responde de distintas maneras: remodelado²⁷, pérdida de miocito en virtud de la apoptosis y necrosis^28-31, y también fibrosis reparadora^32,33. De acuerdo con otros autores³⁴ es probable que la pérdida de miocitos sea resultado principalmente de la apoptosis -muerte celular genéticamente programada. Es también posible que dichas alteraciones en el músculo papilar relacionadas a la edad sean responsables no sólo por la deficiencia de rigidez en el músculo papilar, como también por la complacencia del VI en edad avanzada³⁵.

Anteriormente, otros estudios utilizaron las alteraciones en el área transversal de miócitos¹⁷ para caracterizar hipertrofia inducida por el envejecimiento en términos de organización celular. Sin embargo, el estudio de Anversa et al.⁷ demostró que la hiperplasia celular de los miocitos también participa de la respuesta hipertrófica del miocardio durante a senescencia⁷.

Se espera que la pérdida continua de miocitos en los ventrículos provoque una carga mayor en los miocitos restantes, carga ésta que puede funcionar como un estímulo mecánico crónico para el crecimiento celular^{7,11,12,24,36}.

El ejercicio aeróbico durante la fase de envejecimiento no sólo mejoró con la vascularización miocárdica sino también normalizó la fibrosis miocárdica. Lo que se espera es que la mayor concentración de perfiles capilares produzca, por un lado, un incremento de la superficie luminal del endotelio accesible para intercambio de oxígeno en el tejido; y, por otro, una disminución de la distancia máxima de difusión para el transporte de oxígeno hacia los miócitos⁷.

Conclusión

En conclusión, el presente estudio suministra informaciones morfocuantitativas, que demuestran que la práctica diaria de ejercicios físicos moderados durante la fase de envejecimiento impide algunas alteraciones letales relacionadas a la edad en el músculo papilar, tales como la pérdida de miocitos, el aumento en el tejido intersticial, y una disminución de la densidad numérica de los perfiles capilares.

Potencial Conflicto de Intereses

Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.

Fuentes de Financiación

El presente estudio no tuvo fuentes de financiación externas.

Vinculación Académica

Este artículo forma parte de tesis de Maestría de Laura Beatriz Mesiano Maifrino; Rubens Correa Araújo; Cristiane Castro Faccini, Edson Aparecido Liberti, Eliane Florêncio Gama; Antonio Augusto Coppi Maciel Ribeiro y Romeu Rodrigues de Souza por la Universidad de São Judas Tadeu, Universidad de São Paulo e Instituto Dante Pazzanese de Cardiología.

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Fechas de Publicación

• Publicación en esta colección
  20 Jul 2009
• Fecha del número
  Mayo 2009

Histórico

• Acepto
  15 Mayo 2008
• Revisado
  13 Mayo 2008
• Recibido
  02 Abr 2008