Resposta taquicárdica e controle autonômico no exercício físico em modelo genético de insuficiência cardíaca

Tachycardic response and autonomic control in physical exercise in genetic model of cardiac insufficiency

ARTIGO ORIGINAL

CLÍNICA MÉDICA NO EXERCÍCIO E NO ESPORTE

Resposta taquicárdica e controle autonômico no exercício físico em modelo genético de insuficiência cardíaca

Tachycardic response and autonomic control in physical exercise in genetic model of cardiac insufficiency

Telma F. Cunha; Thaís A. Saito; Carlos R. Bueno Júnior; Marcele A. Coelho; Katt C. Mattos; Patricia C. Brum

Escola de Educação Física e Esporte, Universidade de São Paulo, São Paulo, SP

^{Endereço para correspondência}

RESUMO

O aumento da atividade nervosa simpática e a taquicardia em repouso ou durante esforços físicos estão associados ao aumento da morbimortalidade, mesmo na ausência de sinais clínicos de doença cardíaca. Sabendo-se da importância dos receptores α_2A/α_2C-adrenérgicos na modulação da atividade nervosa e frequência cardíaca (FC), o presente trabalho utiliza um modelo genético de cardiomiopatia induzida por excesso de catecolaminas circulantes baseado na inativação gênica dos receptores α_2A/α_2C-adrenérgicos em camundongos (α_2A/α_2CKO) para verificar a resposta da FC ao exercício físico (EF), assim como o controle simpatovagal da FC ao EF. Testou-se a hipótese de que haveria resposta taquicárdica exacerbada durante o EF nos camundongos α_2A/α_2CKO mesmo quando a função cardíaca ainda estivesse preservada em repouso, sendo o receptor α_2A-adrenérgico o principal responsável por essa resposta. Camundongos machos da linhagem C57Bl6J, controle (CO) e com inativação gênica para os receptores α_2A (α_2AKO), α_2C α_2CKO) e α_2A/α_2CKO foram submetidos a um teste de tolerância ao esforço físico. Outros dois grupos de camundongos, CO e α_2A/α_2CKO, foram submetidos ao bloqueio farmacológico dos receptores muscarínicos e β-adrenérgicos e ao EF progressivo para se avaliar a contribuição simpatovagal para a taquicardia de EF. Observou-se intolerância ao esforço físico (1.220 ± 18 e 1.460 ± 34 vs. 2.630 ± 42m, respectivamente) e maior taquicardia ao EF (765 ± 16 e 792 ± 13 vs. 603 ± 18bpm, respectivamente) nos camundongos α_2AKO e α_2A/α_2CKO vs. CO. Além disso, o balanço autonômico estava alterado nos camundongos α_2A/α_2CKO pela hiperatividade simpática e menor efeito vagal cardíaco. Esses resultados demonstram a importância dos receptores α_2A/α_2C-adrenérgicos no controle autonômico não só no repouso, mas também durante o EF, sendo o receptor α_2A-adrenérgico o responsável pela hiperatividade simpática e menor efeito vagal observados. Essa resposta taquicárdica exacerbada nos camundongos α_2A/α_2CKO está presente mesmo quando ainda não se observa disfunção cardíaca.

Palavras-chave: frequência cardíaca, receptores α2-adrenérgicos, exercício físico, resposta taquicárdica, controle autonômico cardíaco.

ABSTRACT

Increase of sympathetic nervous activity and tachycardia at rest or during physical exertions are associated with increase of morbimortality, even in the absence of clinical signs of cardiac disease. Considering the importance of the α_2A/α_2C-adrenergic receptors in the modulation of the nervous activity and heart rate (HR), the present study uses a genetic model of cardiomyopathy induced by excess of circulating catecholamine in the gene inactivation of the α_2A/α_{2 -}adrenergic receptors in mice (α_2A/α_2CKO) to verify the HR response to physical exercise (PE), as well as the sympathetic-vagal control of the HR to PE. The hypothesis is that there would be exacerbated tachycardic response during PE in α_2A/α_2CKO mice even when the cardiac function was still preserved at rest, being the α_2A-adrenergic receptor the main reason for this response. Male mice of the C57Bl6J lineage, control (CO) and with gene inactivation for the a_2A (α_2AKO), α_2C α_2CKO) and α_2A/α_2CKO receptors were submitted to tolerance to a physical exercise test. Two other groups of mice, CO and α_2A/α_2CKO, were submitted to pharmacological blocking of the muscarinic and β-adrenergic receptors as well as to progressive PE to assess the sympathetic-vagal contribution to PE tachycardia. Intolerance to physical exercise (1.220 ± 18 and 1.460 ± 34 vs. 2.630 ± 42m, respectively) and higher tachycardia to PE (765 ± 16 e 792 ± 13 vs. 603 ± 18 bpm, respectively) in the α_2AKO and α_2A/α_2CKO vs. CO mice was observed. Moreover, the autonomic balance was altered in the α_2A/α_2CKO mice by the sympathetic hyperactivity and lower cardiac vagal effect. These outcomes demonstrated the importance of the α_2A/α_2C-adrenergic receptors in autonomic control not only at rest, but also during PE, being theα_2A-adrenergic receptor responsible for the sympathetic hyperactivity and lower vagal effect observed. This exacerbated tachycardic response in α_2A/α_2CKO mice is present even when cardiac dysfunction is not observed.

Keywords: heart rate; α₂-adrenergic receptors; physical exercise; tachycardic response; cardiac autonomic control.

INTRODUÇÃO

O balanço autonômico cardíaco está alterado na insuficiência cardíaca (IC), sendo observada hiperativação do sistema nervoso simpático e redução no tônus vagal cardíaco. Na fase inicial da síndrome, a ativação do sistema nervoso simpático, assim como níveis plasmáticos elevados de renina, noradrenalina, hormônio natriurético e arginina vasopressina, representa importantes mecanismos compensatórios para a manutenção do débito cardíaco e da pressão arterial^(1,2,3); não é observada disfunção cardíaca em repouso, porém, apenas durante a realização de esforço físico. No entanto, exposições crônicas às catecolaminas liberadas pelos terminais nervosos simpáticos levam a aumento contínuo da atividade simpática que contribui para o dano miocárdico e para a deterioração da função cardíaca⁽⁴⁾.

A inativação gênica dos receptores α_2A e α_2C-adrenérgicos em camundongos (α_2A/α_2CKO) provoca hiperatividade do sistema nervoso simpático^(5,6,7), sendo um ótimo modelo experimental, pois mimetiza as alterações fisiopatológicas características de pacientes com insuficiência cardíaca para o estudo de quadros clínicos associados à hiperatividade simpática. Essa hiperatividade ocorre devido à regulação inibitória exercida pelos receptores α_2A e α_2C sobre a secreção de noradrenalina pelos terminais nervosos simpáticos^(5,6,7,8,9). No entanto, os receptores α_2A adrenérgicos exercem sua ação inibitória, quando há despolarização de alta frequência dos terminais, enquanto os receptores α_2C adrenérgicos inibem a secreção de noradrenalina em despolarizações de baixa frequência, próximas às observadas em repouso⁽⁵⁾. Camundongos α_2A/α_2CKO apresentam concentrações plasmáticas de noradrenalina elevadas^(5,6,7,8,9). No entanto, aos três meses de idade, essa hiperatividade simpática não repercute em disfunção cardíaca ou remodelamento cardíaco⁽¹⁰⁾, sendo observados, somente aos sete meses de idade, sinais clínicos de insuficiência cardíaca, tais como, disfunção cardíaca grave, edema pulmonar e taxa de mortalidade de 50% ⁽¹⁰⁾.

Vários autores^{(5,6,7,8,9,11,12)} demonstraram o papel dos receptores α_2A e α_2C adrenérgicos na regulação da liberação de noradrenalina e consequente hiperatividade simpática em situação de repouso, porém, não há na literatura nenhum estudo que verifique a função desses receptores quando o organismo é submetido a algum estresse que altere sua FC e o balanço autonômico.

Como esses camundongos com hiperatividade simpática, descritos acima, ainda não apresentam disfunção miocárdica aos três meses de idade e o eletrocardiograma de esforço é um teste mais sensível para detecção de doença cardíaca mesmo quando a função cardíaca está preservada em repouso^(13,14) , o presente estudo teve como objetivos: verificar o comportamento da FC durante o teste de tolerância ao esforço físico nos camundongos CO, α_2AKO, α_2CKO e α_2A/α_2CKO aos três meses de idade, quando a cardiomiopatia está em estágio inicial e com função cardíaca preservada; e avaliar a contribuição do sistema nervoso simpático e parassimpático sobre a resposta taquicárdica ao exercício físico nos camundongos α_2A/α_2CKO e CO, por meio de bloqueio farmacológico de receptores muscarínicos e β-adrenérgicos.

MÉTODOS

Amostra

A amostra foi composta por camundongos machos (C57BL/6J) com 12 semanas de idade, distribuídos em dois protocolos experimentais distintos:

• Protocolo 1: 32 camundongos, sendo oito CO, oito α_2A/α_2C KO, oito α_2AKO e oito α_2C KO ;

• Protocolo 2: 31 camundongos, sendo 15 CO e 16 α_2A/α_2CKO.

Os camundongos foram mantidos em gaiolas com temperatura controlada entre 22 e 25ºC, ciclo claro-escuro (12 horas) invertido e ração e água ad libitum. Todos os procedimentos adotados seguiram as recomendações do Colégio Brasileiro de Experimentação Animal (www.cobea.org.br) e foram aprovados pelo Comitê de Ética da Escola de Educação Física e Esporte da Universidade de São Paulo (CEP # 004).

Genotipagem

Os camundongos α_2AKO, α_2C KO e α_2A/α_2CKO foram genotipados a partir da extração de DNA genômico por meio de biopsia realizada na orelha esquerda dos animais. A genotipagem foi realizada por meio da reação em cadeia da polimerase (PCR-polymerase chain reaction) com termociclador utilizando oligonucleotídeos iniciadores (primers) para a detecção dos genes intactos e com ruptura dos genes dos receptores α_2A e α_2C- adrenérgicos⁽¹¹⁾.

Eletrocardiograma durante o teste de tolerância aos esforços físicos

Para possibilitar o monitoramento da FC, foram implantados três eletrodos de aço inoxidável nas regiões torácica direita, esquerda e dorsal, com fixação das extremidades externas junto à cabeça dos camundongos α_2AKO, α_2CKO, α_2A/α_2CKO e CO anestesiados com ketamina (80mg/kg) e xilasina (12mg/kg).

Durante o teste de tolerância ao esforço físico foi realizado o registro do eletrocardiograma dos camundongos. O sinal do eletrocardiograma foi amplificado por um bioelétrico (Hewlett-Packard) e posteriormente registrado em microcomputador em tempo real (AT/CODAS 1000Hz).

Protocolo 1. Resposta taquicárdica durante o teste de tolerância ao esforço físico

O teste de tolerância ao esforço físico foi realizado em camundongos CO, α_2A/α_2CKO, α_2AKO e α_2CKO aos três meses de idade em esteira rolante⁽⁸⁾, com protocolo de intensificação de EF escalonado. Após um período de 15 minutos de repouso na esteira, os camundongos foram submetidos ao EF escalonado progressivo, com incremento de carga de três metros/minuto a cada três minutos, iniciando com velocidade de seis metros/minuto, até a exaustão do animal e um período de recuperação de cinco minutos⁽¹⁵⁾.

Protocolo 2. Controle autonômico da resposta taquicárdica durante o exercício físico progressivo

Para possibilitar a administração dos fármacos para o bloqueio dos receptores muscarínicos e adrenérgicos, foi implantada uma cânula na veia jugular dos camundongos α_2A/α_2CKO e CO anestesiados com ketamina (80mg/kg) e xilasina (12mg/kg).

Vinte e quatro horas após a execução do teste de tolerância ao esforço físico foi realizado o teste de EF progressivo em três diferentes intensidades, 30%, 60% e 85% da velocidade máxima obtida no teste realizado no dia anterior, com duração de três minutos em cada carga; a FC dos camundongos foi registrada sob bloqueio farmacológico dos receptores muscarínicos cardíacos com metilatropina (1mg/kg, i.v.). Após o término do EF, propranolol foi injetado (3mg/kg, i.v.) e, 15 minutos após, o EF foi repetido. Esse último experimento foi realizado visando obter a FC intrínseca durante o EF progressivo.

No dia seguinte, o mesmo experimento com bloqueio farmacológico foi realizado em ordem inversa, ou seja, primeiro houve a administração de propranolol.

O cálculo dos efeitos vagal e simpático durante o EF foi realizado conforme previamente descrito por Gava et al.⁽¹⁶⁾, utilizando as seguintes fórmulas:

Efeito vagal = FC pós-bloqueio com metilatropina - FC da sessão controle

Efeito simpático = FC da sessão controle - FC pós-bloqueio com propranolol.

O comportamento da FC intrínseca durante o EF foi calculado pela resposta da FC após bloqueio duplo com metilatropina e propranolol.

O desenho experimental do estudo pode ser observado na figura 1.

Análise estatística

Os resultados são apresentados na forma de média ± erro padrão da média. A resposta taquicárdica ao EF e os efeitos simpático e vagal durante o EF foram comparados entre os grupos por meio de análise de variância de um fator (genótipo) para medidas repetidas. Para os casos de significância foi utilizado o teste post-hoc de Tukey. Utilizamos estatística paramétrica após aplicação de teste de normalidade (teste de Kolmogorov-Smirnov) e de homocedasticidade (teste de Bartlett. Os resultados foram considerados estatisticamente significantes quando p < 0,05.

RESULTADOS

Resposta taquicárdica durante o teste de tolerância ao esforço físico.

Os camundongos α_2AKO, α_2CKO, α_2A/α_2CKO e CO foram submetidos ao teste de tolerância ao esforço físico com protocolo de intensificação de EF escalonado. Os camundongos α_2AKO e α_2A/α_2CKO percorreram distâncias significantemente inferiores à percorrida pelos camundongos CO de mesma faixa etária (figura 2A), apresentando nítida intolerância à realização de esforços. Quando comparamos a resposta taquicárdica, verificamos que os camundongos α_2AKO e α_2A/α_2CKO apresentaram maior elevação da FC com o incremento de carga durante o teste que os camundongos CO (figura 2B).

Controle autonômico da resposta taquicárdica durante o exercício físico progressivo.

Na figura 3 observa-se que a FC durante o EF progressivo apresentou valores absolutos superiores nos camundongos α_2A/α_2CKO quando comparados com os camundongos CO (30%, 680 ± 23,1 vs. 647 ± 23,3bpm; 60%, 721 ± 13 vs. 684 ± 20bpm; 85%, 741 ± 8,8 vs. 706 ± 19,6bpm), corroborando os dados prévios desses grupos apresentados na figura 2B. Essa resposta estava associada ao menor efeito vagal nos camundongos α_2A/α_2CKO em relação aos camundongos CO (30%, 61,6 ± 29,1 vs. 76,3 ± 20,1bpm; 60%, 31,8 ± 17,3 vs. 55,5 ± 13,2bpm; 85%, 19,8 ± 21 vs. 27,6 ± 15,1bpm), uma vez que o efeito simpático não foi diferente entre os grupos (figura 4).

DISCUSSÃO

Os receptores α₂-adrenérgicos regulam a atividade do sistema nervoso simpático, sendo os receptores α_2A e α_2C-adrenérgicos os responsáveis pelo controle da liberação de noradrenalina nos terminais nervosos simpáticos e no tecido cardíaco^(11,12).

Neste estudo, os camundongos α_2AKO e α_2A/α_2CKO apresentaram intolerância à realização de esforço físico e maior resposta da FC durante o teste de tolerância ao esforço físico quando comparados com os camundongos α_2CKO e CO. Isso pode ter ocorrido devido ao maior controle inibitório sobre a secreção de noradrenalina apresentado pelos receptores α_2A-adrenérgicos^(8,9,12). Em camundongos com inativação gênica para os receptores α2A-adrenérgicos, há aumento na atividade simpática com taquicardia de repouso⁽¹⁷⁾, o que não ocorre com aqueles que têm os receptores α_2C-adrenérgicos inativados⁽¹⁸⁾.

Essa resposta taquicárdica durante o esforço deve estar relacionada com hiperatividade simpática nos camundongos α_2AKO e α_2A/α_2CKO, que é acompanhada de intolerância à realização de esforço. Em camundongos α2A/α2CKO já observamos intolerância aos esforços, que se agrava com a progressão da doença⁽¹⁵⁾ e associa-se tanto a disfunção cardíaca^(10,19) quanto a alterações na função e na estrutura da musculatura esquelética⁽²⁰⁾.

Em relação ao balanço autonômico durante o EF progressivo, observou-se que a resposta da FC foi maior nos camundongos α_2A/α_2CKO em comparação com os camundongos CO. Essa resposta está associada a menor efeito vagal, já que o tônus basal simpático nos camundongos α_2A/α_2CKO é mais alto, o que acarreta menor reserva simpática para elevação da FC durante o EF nos camundongos α_2A/α_2CKO em relação aos CO.

A hiperatividade simpática tem um papel importante na fisiopatologia e evolução da doença cardiovascular⁽²¹⁾. Nos camundongos α_2A/α_2CKO, os níveis plasmáticos elevados de catecolaminas fazem com que o coração se adapte inicialmente, causando um remodelamento cardíaco com hipertrofia e aumento da FC. Contudo, há uma falha no mecanismo compensatório com o avançar da idade nesses camundongos⁽¹⁰⁾, acarretando insuficiência cardíaca grave e 50% de mortalidade aos sete meses de idade⁽¹⁹⁾. Portanto, os resultados do presente estudo demonstram, pela primeira vez, a importância dos receptores α_2A/α_2C-adrenérgicos no controle autonômico, não só no repouso, mas também durante o EF, sendo o receptor α_2A-adrenérgico o responsável pela hiperatividade simpática e menor efeito vagal observados. Além disso, alterações na resposta taquicárdica, mesmo na ausência de disfunção cardíaca, sugerem que a FC possa ser utilizada como ferramenta prognóstica.

Trabalhos do nosso grupo também corroboram a hipótese de que o treinamento físico aeróbico constitui-se em uma estratégia não farmacológica que reduz a FC e melhora o balanço autonômico em camundongos com insuficiência cardíaca durante o EF^(10,19). Dessa forma, o exercício físico regular seria altamente recomendado para minimizar os efeitos deletérios da hiperatividade simpática presentes nas doenças cardiovasculares e fatores de risco.

Apesar de os nossos dados apresentarem como limitação o fato de os camundongos terem realizado os protocolos experimentais com eletrodos subcutâneos implantados, acreditamos que isso não tenha interferido de maneira importante no seu desempenho físico durante o esforço, pois os resultados desses testes não foram diferentes dos realizados sem a presença dos eletrodos.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Nossos dados mostraram intolerância aos esforços físicos e taquicardia exacerbada nos camundongos α_2AKO e α_2A/α_2CKO em relação aos CO. Além disso, verificou-se balanço autonômico alterado nos camundongos α2A/α2CKO durante o exercício físico progressivo com menor efeito vagal, evidenciando a hiperatividade do sistema nervoso simpático e a importância desses receptores no controle da FC e do balanço autonômico. tanto em repouso quanto em exercício físico.

Todos os autores declararam não haver qualquer potencial conflito de interesses referente a este artigo.

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Submetido em 06/08/2008

Versão final recebida em 05/12/2008

Aceito em 29/01/2009

Este estudo foi financiado pelo Projeto Jovem Pesquisador Fapesp (02/04588-8). A aluna T.F.C foi bolsista da Fapesp (03/07548-0). P.C.B. tem bolsa produtividade em pesquisa do CNPq (BPq).

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  22 Set 2009
• Data do Fascículo
  Ago 2009

Histórico

• Recebido
  06 Ago 2008
• Aceito
  29 Jan 2009