Moderate Continuous Aerobic Exercise Training Improves Cardiomyocyte Contractility in Β1 Adrenergic Receptor Knockout Mice / Treinamento Aeróbico Contínuo de Intensidade Moderada Melhora a Contratilidade do Cardiomiócito em Camundongos com Nocaute para o Receptor B1-Adrenérgico

Abstract Background: The lack of cardiac β1-adrenergic receptors (β1-AR) negatively affects the regulation of both cardiac inotropy and lusitropy, leading, in the long term, to heart failure (HF). Moderate-intensity aerobic exercise (MCAE) is recommended as an adjunctive therapy for patients with HF. Objective: We tested the effects of MCAE on the contractile properties of left ventricular (LV) myocytes from β1 adrenergic receptor knockout (β1ARKO) mice. Methods: Four- to five-month-old male wild type (WT) and β1ARKO mice were divided into groups: WT control (WTc) and trained (WTt); and β1ARKO control (β1ARKOc) and trained (β1ARKOt). Animals from trained groups were submitted to a MCAE regimen (60 min/day; 60% of maximal speed, 5 days/week) on a treadmill, for 8 weeks. P ≤ 0.05 was considered significant in all comparisons. Results: The β1ARKO and exercised mice exhibited a higher (p < 0.05) running capacity than WT and sedentary ones, respectively. The β1ARKO mice showed higher body (BW), heart (HW) and left ventricle (LVW) weights, as well as the HW/BW and LVW/BW than WT mice. However, the MCAE did not affect these parameters. Left ventricular myocytes from β1ARKO mice showed increased (p < 0.05) amplitude and velocities of contraction and relaxation than those from WT. In addition, MCAE increased (p < 0.05) amplitude and velocities of contraction and relaxation in β1ARKO mice. Conclusion: MCAE improves myocyte contractility in the left ventricle of β1ARKO mice. This is evidence to support the therapeutic value of this type of exercise training in the treatment of heart diseases involving β1-AR desensitization or reduction.

Resumo Fundamento: A falta de receptores β1-adrenérgicos (β1-AR) cardíacos afeta negativamente a regulação de inotropismo e lusitropismo cardíacos, levando, no longo prazo, a insuficiência cardíaca (IC). Recomenda-se exercício aeróbico contínuo de intensidade moderada (EACM) como adjuvante no tratamento de pacientes com IC. Objetivo: Testar os efeitos do EACM nas propriedades contráteis de miócitos do ventrículo esquerdo (VE) de camundongos com nocaute para o receptor β1-adrenérgico (β1ARKO). Método: Camundongos machos com 4 a 5 meses de idade, wild-type (WT) e β1ARKO foram divididos em grupos: WT controle (WTc) e treinado (WTt); e β1ARKO controle (β1ARKOc) e treinado (β1ARKOt). Os grupos treinados foram submetidos a regime de EACM (60 min/dia; 60% da velocidade máxima, 5 dias/semana) em esteira rolante, por 8 semanas. Adotou-se P ≤ 0,05 como nível de significância em todas as comparações. Resultados: Os animais β1ARKO (β1ARKOc + β1ARKOt) correram uma distância maior do que os animais WT (WTc + WTt) (p < 0,05). Os camundongos β1ARKO apresentaram maiores pesos corporal (PC), do coração (PCo) e do ventrículo esquerdo (PVE), assim como PCo/PC e PVE/PC do que os camundongos WT. Entretanto, o EACM não afetou tais parâmetros. Os miócitos do VE de camundongos β1ARKO apresentaram maiores (p < 0,05) amplitude e velocidades de contração e relaxamento do que os dos camundongos WT. Além disso, o EACM aumentou (p < 0,05) a amplitude e as velocidades de contração e relaxamento nos camundongos β1ARKO. Conclusão: O EACM melhora a contratilidade do miócito do VE de camundongos β1ARKO. Tal achado confirma o valor terapêutico desse tipo de treinamento físico para o tratamento de doenças cardíacas envolvendo dessensibilização ou redução de β1-AR.

ÓXIDO NÍTRICO E DINÂMICA DE CA2+ EM CARDIOMIÓCITOS: INFLUÊNCIA DA CAPACIDADE DE EXERCÍCIO / NITRIC OXIDE AND CA2+ DYNAMICS IN CARDIOMYOCYTES: INFLUENCE OF EXERCISE CAPACITY / ÓXIDO NÍTRICO Y DINAMICA DE CA2+ EN CARDIOMIOCITOS: INFLUENCIA DE LA CAPACIDAD DE EJERCÍCIO

RESUMO Introdução: A capacidade intrínseca para o exercício aeróbico está relacionada com o inotropismo cardíaco. Por outro lado, a participação do óxido nítrico (NO) como mensageiro intracelular sobre a dinâmica do Ca2+ ainda permanece desconhecida em ratos com diferentes capacidades intrínsecas para o exercício. Objetivo: Avaliar se o NO modula diferentemente o transiente intracelular de Ca2+ e liberações espontâneas de Ca2+(sparks) em cardiomiócitos de ratos com diferentes capacidades intrínsecas para o exercício. Métodos: Ratos machos Wistar foram selecionados como desempenho padrão (DP) e alto desempenho (AD), de acordo com a capacidade de exercício até a fadiga, mensurada através de teste de esforço progressivo em esteira. Os cardiomiócitos dos ratos foram utilizados para determinar o transiente intracelular de Ca2+ e Ca2+sparks em microscópio confocal. Para estimar a contribuição do NO foi utilizado o inibidor das sínteses do NO (L-NAME, 100 µM). Os dados foram analisados através de ANOVA two-way seguido do pós-teste de Tukey e apresentados como médias ± EPM. Resultados: Os cardiomiócitos de ratos AD exibiram aumentos na amplitude do transiente de Ca2+ em comparação aos DP. Entretanto, o L-NAME aumentou a amplitude do transiente de Ca2+ somente em ratos DP. Não foram encontradas diferenças na constante de tempo de decaimento do transiente de Ca2+ (t) em cardiomiócitos de ratos com DP e AP, contudo, a administração do L-NAME diminuiu o t em cardiomiócitos em ambos os grupos. cardiomiócitos de ratos AD apresentaram menor amplitude e frequência de Ca2+sparks em comparação ao grupo DP. A administração de L-NAME aumentou a amplitude de Ca2+sparks em cardiomiócitos do grupo AD. Conclusão: O NO modula o transiente de Ca2+ e as sparks de Ca2+ em cardiomiócitos de ratos com diferentes capacidades intrínsecas para o exercício.

ABSTRACT Introduction: The intrinsic capacity to aerobic exercise is associated with cardiac inotropism. On the other hand, the contribution of nitric oxide (NO) as an intracellular messenger on Ca2+ dynamics remains unknown in rats with different intrinsic capacities to exercise. Objective: To evaluate whether NO modulates differently Ca2+ intracellular transient and spontaneous Ca2+ releases (sparks) in cardiomyocytes of rats with different intrinsic capacities to exercise. Methods: Male Wistar rats were selected as standard-performance (SP) and high-performance (HP), according to the exercise capacity until fatigue, assessed through a treadmill progressive stress test. Cardiomyocytes of rats were used to determine Ca2+ intracellular transient and Ca2+ sparks evaluated using confocal microscope. To estimate NO contribution, a NO synthase inhibitor (L-NAME, 100 µM) was used. Data were analyzed through two-way ANOVA followed by Tukey's post hoc test and expressed as means ± SEM. Results: Cardiomyocytes of HP rats exhibited higher Ca2+ transient amplitude compared to SP. However, L-NAME increased Ca2+ transient amplitude only in SP rats. No differences were found in Ca2+ transient decay time constant ( t) in cardiomyocytes of SP and HP rats. However, administration of L-NAME caused reduction of tin cardiomyocytes of both groups. Lower amplitude and frequency of Ca2+ sparks were found in cardiomyocytes of HS rats compared to SP group. Administration of L-NAME increased the amplitude of Ca2+ sparks in cardiomyocytes of the HP group. Conclusion: NO modulates Ca2+ transient and Ca2+ sparks in cardiomyocytes of rats with different intrinsic exercise capacities.

RESUMEN Introducción: La capacidad intrínseca para el ejercicio aeróbico está relacionada con el inotropismo cardiaco. Por otro lado, todavía se desconoce la contribución del óxido nítrico (ON) como mensajero intracelular sobre la dinámica del Ca2+ en ratones con diferentes capacidades intrínsecas para el ejercicio. Objetivo: Evaluar si el ON modula diferencialmente la variación transitoria intracelular de Ca2+ y las liberaciones espontaneas de Ca2+ (sparks) en cardiomiocitos de ratones con diferentes capacidades intrínsecas para el ejercicio. Métodos: Ratones machos Wistar fueron seleccionados como desempeño estándar (DE) y alto desempeño (AD), de acuerdo con la capacidad de ejercicio hasta la fatiga, medida a través del test de fuerza progresiva en la caminadora o cinta eléctrica. Los cardiomiocitos de los ratones fueron utilizados para determinar el tránsito intracelular y sparks de Ca2+ evaluados en microscopio confocal. Para estimar la contribución del ON fue utilizado un inhibidor de síntesis del ON (L-NAME, 100 µM). Los datos fueron analizados a través de un ANOVA two-way seguido de un post-test Tukey y presentados como promedios ± EPM. Resultados: Los cardiomiocitos de ratones AD mostraron aumento en la amplitud de la variación transitoria de Ca2+ en comparación con los DE. Así mismo, el L-NAME incremento la amplitud transitoria de Ca2+ solamente en ratones DE. No se encontraron diferencias en la constante del tiempo de decaimiento de la variación transitoria ( t ) de Ca2+ en cardiomiocitos de ratones DE e AD. Todavía, la administración de L-NAME mostro una reducción en el t en cardiomiocitos de ambos los grupos. Cardiomiocitos de ratones AD presentaron menor amplitud y frecuencia de sparks de Ca2+ en comparación al grupo DE. La administración de L-NAME incrementó la amplitud de sparks de Ca2+ en cardiomiocitos del grupo AD. Conclusión: El ON modula la variación de Ca2+ y sparks de Ca2+ en cardiomiocitos de ratones con diferentes capacidades intrínsecas para el ejercicio.