Low-intensity endurance training and right ventricular myocytes of hypertensive rats / Treinamento aeróbio de baixa intensidade e miócitos do ventrículo direito de ratos hipertensos / Entrenamiento de resistencia de baja intensidad y miocitos del ventrículo derecho de ratas hipertensas

ABSTRACT Introduction The structural and mechanical adaptations of the right ventricular (RV) myocytes in response to hypertension associated with low-intensity endurance training (LIET) have not been studied in experimental models. Objective To determine the effects of LIET on the structural and mechanical properties of RV myocytes in spontaneously hypertensive rats (SHRs). Methods Male SHRs and normotensive Wistar rats (age: 16 weeks) were allocated to groups (n=7): WIS (Wistar Controls); SHR-C (SHR Controls) and SHR-T (SHR Trained; 60 min/day, 50-60% of maximal exercise capacity, 5 days/week for 8 weeks). Systolic arterial pressure (SAP), isolated RV myocyte dimensions, contractility, intracellular Ca2+ transient ([Ca2+]i), and ventricular Ca2+ regulatory proteins were measured. The statistical analysis was performed by one-way ANOVA followed by the Tukey post hoc test (α=5%). Results LIET reduced the SAP in SHR animals (SHR-C, 164 ± 2 mmHg vs. SHR-T, 152 ± 4 mmHg; P<0.05). Hypertension increased cell length (WIS, 156.8 ± 2.7 µm; SHR-C, 166.6 ± 3.1 µm; P<0.05) but did not affect cell width or volume (P>0.05). LIET did not change the cell dimensions in the SHR-T. Neither hypertension nor LIET affected myocyte contractility or the expression of Ca2+ regulatory proteins in the RV of the SHR-C and SHR-T groups. Hypertension did not affect the amplitude of the [Ca2+]i transient or the time to half resting level (P>0.05), but increased the time to peak (WIS, 58 ± 1 ms vs. SHR-C, 79 ± 2 ms; P<0.05). LIET increased the amplitude of the [Ca2+]i transient (WIS, 2.28 ± 0.07 F/F0 and SHR-C, 2.48 ± 0.08 F/F0 vs. SHR-T, 2.87 ± 0.08 F/F0 P<0.05), but did not alter the times to peak or to half resting level. Conclusion LIET had no effect on the structural and mechanical properties of RV myocytes in the SHRs, although it increased the amplitude of the [Ca2+]i transient and reduced the SAP. Level of evidence I, Therapeutic Studies - Investigating the Results of Treatment.

RESUMO Introdução As adaptações estruturais e mecânicas de miócitos do ventrículo direito (VD) em resposta à hipertensão associada ao treinamento aeróbio de baixa intensidade (TABI) não foram estudadas em modelos experimentais de ratos. Objetivo Determinar os efeitos do TABI sobre as propriedades estruturais e mecânicas de miócitos do VD em ratos espontaneamente hipertensos (SHR). Métodos Ratos SHR e ratos Wistar machos e normotensos (idade: 16 semanas) foram distribuídos em grupos (n = 7): WIS (Wistar controle); SHR-C (SHR controle) e SHR-T (SHR treinados; 60 min/dia, 50% a 60% da capacidade máxima de exercício, 5 dias/semana por 8 semanas). Procedeu-se à medição de pressão arterial sistólica (PAS), dimensões dos miócitos isolados do VD, contratilidade, transiente intracelular de Ca2+ ([Ca2+]i) e de proteínas reguladoras de Ca2+. A análise estatística foi realizada por ANOVA one-way, seguida por teste de Tukey post hoc (α = 5%). Resultados O TABI reduziu a PAS nos animais SHR (SHR-C, 164 ± 2 mmHg vs. SHR-T, 152 ± 4 mmHg; P < 0,05). A hipertensão aumentou o comprimento celular (WIS, 156,8 ± 2,7 µm; SHR-C, 166,6 ± 3,1 µm; P < 0,05), mas não afetou a largura ou o volume (P > 0,05). O TABI não alterou as dimensões celulares nos SHR-T. Nem a hipertensão nem o TABI afetaram a contratilidade dos miócitos ou a expressão das proteínas reguladoras do Ca2+ no VD dos grupos SHR-C e SHR-T. A hipertensão não afetou a amplitude do transiente de [Ca2+]i e o tempo até a metade do nível de repouso (P > 0,05), mas aumentou o tempo até o pico (WIS, 58 ± 1 msvs. SHR-C, 79 ± 2 ms; P < 0,05). O TABI aumentou a amplitude do transiente de [Ca2+]i (WIS, 2,28 ± 0,07 F/F0 e SHR-C, 2,48 ± 0,08 F/F0 vs. SHR-T, 2,87 ± 0,08 F/F0 P < 0,05), mas não alterou os tempos até o pico e a metade do nível de repouso. Conclusão O TABI não teve efeito sobre as propriedades estruturais e mecânicas de miócitos do VD de SHR, embora tenha aumentado a amplitude do transiente de [Ca2+]i e reduzido a PAS. Nível de evidência I, Estudos terapêuticos - Investigação dos resultados do tratamento.

RESUMEN Introducción Las adaptaciones estructurales y mecánicas de los miocitos del ventrículo derecho (VD) en respuesta a la hipertensión asociada al entrenamiento de resistencia de baja intensidad (ERBI) no se han estudiado en modelos experimentales de ratas. Objetivo Determinar los efectos del ERBI sobre las propiedades estructurales y mecánicas de los miocitos del VD en ratas espontáneamente hipertensas (SHR). Métodos Ratas SHR y ratas Wistar machos y normotensas (edad: 16 semanas) fueron distribuidas en grupos (n = 7): WIS (Wistar controle); SHR-C (SHR controle) y SHR-T (SHR entrenado; 60 min/día, el 50% a 60% de la capacidad máxima de ejercicio, 5 días/semana por 8 semanas). Se midieron presión arterial sistólica (PAS), dimensiones de los miocitos aislados del VD, contractilidad, transitorio intracelular de Ca2+ ([Ca2+]i) y proteínas reguladoras de Ca2+. El análisis estadístico se realizó mediante ANOVA one-way seguida por la prueba de Tukey post hoc (α = 5%). Resultados El ERBI redujo la PAS en los animales SHR (SHR-C, 164 ± 2 mmHg contra SHR-T 152 ± 4 mmHg, P < 0,05). La hipertensión aumentó la longitud de la célula (WIS, 156,8 ± 2,7 μm, SHR-C, 166,6 ± 3,1 μm; P < 0,05), pero no afectó el ancho o el volumen (P > 0,05). El ERBI no alteró las dimensiones de la célula en SHR-T. Ni la hipertensión y ni el ERBI afectaron la contractilidad de los miocitos o la expresión de proteínas reguladoras de Ca2+ en el VD de los grupos SHR-C y SHR-T. La hipertensión no afectó la amplitud del transitorio de [Ca2+]i y el tiempo hasta la mitad del nivel de reposo (P > 0,05), pero aumentó tiempo hasta el pico (WIS, 58 ± 1 ms contra SHR-C, 79 ± 2 ms; P < 0,05). El ERBI aumentó la amplitud del transitorio de [Ca2+]i (WIS, 2,28 ± 0,07 F/F0 y SHR-C, 2,48 ± 0,08 F/F0 contra SHR-T, 2,87 ± 0,08 F/F0 P < 0,05), pero no alteró los tiempos hasta el pico y la mitad del nivel de reposo. Conclusión El ERBI no tuvo efecto sobre las propiedades estructurales y mecánicas de los miocitos del VD de SHR, aunque aumentó la amplitud del transitorio de [Ca2+]i y redujo la PAS. Nivel de Evidencia I, Estudios terapéuticos - Investigación de los resultados del tratamiento.

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.

Acute neuromuscular response during eccentric overload protocol by using a mechanical device to increase the load / Resposta neuromuscular aguda durante um protocolo de sobrecarga excêntrica usando um dispositivo mecânico para aumentar a carga

Abstract The aim of this study was to propose a mechanical device that could increase the mechanical load during the entire eccentric (ECC) action on a knee flexor machine and to compare the muscular activity when the device was used during a testing protocol. Fifteen physically active women were recruited, and they performed two protocols: control and eccentric overload. Control protocol was performed with concentric (CON) and ECC actions with similar load (60% of one repetition maximum) whilst eccentric overload protocol consisted of ECC actions with 40% more load than CON actions. Muscular activation was measured using surface electromyography of the biceps femoris (BF) and the gastrocnemius medialis (GM) muscles. ECC actions presented a higher muscular activation during eccentric overload protocol than control protocol for BF (p = 0.032), but not for the GM (p = 0.439). The mechanical device increased the mechanical load during the ECC muscle action and consequently increased the amplitude of the neural drive to the BF muscle; however, it did not increase the amplitude of the neural drive to the GM muscle.

Resumo O objetivo deste estudo foi propor um dispositivo mecânico que acoplado a uma cadeira flexora aumente a carga mecânica durante toda a ação excêntrica (ECC) e comparar a atividade muscular durante a utilização do dispositivo proposto. Quinze mulheres fisicamente ativas foram recrutadas e realizaram dois diferentes protocolos (controle e sobrecarga ECC). O protocolo controle foi realizado com ações concêntricas (CON) e ECC com carga iguais (60% de uma repetição máxima), enquanto o protocolo de sobrecarga ECC consistiu em ações ECC com 40% mais de carga do que as ações CON. A ativação muscular dos músculos biceps femoris (BF) e gastrocnemius medialis (GM) foi medida por meio de eletromiografia de superfície. Durante as ações ECC foi observada uma maior ativação do BF durante o protocolo de sobrecarga quando comparado ao protocolo controle (p = 0,032). No entanto, GM não apresentou diferenças na ativação entre os protocolos (p = 0,439). O dispositivo mecânico proposto foi capaz de aumentar a carga durante a ação ECC e, consequentemente, a atividade muscular do BF.

A spatial coherence-based vision-free brain-computer interface using auditory selective attention / Interface cérebro-computador baseada em coerência espacial usando atenção auditiva seletiva

INTRODUCTION: The development of Brain Computer Interfaces based on Auditory Selective Attention allows patients unable to voluntarily control eye movement to interact with the interface, because such systems are independent of vision. An alternative technique suitable for Brain Computer Interface applications is Spatial Coherence, an objective method to detect the side where a subject is focusing attention. This method takes into consideration the Coherence Function and the topographic distribution of responses between EEG electrodes. In this work, we further study the Information Transfer Rate and the effects of overlapping windows in the calculations. The idea behind the overlapping is to decrease the duration of the test in order to augment the Information Transfer Rate. METHOD: EEG signals were collected from fourteen adult men aged between 19 and 28 years. Amplitude-modulated tones were used for stimulation, with 32 and 38 Hz modulation and 500 and 2000 Hz carrier frequencies, on the left and right ears, respectively. Spatial coherence was used in an online Brain Computer Interface system using auditory steady-state responses modulated by Auditory Selective Attention. RESULTS: The obtained hit rates and the Information Transfer Rate may be considered appropriate, with a maximum value of 82% and 1.89 bits/min. The better detector regarding sensitivity versus specificity can be obtained by using a 50% overlap between consecutive data windows. CONCLUSION: We conclude that the Spatial Coherence successfully detected the focus of attention, and it seemed useful as a classifier of the attention condition for vision-free Brain Computer Interface.

O desenvolvimento de interfaces cérebro computador (BCI), com base em atenção seletiva auditiva (ASA), auxilia pacientes que não conseguem controlar voluntariamente o movimento do olho para interagir com interfaces visuais, uma vez que tais sistemas são independentes de visão. A Coerência Espacial é técnica alternativa adequada para aplicações BCI, tal técnica é usada em eletroencefalograma (EEG) para detectar o lado, ou hemisfério, em que o sujeito está focalizando atenção. Este método leva em consideração a função de coerência e a distribuição topográfica das respostas entre os eletrodos de EEG. Neste estudo foram coletados sinais EEG de 14 homens adultos com idade entre 19 e 28 anos com aplicação de estímulos sonoros, tons em amplitude modulada (AM) com frequência de modulação e portadora 32/500 Hz na orelha esquerda e 38/2000 Hz na orelha direita. A coerência espacial foi usada em um sistema BCI on-line com ASSR modulada pela atenção seletiva auditiva. Neste trabalho, foi abordado a taxa de transferência de informação (ITR) e os efeitos de sobreposição de janelas nas estimativas da coerência com objetivo de reduzir a duração do ensaio e aumentar a ITR. Conclui-se que a coerência espacial pode útil para detecção do foco de atenção, aplicado a BCI. As taxas de sensibilidade e ITR máximas são de 82% e 1,89 bits/min. Neste caso a melhor sensibilidade e especificidade foram obtidas com 50% de sobreposição entre as janelas nas estimativas da coerência.

Exercise training prior to myocardial infarction attenuates cardiac deterioration and cardiomyocyte dysfunction in rats

OBJECTIVES: The present study was performed to investigate 1) whether aerobic exercise training prior to myocardial infarction would prevent cardiac dysfunction and structural deterioration and 2) whether the potential cardiac benefits of aerobic exercise training would be associated with preserved morphological and contractile properties of cardiomyocytes in post-infarct remodeled myocardium. METHODS: Male Wistar rats underwent an aerobic exercise training protocol for eight weeks. The rats were then assigned to sham surgery (SHAM), sedentary lifestyle and myocardial infarction or exercise training and myocardial infarction groups and were evaluated 15 days after the surgery. Left ventricular tissue was analyzed histologically, and the contractile function of isolated myocytes was measured. Student's t-test was used to analyze infarct size and ventricular wall thickness, and the other parameters were analyzed by the Kruskal-Wallis test followed by Dunn's test or a one-way analysis of variance followed by Tukey's test (p<0.05). RESULTS: Myocardial infarctions in exercise-trained animals resulted in a smaller myocardial infarction extension, a thicker infarcted wall and less collagen accumulation as compared to myocardial infarctions in sedentary animals. Myocardial infarction-induced left ventricular dilation and cardiac dysfunction, as evaluated by +dP/dt and -dP/dt, were both prevented by previous aerobic exercise training. Moreover, aerobic exercise training preserved cardiac myocyte shortening, improved the maximum shortening and relengthening velocities in infarcted hearts and enhanced responsiveness to calcium. CONCLUSION: Previous aerobic exercise training attenuated the cardiac dysfunction and structural deterioration promoted by myocardial infarction, and such benefits were associated with preserved cardiomyocyte morphological and contractile properties. .

Morfologia e contratilidade em cardiomiócitos de ratos com baixo desempenho para o exercício físico / Morphology and contractility in cardiomyocytes of rats with low exercise performance

FUNDAMENTO: A capacidade aeróbica é fundamental para o desempenho físico, e a baixa capacidade aeróbica está relacionada ao desencadeamento de diversas doenças cardiovasculares. OBJETIVO: Comparar a contratilidade e a morfologia de cardiomiócitos isolados de ratos com baixo desempenho e desempenho padrão para o exercício físico. MÉTODOS: Ratos Wistar, com 10 semanas de idade, foram submetidos a um protocolo de corrida em esteira até a fadiga, e foram divididos em dois grupos: Baixo Desempenho (BD) e Desempenho Padrão (DP). Em seguida, após eutanásia, o coração foi removido rapidamente e, por meio de dissociação enzimática, os cardiomiócitos do ventrículo esquerdo foram isolados. O comprimento celular e dos sarcômeros e a largura dos cardiomiócitos foram medidos usando-se um sistema de detecção de bordas. Os cardiomiócitos isolados foram estimulados eletricamente a 1 e 3 Hz e a contração celular foi medida registrando-se a alteração do seu comprimento. RESULTADOS: O comprimento celular foi menor no grupo BD (157,2 ± 1,3µm; p < 0,05) em relação ao DP (161,4 ± 1,3 µm), sendo o mesmo resultado observado para o volume dos cardiomiócitos (BD, 25,5 ± 0,4 vs. DP, 26,8 ± 0,4 pL; p < 0,05). Os tempos para o pico de contração (BD, 116 ± 1 vs. DP, 111 ± 2ms) e para o relaxamento total (BD, 143 ± 3 vs. DP, 232 ± 3 ms) foram maiores no grupo BD. CONCLUSÃO: Conclui-se que os miócitos do ventrículo esquerdo dos animais de baixo desempenho para o exercício físico apresentam menores dimensões que os dos animais de desempenho padrão, além de apresentarem perdas na capacidade contrátil.

BACKGROUND: Aerobic capacity is essential to physical performance, and low aerobic capacity is related to the triggering of various cardiovascular diseases. OBJECTIVE: To compare the morphology and contractility of isolated rat cardiomyocytes with low performance and standard performance for exercise. METHODS: Wistar rats with 10 weeks of age underwent a protocol of treadmill running to fatigue, and were divided into two groups: Low Performance (LP) and Standard Performance (SP). Then, the animals were sacrificed, the heart was quickly removed and, by means of enzymatic dissociation, left ventricular cardiomyocytes were isolated. The cell and sarcomeres length and width of cardiomyocytes were measured using an edge detection system. The isolated cardiomyocytes were electrically stimulated at 1 and 3 Hz and cell contraction was measured by registering the change of their length. RESULTS: The cell length was shorter in the LP group (157.2 1.3µm; p < 0.05) compared to SP (161.4 1.3µm), and the same result was observed for the volume of cardiomyocytes (LP, 25.5 0.4. vs. SP, 26.8 ± 0.4 pL; p < 0.05). The time to peak contraction (LP, 116 1 vs. SP 111 2ms) and total relaxation (LP, 143 3 vs. SP 232 3ms) were higher in the LP group. CONCLUSION: We conclude that left ventricular myocytes of animals with low performance for exercise are smaller than animals with standard performance. In addition to that, they present losses in contractile capacity.