Effect of Physical Training on Nitric Oxide Levels in Patients with Arterial Hypertension: An Integrative Review

Abstract The regular practice of physical exercise as a non-pharmacological treatment of arterial hypertension (AH) has been encouraged due to causing a series of physiological responses in the cardiovascular system, such as the production of vasoactive substances, including nitric oxide (NO). NO is a relaxation factor released by the endothelium, and the decrease in its bioavailability is related to coronary and arterial diseases, such as AH. This study aimed to perform an integrative literature review to elucidate the effect of physical training on NO levels in patients with AH and to establish a relationship between these levels and blood pressure (BP) control. A literature review was was performed by searching PubMed / MEDLINE, Lilacs, Scielo, Cinahl and Embase databases. The search string used was ("arterial hypertension" OR hypertension) AND (exercise OR "physical exercise" OR "aerobic exercise" OR "exercise training" or "physical activity") AND ("nitric oxide"). We included fully available controlled and uncontrolled clinical trials published in English and Portuguese languages in the last 10 years. The review consisted of 16 articles, of which 13 reported an increase in NO production after the physical training intervention, and three studies found no change. In addition, 15 studies observed a reduction in BP after the intervention. In conclusion, regular practice of physical exercises, advocating moderate intensity, can improve NO bioavailability in pre-hypertensive and hypertensive individuals, which seems to be one of the mechanisms responsible for BP reduction.

Pharmacological characterization of the calcium influx pathways involved in nitric oxide production by endothelial cells / Caracterização farmacológica das vias de influxo de cálcio envolvidas na produção de óxido nítrico por células endoteliais

ABSTRACT Objective: To characterize the calcium influx pathways implicated in the sustained elevation of endothelial intracellular calcium concentration, required for the synthesis and release of relaxing factors. Methods: We evaluated the effect of the newly synthesized pyrazole derivatives, described as selective inhibitors for ORAI (BTP2/Pyr2 and Pyr6) and TRPC3 (Pyr3 and Pyr10) channels, upon endothelium- and extracellular calcium-dependent relaxations stimulated by acetylcholine and thapsigargin, in pre-constricted rat thoracic aortic rings. Results: Acetylcholine and thapsigargin responses were completely reverted by Pyr2 and Pyr6 (1 to 3μM). Pyr3 (0.3 to 3μM) caused a rapid reversal of acetylcholine (6.2±0.08mg.s−1) and thapsigargin (3.9±0.25mg.s−1) relaxations, whereas the more selective TRPC3 blocker Pyr10 (1 to 3μM) had no effect. The recently described TRPC4/5 selective blocker, ML204 (1 to 3μM), reverted completely acetylcholine relaxations, but minimally thapsigargin induced ones. Noteworthy, relaxations elicited by GSK1016790A (TRPV4 agonist) were unaffected by pyrazole compounds or ML204. After Pyr2 and Pyr6 pre-incubation, acetylcholine and thapsigargin evoked transient relaxations similar in magnitude and kinetics to those observed in the absence of extracellular calcium. Sodium nitroprusside relaxations as well as phenylephrine-induced contractions (denuded aorta) were not affected by any of pyrazole compounds (1 to 3μM). Conclusion: These observations revealed a previously unrecognized complexity in rat aorta endothelial calcium influx pathways, which result in production and release of nitric oxide. Pharmacologically distinguishable pathways mediate acetylcholine (ORAI/TRPC other than TRPC3/TRPC4 calcium-permeable channels) and thapsigargin (TRPC4 not required) induced calcium influx.

RESUMO Objetivo: Caracterizar as vias do influxo de cálcio envolvidas no aumento sustentado da concentração intracelular de cálcio na célula endotelial, essencial para a síntese e a liberação de fatores relaxantes. Métodos: Analisamos o efeito de derivados pirazólicos sintetizados recentemente, descritos como inibidores seletivos para canais ORAI (BTP2/Pyr2 e Pyr6) e TRPC3 (Pyr3 e Pyr10), nos relaxamentos dependentes de endotélio e cálcio extracelular, produzidos por acetilcolina e tapsigargina, em anéis pré-contraídos da aorta torácica de rato. Resultados: As respostas de acetilcolina e tapsigargina foram completamente revertidas por Pyr2 e Pyr6 (1 a 3μM). Pyr3 (0,3 a 3μM) produziu reversão rápida dos relaxamentos de acetilcolina (6,2±0,08mg.s−1) e tapsigargina (3,9±0,25mg.s−1), enquanto o bloqueador mais seletivo para TRPC3, Pyr10 (1 a 3μM), não apresentou efeito. ML204 (1 a 3μM), bloqueador seletivo de TRPC4, descrito há pouco tempo, reverteu os relaxamentos induzidos por acetilcolina de forma completa, mas afetou minimamente aqueles produzidos por tapsigargina. Os derivados pirazólicos ou ML204 não afetaram os relaxamentos estimulados com GSK1016790A (TRPV4-agonista). Ainda, após pré-incubação com Pyr2 e Pyr6, acetilcolina e tapsigargina provocaram relaxamentos transitórios semelhantes em magnitude e cinética àqueles observados na ausência de cálcio extracelular. Os relaxamentos do nitroprussiato de sódio e as contrações induzidas pela fenilefrina (aorta sem endotélio) não foram afetados pelos compostos pirazólicos (1 a 3μM). Conclusão: Essas observações revelaram uma complexidade desconhecida das vias de influxo de cálcio no endotélio da aorta de rato, que resultam na produção e na liberação de óxido nítrico. Vias distinguíveis farmacologicamente medeiam o influxo estimulado por acetilcolina (ORAI TRPC, diferentes de TRPC3 TRPC4) e tapsigargina (TRPC4 não requerido).

Presentation of an experimental method to induce in vitro ("organ chambers") respiratory acidosis and its effect on vascular reactivity

PURPOSE: To create in vitro a model to generate acidosis by CO2 bubbling "organ chambers", which would be useful for researchers that aim to study the effects of acid-base disturbs on the endothelium-dependent vascular reactivity. METHODS: Eighteen male Wistar rats (230-280g) were housed, before the experiments, under standard laboratory conditions (12h light/dark cycle at 21°C), with free access to food and water. The protocol for promoting in vitro respiratory acidosis was carried out by bubbling increased concentrations of CO2. The target was to achieve an ideal way to decrease the pH gradually to a value of approximately 6.6.It was used, initially, a gas blender varying concentrations of the carbogenic mixture (95% O2 + 5% CO2) and pure CO2. RESULTS: 1) 100% CO2, pH variation very fast, pH minimum 6.0; 2) 90%CO2 pH variation bit slower, pH minimum6.31; 3) 70%CO2, pH variation slower, pH minimum 6.32; 4) 50% CO2, pH variation slower, pH minimum 6:42; 5) 40 %CO2, Adequate record, pH minimum 6.61, and; 6) 30 %CO2 could not reach values below pH minimum 7.03. Based on these data the gas mixture (O2 60% + CO2 40%) was adopted, CONCLUSION: This gas mixture (O2 60% + CO2 40%) was effective in inducing respiratory acidosis at a speed that made, possible the recording of isometric force. .

Óxido nítrico e sistema cardiovascular: ativação celular, reatividade vascular e variante genética / Nitric oxide and the cardiovascular system: cell activation, vascular reactivity and genetic variant / Óxido nítrico y sistema cardiovascular: activación celular, reactividad vascular y variante genética

O óxido nítrico (NO), primariamente identificado como um fator relaxante derivado do endotélio, é um radical livre atuante na sinalização de diferentes processos biológicos. A identificação das isoformas das sintases do NO (NOS) e a subsequente caracterização dos mecanismos de ativação celulares das enzimas possibilitaram tanto a compreensão de parte das interações fisiológicas como a compreensão de parte dos mecanismos de doença, na qual o NO está envolvido. A isoforma endotelial da NOS (eNOS), expressa principalmente no endotélio vascular, desempenha importante papel na regulação da reatividade vascular e no desenvolvimento e na progressão da aterosclerose. Esta revisão tem o propósito de contextualizar o leitor sobre a estrutura da eNOS e seus mecanismos de ativação celular. Tendo em vista os avanços da biologia molecular, trataremos ainda dos conhecidos mecanismos de regulação da expressão gênica e do papel de variantes no código genético da eNOS associados a fenótipos cardiovasculares. Embora se reconheça a importância do NO como molécula ateroprotetora, nossa atenção estará voltada à revisão de literatura envolvendo NO e sua participação na modulação do fenótipo de vasodilatação muscular.

Nitric oxide (NO), primarily identified as an endothelium-derived relaxing factor, is a free radical that signals different biological processes. The identification of NO synthase (NOS) isoforms and the subsequent characterization of the mechanisms of cell activation of the enzymes permitted the partial understanding of both the physiological interactions and of the mechanisms of the diseases in which NO is involved. Mainly expressed in the vascular endothelium, the endothelial NOS isoform (eNOS) plays an important role in the regulation of vascular reactivity and in the development and progression of atherosclerosis. The purpose of this review is to contextualize the reader about the eNOS structure and its mechanisms of cell activation. In view of the advances in molecular biology, we will also address the known mechanisms of gene expression regulation and the role of variants on the genetic code of eNOS associated with cardiovascular phenotypes. Although the importance of NO as an atheroprotective molecule is recognized, our focus will be the review of the literature on NO and its participation in the modulation of the muscle vasodilatation phenotype.

El óxido nítrico (NO), primariamente identificado como un factor relajante derivado del endotelio, es un radical libre actuante en la señalización de diferentes procesos biológicos. La identificación de las isoformas de las sintasas del NO (NOS) y la subsecuente caracterización de los mecanismos de activación celulares de las enzimas posibilitaron tanto la comprensión de parte de las interacciones fisiológicas como la comprensión de parte de los mecanismos de enfermedad, en la cual el NO está envuelto. La isoforma endotelial de la NOS (eNOS), expresada principalmente en el endotelio vascular, desempeña importante papel en la regulación de la reactividad vascular y en el desarrollo y en la progresión de la aterosclerosis. Esta revisión tiene el propósito de contextualizar al lector sobre la estructura de la eNOS y sus mecanismos de activación celular. Teniendo en vista los avances de la biología molecular, trataremos aun de los conocidos mecanismos de regulación de la expresión génica y del papel de variantes en el código genético de la eNOS asociados a fenotipos cardiovasculares. Aunque se reconozca la importancia del NO como molécula ateroprotectora, nuestra atención estará volcada a la revisión de literatura envolviendo NO y su participación en la modulación del fenotipo de vasodilatación muscular.

Adaptação de um sistema de ensaio biológico para detecção de fatores relaxantes endoteliais derivados do endocárdio atrial canino / Adaptation of bioassay to detect endothelium-derived relaxing factors from the canine atrial endocardium

OBJETIVO: Estudar a liberação de fatores relaxantes derivados do endotélio (EDRF) pelo endocárdio de aurículas de corações caninos. MÉTODOS: Aurículas atriais caninas foram suturadas em forma de tubos e o efluente desses tubos foram submetidos a ensaios biológicos (sistema de perfusão isolada em câmaras de órgãos) utilizando artéria coronária canina, para a detecção de EDRFs. RESULTADOS: O efluente da aurícula direita promoveu relaxamento de 58,4 + 10,1 por cento e da aurícula esquerda 74,9 + 8,5 por cento da contração inicial obtida pela ação da prostagladina F2α em artéria coronária. Não houve diferença estatística no relaxamento da artéria coronária induzido pelos efluentes das aurículas direita e esquerda. O relaxamento induzido pelos efluentes das aurículas direita e esquerda foi abolido pelo tratamento das mesmas com Triton X-100. O tratamento das aurículas com L-NMMA, um inibidor competitivo da síntese de óxido nítrico, e com indometacina, um inibidor da via da ciclooxigenase, promoveu redução no relaxamento da artéria coronária induzido pelo efluente auricular, indicando que o endotélio endocárdico libera óxido nítrico e prostanóides. CONCLUSÕES: Esse estudo demonstra, pela primeira vez, a liberação luminal in vitro de EDRF e prostaciclina pelo átrio de coração canino. A habilidade do endotélio endocárdico em produzir esses fatores pode ter um papel importante na prevenção da formação de trombos nas câmaras cardíacas.

OBJECTIVE: The aim of this study was to assess the release of endothelium-derived relaxing factors from the endocardium of canine atrial appendage. METHODS: To study the release of endothelium-derived relaxing factor (EDRF) from intact atrial endocardial endothelium, tube-shaped sutures of canine atrial appendages were performed and effluents from these tubes were bioassayed (isolated perfused organ chamber system) for detection of EDRF in canine coronary artery. RESULTS: Effluent from the right atrial appendage caused a relaxation of 58.4 + 10.1 percent and the left atrial appendage 74.9 + 8.5 percent from the initial prostagladin F2α contraction in coronary artery. No significant statistical difference was detected in effluent from the right and left atrial appendages. This relaxation was abolished by treating the heart tubes with Triton X-100 and reduced by treatment with LNMMA, a competitive inhibitor of nitric oxide and with indomethacin, an inhibitor of the cyclo-oxygenase pathway, also indicating the release of vasodilatory prostanoids from the endocardial endothelium. CONCLUSION: This study showed for the first time, in vitro luminal release of EDRF and prostacyclin from the canine heart atrium. The ability of the endocardial endothelium to produce these factors could play an important role in preventing thrombus formation in the cardiac chambers.

Bases moleculares da glomerulopatia diabética / Molecular bases of diabetic nephropathy

O principal determinante da nefropatia diabética é a hiperglicemia, mas hipertensão e fatores genéticos também estão envolvidos. O glomérulo é o foco de lesão, onde proliferação celular mesangial e produção excessiva de matriz extracelular decorrem do aumento da glicose intracelular, por excesso de glicose extracelular e hiperexpressão de GLUT1. Seguem-se aumento do fluxo pela via dos polióis, estresse oxidativo intracelular, produção intracelular aumentada de produtos avançados da glicação não enzimática (AGEs), ativação da via da PKC, aumento da atividade da via das hexosaminas e ativação de TGF-beta1. Altas concentrações de glicose também aumentam angiotensina II (AII) nas células mesangiais por aumento intracelular da atividade da renina (ações intrácrinas, mediando efeitos proliferativos e inflamatórios diretamente). Portanto, glicose e AII exercem efeitos proliferativos celulares e de matriz extracelular nas células mesangiais, utilizando vias de transdução de sinais semelhantes, que levam a aumento de TGF-beta1. Nesse estudo são revisadas as vias que sinalizam os efeitos da glicose e AII nas células mesangiais em causar os eventos-chaves relacionados à gênese da glomerulopatia diabética. As alterações das vias de sinalização implicadas na glomerulopatia, aqui revisadas, suportam dados de estudos observacionais/ensaios clínicos, onde controle metabólico e anti-hipertensivo, especificamente com inibidores do sistema renina-angiotensina, têm-se mostrado importantes - e aditivos - na prevenção do início e progressão da nefropatia. Novas estratégias terapêuticas dirigidas aos eventos intracelulares descritos deverão futuramente promover benefício adicional.

The determinant of the diabetic nephropathy is hyperglycemia, but hypertension and other genetic factors are also involved. Glomerulus is the focus of the injury, where mesangial cell proliferation and extracellular matrix occur because of the increase of the intra- and extracellular glucose concentration and overexpression of GLUT1. Sequentially, there are increases in the flow by the poliol pathway, oxidative stress, increased intracellular production of advanced glycation end products (AGEs), activation of the PKC pathway, increase of the activity of the hexosamine pathway, and activation of TGF-beta1. High glucose concentrations also increase angiotensin II (AII) levels. Therefore, glucose and AII exert similar effects in inducing extracellular matrix formation in the mesangial cells, using similar transductional signal, which increases TGF-beta1 levels. In this review we focus in the effect of glucose and AII in the mesangial cells in causing the events related to the genesis of diabetic nephropathy. The alterations in the signal pathways discussed in this review give support to the observational studies and clinical assays, where metabolic and antihypertensive controls obtained with angiotensin-converting inhibitors have shown important and additive effect in the prevention of the beginning and progression of diabetic nephropathy. New therapeutic strategies directed to the described intracellular events may give future additional benefits.