Recentemente foi demonstrado que na insuficiência cardíaca (IC), a via final das doenças circulatórias e a maior causa de internação em idosos no Brasil, os danos morfo-funcionais da musculatura esquelética representam um preditor independente de mortalidade. Por outro lado, é conhecido que o treinamento físico aeróbico previne o aparecimento desses prejuízos, que potencialmente podem ter relação com alterações no transporte intracelular de Ca2+. Nesse sentido, o objetivo principal do presente estudo foi avaliar o efeito da IC e do treinamento físico aeróbico na IC em relação à função da musculatura esquelética, à expressão de proteínas que transportam Ca2+ no sóleo e no plantar (DHPRα1, DHPR α2, DHPR β1, RYR, NCX, SERCA 1, SERCA 2, parvalbumina) e à atividade da via proteolítica dependente deste íon nestes músculos (calpaína e calpastatina). Foram utilizados camundongos machos C57B7/6J controle e com inativação dos genes para os receptores α2A e α2C adrenérgicos com 7 meses de idade, quando estes apresentam IC induzida por hiperatividade simpática e 50% de mortalidade. A função muscular foi avaliada pelos testes de deambulação e resistência à inclinação. Tanto a expressão protéica como a atividade proteolítica foram avaliadas por Western blot. Os animais com IC apresentaram disfunção muscular, prejuízos nas proteínas relacionadas ao transiente de Ca2+ tanto no sóleo como no plantar, além de alterações na via proteolítica dependente deste íon em relação aos controle. O treinamento físico, por sua vez, preveniu o aparecimento dessas alterações funcionais e moleculares nos animais com IC. Em conclusão, o treinamento físico aeróbico mostrou-se uma terapia efetiva para a síndrome / Heart failure (HF) is a clinical syndrome with poor prognosis characterized by exercise intolerance, early fatigue and skeletal muscle myopathy, which has been considered an independent predictor of mortality. Conversely, aerobic exercise training prevents skeletal muscle dysfunction, which might be related to altered intracellular Ca2+ handling. Therefore, we tested whether HF would lead to alterations in skeletal musculature function related to changes in Ca2+ handling proteins expression (DHPRα1, DHPR α2, DHPR β1, RYR, NCX, SERCA 1, SERCA 2, parvalbumin) and activity of the Ca2+-dependent proteolysis (calpain and calpastatin) in soleus and plantaris muscles. The potential role of exercise training in preventing Ca2+ handling alterations was also studied. Male wild type and α2A e α2C adrenoceptor knockout (KO) mice on a C56BL/6J genetic background were studied at 7 months of age, when KO mice display HF and skeletal muscle myopathy associated with sympathetic hyperactivity and 50% of mortality. KO mice displayed skeletal muscle dysfunction paralleled by altered Ca2+ handling protein expression and Ca2+- induced proteolysis in both soleus and plantaris. Interestingly, exercise training prevented skeletal muscle dysfunction and Ca2+-induced proteolysis in both soleus and plantaris. Collectively, we provide evidence that improved net balance of Ca2+ handling proteins and decreased Ca2+-induced proteolysis upon exercise training is, at least in part, a compensatory mechanism against skeletal muscle myopathy of sympathetic hyperactivity-induced HF

Recentemente foi demonstrado que na insuficiência cardíaca (IC), a via final das doenças circulatórias e a maior causa de internação em idosos no Brasil, os danos morfo-funcionais da musculatura esquelética representam um preditor independente de mortalidade. Por outro lado, é conhecido que o treinamento físico aeróbico previne o aparecimento desses prejuízos, que potencialmente podem ter relação com alterações no transporte intracelular de Ca2+. Nesse sentido, o objetivo principal do presente estudo foi avaliar o efeito da IC e do treinamento físico aeróbico na IC em relação à função da musculatura esquelética, à expressão de proteínas que transportam Ca2+ no sóleo e no plantar (DHPRα1, DHPR α2, DHPR β1, RYR, NCX, SERCA 1, SERCA 2, parvalbumina) e à atividade da via proteolítica dependente deste íon nestes músculos (calpaína e calpastatina). Foram utilizados camundongos machos C57B7/6J controle e com inativação dos genes para os receptores α2A e α2C adrenérgicos com 7 meses de idade, quando estes apresentam IC induzida por hiperatividade simpática e 50% de mortalidade. A função muscular foi avaliada pelos testes de deambulação e resistência à inclinação. Tanto a expressão protéica como a atividade proteolítica foram avaliadas por Western blot. Os animais com IC apresentaram disfunção muscular, prejuízos nas proteínas relacionadas ao transiente de Ca2+ tanto no sóleo como no plantar, além de alterações na via proteolítica dependente deste íon em relação aos controle. O treinamento físico, por sua vez, preveniu o aparecimento dessas alterações funcionais e moleculares nos animais com IC. Em conclusão, o treinamento físico aeróbico mostrou-se uma terapia efetiva para a síndrome / Heart failure (HF) is a clinical syndrome with poor prognosis characterized by exercise intolerance, early fatigue and skeletal muscle myopathy, which has been considered an independent predictor of mortality. Conversely, aerobic exercise training prevents skeletal muscle dysfunction, which might be related to altered intracellular Ca2+ handling. Therefore, we tested whether HF would lead to alterations in skeletal musculature function related to changes in Ca2+ handling proteins expression (DHPRα1, DHPR α2, DHPR β1, RYR, NCX, SERCA 1, SERCA 2, parvalbumin) and activity of the Ca2+-dependent proteolysis (calpain and calpastatin) in soleus and plantaris muscles. The potential role of exercise training in preventing Ca2+ handling alterations was also studied. Male wild type and α2A e α2C adrenoceptor knockout (KO) mice on a C56BL/6J genetic background were studied at 7 months of age, when KO mice display HF and skeletal muscle myopathy associated with sympathetic hyperactivity and 50% of mortality. KO mice displayed skeletal muscle dysfunction paralleled by altered Ca2+ handling protein expression and Ca2+- induced proteolysis in both soleus and plantaris. Interestingly, exercise training prevented skeletal muscle dysfunction and Ca2+-induced proteolysis in both soleus and plantaris. Collectively, we provide evidence that improved net balance of Ca2+ handling proteins and decreased Ca2+-induced proteolysis upon exercise training is, at least in part, a compensatory mechanism against skeletal muscle myopathy of sympathetic hyperactivity-induced HF

Os receptores a2-adrenérgicos pré-sinápticos (a2 AR) regulam a função cardiovascular através da inibição da liberação do neurotransmissor no terminal nervoso simpático. Recentemente, foi publicado que a ablação dos subtipos a2A e a2C -AR em camundongos (KO) leva a hiperatividade simpática com evidências de disfunção cardíaca aos 4 meses de idade. Esses camundongos constituem um modelo experimental para o estudo dos tratamentos farmacológicos e não farmacológicos para a prevenção e o tratamento da insuficiência cardíaca. Nós estudamos se o treinamento físico melhoraria a função cardíaca e a expressão de proteínas cardíacas envolvidas no controle do Ca2+ intracelular em camundongos KO. Métodos e Resultados: Camundongos controle e KO foram estudados dos 3 aos 5 meses, onde a cardiomiopatia está em estágio inicial, e divididos aleatoriamente em treinados e sedentários. O treinamento físico (TF) foi realizado com natação, 1 hora por dia, 5 vezes por semana, por 8 semanas. A pressão arterial e a freqüência cardíaca de repouso (FC) foram medidas por pletismografia de cauda. A fração de encurtamento (FS) por ecocardiograma. A tolerância ao esforço físico por teste progressivo em esteira rolante. O tônus simpático cardíaco foi estimado por bloqueio farmacológico dos receptores muscarínicos e adrenérgicos com atropina na presença ou ausência do antagonista b-adrenérgico propranolol. O diâmetro dos cardiomiócitos e a fração de colágeno cardíaco por microscopia óptica. A expressão das proteínas cardíacas: bomba de Ca2+ do retículo sarcoplasmático (SERCA2), fosfolambam (PLB), fosfo-Ser16-PLB, fosfo-Thr17-PLB, trocador sódio-cálcio (NCX), canais de rianodina (RYR), fosfo-Ser2809-RYR, e as fosfatases 1 e 2A foram analisadas por Western Blot. Aos 3 meses de idade não foram observadas diferenças significantes na pressão arterial, FS e tolerância ao esforço físico entre os animais controle e KO, no entanto, KO apresentou taquicardia basal. Aos 5 meses de idade, quando a disfunção cardíaca está em estágio inicial, KO apresentou intolerância ao esforço, taquicardia basal, com aumento significante do tônus simpático cardíaco (34%), aumento do diâmetro dos cardiomiócitos (15%) e da fração de colágeno cardíaco (32%) quando comparados os animais controle. Além disso, a FS estava diminuída no KO vs. controle (16 ± 0,2 vs. 20 ± 0,9%, p<0,05). A diminuição na FS no grupo KO estava associada à redução na expressão de SERCA 2 (26%) e NCX (34%). Por outro lado, a expressão de fosfo-Ser16-PLB e fosfo-Ser2809-RYR estavam 56% e 42% aumentadas no grupo KO quando comparado ao grupo controle, respectivamente. O TF nos camundongos KO preveniu a intolerância ao esforço físico e a disfunção sistólica, normalizou a FC de repouso e o tônus simpático cardíaco, mas não alterou a fração de colágeno cardíaco. A melhora na função ventricular estava associada à restauração da expressão de SERCA2 e fosfo-Ser2809-RYR. Além disso, o TF aumentou a razão SERCA2/PLB no KO e a expressão de fosfo-Ser16-PLB no grupo KO com 5 meses de idade. Conclusão: Os dados apresentados no presente trabalho fornecem evidências de mecanismos moleculares que confirmam o benefício do treinamento físico como medida preventiva da insuficiência cardíaca. / Presynaptic a2-adrenoceptors (a2 AR) regulate the cardiovascular function by inhibiting neurotransmitter release on the sympathetic nerve terminals. We have recently reported that disruption for both a2A and a2C AR subtypes in mice (KO) leads to sympathetic hyperactivity with evidence of cardiac dysfunction by 4 mo of age. These mice provide a model system for evaluating non-pharmacological and pharmacological approaches for the prevention and treatment of heart failure. We investigated whether exercise training would improve the cardiac function and expression of myocardial Ca2+ handling proteins in KO. Methods and Results: We studied a cohort of congenic KO and their wild type (WT) controls over a period of 2 months (from 3-5 mo of age). Mice from both groups were randomly assigned into sedentary and trained. Exercise training (ET) consisted of 8-wk swimming session of 60 minutes, 5 days/wk. Blood pressure and heart rate (HR) were determined non-invasively by tail cuff. Cardiac contractility was evaluated by echocardiography. Exercise capacity was measured using a graded treadmill protocol. Cardiac sympathetic tone was estimated by pharmacological blockade of muscarinic receptors with atropine in the presence or absence of the b-adrenergic receptor antagonist propranolol. Cardiomyocyte cross-sectional diameter and cardiac collagen fraction were evaluated by optical microscopy. The protein expression of cardiac sarcoplasmic reticulum Ca2+ pump (SERCA2), phospholamban (PLB), phospho-Ser16-PLB, phospho-Thr17-PLB, sodium-calcium exchanger (NCX), ryanodine receptor (RYR), phospho-Ser2809-RYR2, and phosphatases 1 and 2A were analyzed using Western blotting technique. At 3 mo of age, no significant difference in blood pressure, FS and exercise capacity was observed between WT and KO mice, although KO mice had significantly higher HR. At 5 mo of age, when cardiac dysfunction is in an early stage, KO presented exercise intolerance and higher HR with significantly increased cardiac sympathetic tone (34%), cardiomyocyte cross-sectional diameter (15%) and cardiac collagen fraction (32%) when compared with WT mice. In addition, KO presented lower FS than WT mice (16± 0.2 vs. 20± 0.9%, p£0.05). The impaired FS in KO was associated with a reduction of SERCA2 (26%) and NCX (34%) expression. Conversely, phospho-Ser16-PLB and phospho-Ser2809-RYR2 was 56% and 42% increased in KO when compared with WT mice, respectively. ET prevented exercise intolerance and systolic dysfunction, normalized baseline HR and cardiac sympathetic tone, while it did not change cardiac collagen fraction. The improved ventricular function was associated with restored SERCA2 and phospho-Ser2809-RYR2 expression levels. Indeed, ET increased SERCA/PLB ratio and phospho-Ser16-PLB expression in 5 mo-old KO mice. Conclusion: Our data provide evidence of molecular mechanisms by which ET is a successful adjuvant to pharmacological therapy of HF.

Os receptores a2-adrenérgicos pré-sinápticos (a2 AR) regulam a função cardiovascular através da inibição da liberação do neurotransmissor no terminal nervoso simpático. Recentemente, foi publicado que a ablação dos subtipos a2A e a2C -AR em camundongos (KO) leva a hiperatividade simpática com evidências de disfunção cardíaca aos 4 meses de idade. Esses camundongos constituem um modelo experimental para o estudo dos tratamentos farmacológicos e não farmacológicos para a prevenção e o tratamento da insuficiência cardíaca. Nós estudamos se o treinamento físico melhoraria a função cardíaca e a expressão de proteínas cardíacas envolvidas no controle do Ca2+ intracelular em camundongos KO. Métodos e Resultados: Camundongos controle e KO foram estudados dos 3 aos 5 meses, onde a cardiomiopatia está em estágio inicial, e divididos aleatoriamente em treinados e sedentários. O treinamento físico (TF) foi realizado com natação, 1 hora por dia, 5 vezes por semana, por 8 semanas. A pressão arterial e a freqüência cardíaca de repouso (FC) foram medidas por pletismografia de cauda. A fração de encurtamento (FS) por ecocardiograma. A tolerância ao esforço físico por teste progressivo em esteira rolante. O tônus simpático cardíaco foi estimado por bloqueio farmacológico dos receptores muscarínicos e adrenérgicos com atropina na presença ou ausência do antagonista b-adrenérgico propranolol. O diâmetro dos cardiomiócitos e a fração de colágeno cardíaco por microscopia óptica. A expressão das proteínas cardíacas: bomba de Ca2+ do retículo sarcoplasmático (SERCA2), fosfolambam (PLB), fosfo-Ser16-PLB, fosfo-Thr17-PLB, trocador sódio-cálcio (NCX), canais de rianodina (RYR), fosfo-Ser2809-RYR, e as fosfatases 1 e 2A foram analisadas por Western Blot. Aos 3 meses de idade não foram observadas diferenças significantes na pressão arterial, FS e tolerância ao esforço físico entre os animais controle e KO, no entanto, KO apresentou taquicardia basal. Aos 5 meses de idade, quando a disfunção cardíaca está em estágio inicial, KO apresentou intolerância ao esforço, taquicardia basal, com aumento significante do tônus simpático cardíaco (34%), aumento do diâmetro dos cardiomiócitos (15%) e da fração de colágeno cardíaco (32%) quando comparados os animais controle. Além disso, a FS estava diminuída no KO vs. controle (16 ± 0,2 vs. 20 ± 0,9%, p<0,05). A diminuição na FS no grupo KO estava associada à redução na expressão de SERCA 2 (26%) e NCX (34%). Por outro lado, a expressão de fosfo-Ser16-PLB e fosfo-Ser2809-RYR estavam 56% e 42% aumentadas no grupo KO quando comparado ao grupo controle, respectivamente. O TF nos camundongos KO preveniu a intolerância ao esforço físico e a disfunção sistólica, normalizou a FC de repouso e o tônus simpático cardíaco, mas não alterou a fração de colágeno cardíaco. A melhora na função ventricular estava associada à restauração da expressão de SERCA2 e fosfo-Ser2809-RYR. Além disso, o TF aumentou a razão SERCA2/PLB no KO e a expressão de fosfo-Ser16-PLB no grupo KO com 5 meses de idade. Conclusão: Os dados apresentados no presente trabalho fornecem evidências de mecanismos moleculares que confirmam o benefício do treinamento físico como medida preventiva da insuficiência cardíaca. / Presynaptic a2-adrenoceptors (a2 AR) regulate the cardiovascular function by inhibiting neurotransmitter release on the sympathetic nerve terminals. We have recently reported that disruption for both a2A and a2C AR subtypes in mice (KO) leads to sympathetic hyperactivity with evidence of cardiac dysfunction by 4 mo of age. These mice provide a model system for evaluating non-pharmacological and pharmacological approaches for the prevention and treatment of heart failure. We investigated whether exercise training would improve the cardiac function and expression of myocardial Ca2+ handling proteins in KO. Methods and Results: We studied a cohort of congenic KO and their wild type (WT) controls over a period of 2 months (from 3-5 mo of age). Mice from both groups were randomly assigned into sedentary and trained. Exercise training (ET) consisted of 8-wk swimming session of 60 minutes, 5 days/wk. Blood pressure and heart rate (HR) were determined non-invasively by tail cuff. Cardiac contractility was evaluated by echocardiography. Exercise capacity was measured using a graded treadmill protocol. Cardiac sympathetic tone was estimated by pharmacological blockade of muscarinic receptors with atropine in the presence or absence of the b-adrenergic receptor antagonist propranolol. Cardiomyocyte cross-sectional diameter and cardiac collagen fraction were evaluated by optical microscopy. The protein expression of cardiac sarcoplasmic reticulum Ca2+ pump (SERCA2), phospholamban (PLB), phospho-Ser16-PLB, phospho-Thr17-PLB, sodium-calcium exchanger (NCX), ryanodine receptor (RYR), phospho-Ser2809-RYR2, and phosphatases 1 and 2A were analyzed using Western blotting technique. At 3 mo of age, no significant difference in blood pressure, FS and exercise capacity was observed between WT and KO mice, although KO mice had significantly higher HR. At 5 mo of age, when cardiac dysfunction is in an early stage, KO presented exercise intolerance and higher HR with significantly increased cardiac sympathetic tone (34%), cardiomyocyte cross-sectional diameter (15%) and cardiac collagen fraction (32%) when compared with WT mice. In addition, KO presented lower FS than WT mice (16± 0.2 vs. 20± 0.9%, p£0.05). The impaired FS in KO was associated with a reduction of SERCA2 (26%) and NCX (34%) expression. Conversely, phospho-Ser16-PLB and phospho-Ser2809-RYR2 was 56% and 42% increased in KO when compared with WT mice, respectively. ET prevented exercise intolerance and systolic dysfunction, normalized baseline HR and cardiac sympathetic tone, while it did not change cardiac collagen fraction. The improved ventricular function was associated with restored SERCA2 and phospho-Ser2809-RYR2 expression levels. Indeed, ET increased SERCA/PLB ratio and phospho-Ser16-PLB expression in 5 mo-old KO mice. Conclusion: Our data provide evidence of molecular mechanisms by which ET is a successful adjuvant to pharmacological therapy of HF.

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