Orientador: Maeli Dal Pai / Coorientador: Robson Francisco Carvalho / Banca: Márcia Gallacci / Banca: Francis Lopes Pacagnelli / Resumo: A remodelação cardíaca (RC) é um processo tempo dependente que promove alterações celulares e moleculares que se manifestam clinicamente através de alterações no tamanho, forma e função do coração após a agressão, sendo a insuficiência cardíaca (IC) o estágio final deste processo. A IC caracteriza-se por uma incapacidade do coração de bombear sangue de acordo com as necessidades metabólicas teciduais, ou pode fazê-lo adequadamente à custa da elevação da pressão de enchimento ventricular. Isso é decorrente, em parte, pela presença da hipertrofia dos cardiomiócitos e fibrose, que diminuem a atividade propulsora do coração. O treinamento físico aeróbico é considerado uma conduta proposta e aceita para minimizar as alterações cardíacas na IC. No entanto, pouco é sabido sobre os efeitos do treinamento sobre os aspectos morfológicos e moleculares no músculo cardíaco durante a transição entre a disfunção cardíaca e a IC. O objetivo deste trabalho foi avaliar as alterações morfológicas e moleculares do coração e o efeito do treinamento aeróbico durante a transição da disfunção cardíaca para a IC no modelo de estenose aórtica em ratos. Foram utilizados 52 ratos Wistar machos (90 a 100g) com 21 dias de vida. Os animais foram divididos em 6 grupos (Sham 18, EAo 18, Sham 28, ShamTR, EAo 28 e EAoTR) e após 18 semanas da cirurgia de indução da estenose aórtica (EAo) supravalvar, quando os animais apresentavam disfunção cardíaca, diagnosticada por ecocardiograma, parte dos animais de dois grupos (Sham 18 e EAo 18) foram eutanasiados e o ventrículo esquerdo coletado para as análises histoquímica e molecular. O restante foram submetidos a uma programa de treinamento aeróbico em esteira com intensidade relativa ao limiar de lactato e tempo progressivo (EAoTR e ShamTR) ou não (Sham 28 e EAo 28). Após 28 semanas, os animais dos grupos EAo 28, Sham 28, ShamTR e EAoTR foram submetidos à análise... / Abstract: Cardiac remodeling (CR) is a time-dependent process that promotes cellular and molecular changes manifested clinically by changes in size, shape and function after injury, and heart failure (HF), the final stage of the process. HF is characterized by an inability of the heart to pump blood tissue in accordance with the metabolic needs, or to do so at the expense of adequately elevated ventricular filling pressure. This is due, in part, by the presence of cardiomyocyte hypertrophy and fibrosis, which decrease the driving activity of the heart. Aerobic exercise training is considered a conduct proposed and accepted to minimize cardiac changes in HF. However, little is known about the effects of training on morphological and molecular aspects in the heart muscle from cardiac dysfunction to HF. The objective of this study was to evaluate the morphological and molecular changes of the heart and the effect of aerobic training from cardiac dysfunction to HF in aortic stenosis model in rats. Fifty two male Wistar rats were used (90 to 100 g) with 21 days of life. The animals were divided into 6 groups (Sham 18, AS 18, Sham 28, Sham-ET, AS 28 and AS-ET) and after 18 weeks of induction of aortic stenosis surgery (AS) supravalvar, when the animals had cardiac dysfunction diagnosed by echocardiogram the animals of both groups (Sham 18 and AS 18) were euthanized and the left ventricle collected for immunohistochemistry and molecular analysis. The remaining animals were subjected to an aerobic training program on a treadmill with relative intensity to the lactate threshold and progressive time (AS-ET and Sham-ET) or not (Sham 28 and AS 28). After 28 weeks, the animals of the AS 28, Sham 28, Sham-ET and AS-ET underwent echocardiography, euthanized and the left ventricle collected for immunohistochemistry and molecular analysis. The picrosirius red staining was used to analyze the morphology and quantification of extracellular matrix collagen. The ... / Mestre

Orientadores : Roberto de Alencar Lotufo, Marco Antonio Gutierrez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-28T09:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rondina_JaneMaryam_M.pdf: 6024857 bytes, checksum: b31bed5a83a875448079ba4474564a67 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Imagens de ressonância magnética (IRM) têm sido utilizadas como um importante recurso para análises do funcionamento cardíaco e detecção de cardiopatias. No entanto, para a obtenção de informações quantitativas que possibilitem determinadas análises é necessário um processo prévio de segmentação de estruturas nas imagens. A realização desta tarefa manualmente é um trabalho bastante tedioso, principalmente em relação a imagens adquiridas pela modalidade considerada (cine MR). Nesta modalidade os exames são, em geral, constituídos de um grande volume de imagens, pois os cortes são obtidos em diversas fases ao longo do ciclo cardíaco. Neste trabalho desenvolveu-se um sistema interativo (ou semi-automático) para segmentação do ventrículo esquerdo em seqüências de imagens obtidas pela modalidade considerada. Para esta [malidade foi utilizado o método de segmentação Watershed através de procedimentos de análise de imagens baseados em morfologia matemática. A partir do sistema desenvolvido foram realizados testes de segmentação em um conjunto de 10 exames. Os resultados quantitativos obtidos foram comparados através de análises de variação intra-operador e inter-operadores e comparação com resultados da segmentação manual. As análises realizadas possibilitaram uma avaliação significativa mostrando a potencialidade do sistema desenvolvido e possibilitando a realização de considerações acerca de sua utilização em uma rotina clinica / Abstract: Magnetic Resonance Images have been utilized as an important resource for analysis of the cardiac cycle and disease detection. However, to obtaio quantitative information that enable some of the possible analysis, it is necessary a previous process to structures segmentation in the images. Performing this task manual1y is a much tedious work, especially relative to images of cine MR. These exams usually consist of a large number of images, representing cuts obtained in different periods of the cardiac cyc1e. In this work we developed an interactive system (or a semi-automatic system) for segmenting the left ventric1e in sequences of MR images. For this purpose we uSed the Watershed segmentation method and image analysis procedures based on Mathematical Morphology. The developed system was evaluated by performing segmentation tests in a ten exams set. The quantitative results were compared through analysis of intra-operator and inter-operators variations and manual segmentation. The performed analysis resulted in a significant evaluation showing the potentiality of the proposed system and providing considerations about its use in a c1inical routine / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T02:35:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ricardo_RafaeldeAlmeida_D.pdf: 1783057 bytes, checksum: 51a4ed51fbdbcd3a024bf9f16c44793c (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A relação força-freqüência é uma característica intrínseca do músculo cardíaco, e se manifesta de diferentes formas, dependendo da espécie, e seus mecanismos ainda não estão totalmente esclarecidos. Um possível mecanismo é a modificação da liberação de Ca2+ pelo retículo sarcoplasmático (RS), principal fonte do íon para ativar a contração em miocárdio de mamíferos. O principal objetivo deste trabalho foi determinar a relação entre a liberação fracional de Ca2+ do RS (FR) e a freqüência estimulatória em miócito ventricular isolado de rato. O potencial de ação (PA) representativo medido em cada freqüência de interesse foi registrado com a técnica perforated patch clamp em temperatura ambiente (23°C). A corrente de Ca2+ tipo L (ICaL) e o transiente de Ca2+ (D[Ca2+]i, medido com indo-1) foram registrados simultaneamente por meio da técnica action potential clamp. A FR em cada freqüência foi considerada como a relação entre a diferença entre variação total de [Ca2+] e a integral de ICaL, e a carga de Ca2+ do RS ([Ca2+]RS). A duração do PA a 90% de repolarização (APD90) aumentou de 76 ± 9 ms em 0,2 Hz para 130 ± 11 ms em 2 Hz (p<0,05). Em 0,2 Hz, o pico de ICaL foi -4,5 ± 0,7 pA/PF e, com o aumento da freqüência para 2 Hz, foi reduzido para -2,7 ± 0,4 pA/pF (p<0,05). A D[Ca2+]i caiu de 603 ± 56 para 408 ± 32 nM (p<0,05), em 0,2 e 2 Hz, respectivamente. A FR também diminuiu com o aumento da freqüência, de 0,81 ± 0,02 em 0,2 Hz para 0,54 ± 0,02 em 2 Hz (p<0,01), enquanto a [Ca2+]RS permaneceu constante para todas as freqüências utilizadas. O aumento da freqüência estimulatória reduziu a D[Ca2+]i possivelmente devido à redução da FR. É possível que a redução do pico de ICaL, que é o principal trigger de liberação de Ca2+ do retículo sarcoplasmático, seja a principal causa da redução da FR. / Abstract: The force-frequency relationship is an intrinsic characteristic of cardiac muscle. It is manifested in different ways depending on the species, and its mechanisms still remain to be completely understood. A possible mechanism is the variation of Ca2+ release by the sarcoplasmic reticulum (SR), the main source of the ion for contraction activation in mammalian myocardium. The main goal of this work was to determine the relationship between the fractional SR Ca2+ release (FR) and stimulatory frequency in isolated rat ventricular myocytes. Action potentials (AP) were recorded at 23ºC using the perforated whole-cell patch-clamp technique at different rates, and the representative AP at each rate was used later as stimulus waveforms (action potential clamp). L-type Ca2+ current (ICaL) and intracellular Ca2+ transient (D[Ca2+]i, measured with indo-1) were recorded simultaneously using action potential clamp. FR at a twitch was assumed to be the ratio of the systolic variation in total [Ca2+] minus ICaL integral, and the SR content ([Ca2+]SR). AP duration at 90% repolarization (APD90) increased from 76 ± 9 ms at 0.2 Hz to 130 ± 11 ms at 2 Hz (p<0.05). At 0.2 Hz, ICaL peak was -4.5 ± 0.7 pA/pF, and it decreased to -2.7 ± 0.4 pA/pF with increasing frequency to 2 Hz (p<0.05). D[Ca2+]i decreased from 603 ± 56 nM to 408 ± 32 nM (p<0,05), at 0.2 and 2 Hz, respectively. FR also decreased with frequency, from 0.81 ±0.02 at 0.2 Hz to 0.54 ±0.02 at 2 Hz (p<0.01), whereas [Ca2+]SR did not change significantly. The negative relationship between Ca2+ transient amplitude and stimulation rate is likely to be due to the observed decrease in SR Ca2+ release. Lower FR at higher rates might be due to decrease in ICaL peak, which is the main trigger of SR Ca2+ release. / Doutorado / Engenharia Biomedica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Aron José Pazin de Andrade / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:34:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bock_EduardoGuyPerpetuo_D.pdf: 13813984 bytes, checksum: 77d56e60875323b49182504cf741b892 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Uma Bomba de Sangue Centrífuga Implantável (BSCI) foi projetada e construída para assistência ventricular de longa duração no tratamento de pacientes portadores de doenças cardiovasculares. A proposta do projeto foi desenvolver um Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) com custos reduzidos, originalidade de desenho e tecnologia nacional. A geometria do rotor da bomba, aliando um cone em espiral com aletas centrífugas, deu origem ao pedido de Patente de Invenção (PI 0706163-3). O desenvolvimento de seus sistemas propulsores se inclui no Projeto Temático FAPESP nº 2006/58773-1. A metodologia baseou-se em testes individuais dos mancais, atuador e rotor, seguidos de testes do conjunto da BSCI em bancada, com sangue humano e em animais. Foram realizadas simulações numéricas por computador que resultaram no dimensionamento da bomba e definição da sua geometria. Foi testado o atrito nos mancais e os resultados que apresentaram maior durabilidade foram do par alumina-polietileno. Testes em dinamômetro resultaram na caracterização do propulsor eletromagnético, um motor sem escovas trifásico de corrente contínua, e seu controlador eletrônico baseado na técnica de controle sem sensores. Foram realizados testes de hemólise de acordo com as Normas ASTM F1830 e ASTM F1841 para quantificar os danos causados ao sangue pela BSCI e seu índice de hemólise foi de 0,0054 mg/100L, considerado excelente. Testes prospectivos em animais para avaliação do implante resultaram na possibilidade de posicionamento da bomba no tórax ou abdome. Após os testes realizados, a BSCI projetada e construída foi considerada uma opção segura para o tratamento das doenças cardiovasculares. Como trabalhos futuros, serão realizados mais testes em animais para avaliação do funcionamento da BSCI antes dos testes em pacientes / Abstract: An Implantable Centrifugal Blood Pump was developed for long-term ventricular assistance in cardiac patients. In vitro tests were performed, as wear evaluation, performance tests and hemolysis tests in human blood. Preliminary tests were performed with a non-implantable pump in order to properly locate the inlet port. Numerical computational simulations were performed in order to predict its best geometry. Wear evaluations helped to select the best materials for double pivot bearing system proposed to achieve longer durability. Performance tests pointed the best impeller geometry. The Implantable Centrifugal Blood Pump was compared with other two blood pumps. One is a centrifugal blood pump for cardiopulmonary bypass and the other is a similar implantable device called Gyro - Nedo Pump. The proposed implantable centrifugal blood pump showed the best performance. But, its results showed a strong descendant curve in high flow. Other prototype was manufactured with a different inlet port angle to overcome this problem. According to ASTM, the normalized index of hemolysis (NIH) tests were performed "In Vitro" with human blood in closed circuit (mock loop) in normalized conditions, as flow of 5 L/min and total pressure ahead of 100 mm Hg. After six hours, NIH measured 0.0054 mg/100L that can be considered excellent since it is close to the minimum found in literature (between 0.004 g/ 100L e 0.02 g/ 100L). Prior to evaluate performance during "In Vivo" animal studies, anatomical studies were necessary to achieve best configuration and cannulation for Left Ventricular Assistance. Results were considered satisfactory and "In Vivo" tests will be performed looking forward to implant it in patients / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Wilson Nadruz Júnior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:44:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sales_MariaLilian_D.pdf: 3937457 bytes, checksum: 1aca22e05bdd5e09c3f3e53c2841451e (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Estudos experimentais revelaram que a inibição de componentes da via de sinalização celular regulada pelos Toll-Like Receptors (TLRs) pode atenuar a hipertrofia cardíaca em animais submetidos à sobrecarga pressora. O objetivo deste estudo foi investigar a influência dos polimorfismos Asp299Gly do TLR4 e Pro249Ser do TLR6 sobre a estrutura do ventrículo esquerdo (VE) em indivíduos hipertensos. Foram estudados 443 pacientes por meio de avaliação clínica, laboratorial e ecocardiográfica, enquanto que os polimorfismos foram detectados por reação de polimerase em cadeia/enzima de restrição. Ademais, monócitos obtidos de sangue periférico de pacientes hipertensos foram estimulados in vitro com LPS (agonista de TLR4) e zimosan (agonista de TLR6) e a produção de interleucina-6 e fator de necrose tumoral-alfa (TNF-alfa) foi avaliada de acordo com a presença da variante Asp299Gly do TLR4 e Pro249Ser do TLR6. Mulheres que carregavam o alelo TLR4 299Gly apresentaram menor espessura de parede posterior do VE, menor espessura de septo, menor índice de massa do VE e reduzida prevalência de hipertrofia cardíaca. Mulheres homozigotas para TLR6 249Ser apresentaram menor espessura da parede do VE e menor espessura relativa da parede do VE em relação às mulheres com os genótipos Pro/Ser e Pro/Pro. Estes achados foram confirmados por análise de regressão linear múltipla, que incluiu idade, pressão arterial sistólica e diastólica, índice de massa corpórea, menopausa, diabetes mellitus e uso de antihipertensivos como fatores confundidores. Por fim, estudos funcionais in vitro revelaram que monócitos de homens e mulheres que apresentaram o alelo TLR4 299Gly tiveram menor produção de interleucina-6 após estímulo com LPS e a presença do alelo TLR6 249Ser em homozigose esteve associada a uma menor produção de interleucina-6 e TNF-alfa após estímulo com zimosan apenas nos monócitos extraídos de mulheres hipertensas. De maneira geral, esses dados sugerem que pode haver uma interação entre gêneros, polimorfismos dos receptores Toll-like e fenótipo do VE em indivíduos hipertensos. Sob esta perspectiva, estudos longitudinais são necessários para avaliar o impacto destes polimorfismos sobre o risco cardiovascular em mulheres hipertensas / Abstract: Experimental studies have shown that inhibition of components of cell signaling pathway regulated by Toll-Like Receptors (TLRs) can reduce cardiac hypertrophy in animals subjected to pressure overload. The aim of this study was to investigate the influence of the polymorphisms TLR4 Asp299Gly and TLR6 Pro249Ser on the structure of the left ventricle in hypertensive subjects. We studied 443 patients by clinical, laboratory and echocardiographic, while polymorphisms were detected by the polymerase chain / restriction enzyme. Moreover, monocytes obtained from peripheral blood of hypertensive patients were stimulated in vitro with LPS (TLR4 agonist) and zymosan (TLR6 agonist) and the production of interleukin-6 and tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) was assessed according to the presence of the Asp299Gly variant of TLR4 and Pro249Ser of TLR6. Women who carried the TLR4 299Gly allele had lower posterior wall thickness, thinner septum, a lower rate of left ventricular mass and reduced prevalence of cardiac hypertrophy. Women homozygous for TLR6 249Ser had lower posterior wall thickness and relative wall thickness, compared to women with the genotype Pro/Ser and Pro/Pro. These findings were confirmed by analysis of multiple linear regression that included age, systolic and diastolic blood pressure, body mass index, menopause, diabetes mellitus and use of antihypertensive drugs as confounding factors. Finally, in vitro functional studies revealed that monocytes from men and women who harbored the TLR4 299Gly allele had lower production of interleukin-6 after stimulation with LPS and the presence of homozygous 249Ser allele was associated with a lower production of Interleukin-6 and TNF-alpha after stimulation with zymosan only in monocytes hypertensive women. These data suggest that there may be an interaction between gender, polymorphisms of Toll-like receptors and ventricular phenotype in hypertensive subjects. In this regard, longitudinal studies are needed to assess the impact of these polymorphisms on the cardiovascular risk of hypertensive women / Doutorado / Clinica Medica / Doutor em Clínica Médica

Orientadores: Jose Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:41:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_BeatrizMariaRomano_D.pdf: 5549589 bytes, checksum: 7e1426139b8d8802dcd3f7caf52c2e1f (MD5) Previous issue date: 2004 / Doutorado

Orientadores: Jose Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T08:06:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ricardo_RafaeldeAlmeida_M.pdf: 2095157 bytes, checksum: 9fa58fb47d65f96bb946104c547ac025 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A infusão intravenosa de solução hiperosmótica de NaCI tem se mostrado eficaz como tratamento único para a condição de choque hemorrágico, mas o conhecimento de seus efeitos sobre o coração ainda é limitado. Neste trabalho, desenvolvemos instrumentação para registro de encurtamento celular e investigamos o efeito direto de soluções hiperosmóticas de NaCI sobre a atividade contrátil e transientes de Ca2+ em miócitos ventriculares isolados de rato. A amplitude do encurtamento celular (?EC) e dos transientes de Ca2+ (?[Ca2+]i, medida com indo-1) foi registrada em miócitos estimulados a 0,5 Hz antes e depois do incremento da osmolaridade extracelular em 85 mOsm/l pela adição de sacarose (HiperSac) ou NaCI (HiperNac) à solução de perfusão. Variações do conteúdo de Ca2+ e da liberação fracional de Ca2+ do retículo sarcoplasmático (RS) também foram avaliadas. Simulação computacional (LabHeart v. 4.9.5) de transientes de Ca2+ e curva corrente-tensão da troca Na+-Ca2+ (NCX) foram usados para auxiliar o entendimento dos resultados. A perfusão dos miócitos com solução HiperNac provocou redução transitória, seguida de recuperação de ?[Ca2+]i e ?EC. Por outro lado, a perfusão com HiperSac reduziu de maneira persistente a ?EC, sem alterar ?[Ca2+];. O aumento da liberação fracional de Ca2+ do RS (p< 0,05) provocado pela solução HiperNac pode ter contribuído para a recuperação de ?[Ca2+];. A hiperosmolalidade per se prolongou o relaxamento, sem afetar a cinética de {Ca2+]j, possivelmente por aumento da viscosidade intracelular. A queda mais lenta de [Ca2+]; durante o transiente induzido por cafeína é compatível com redução da extrusão de Ca2+ via NCX devida ao acúmulo intracelular lento de Na+ na condição de hiperosmolaridade. Os resultados da simulação computacional estão de acordo com esta hipótese / Abstract: Intravenous injection of hyperosmolar NaCI solution has been used as the sole treatment for hemorrhagic shock, but its effects on heart muscle are not completely elucidated. In this work, we developed instrumentation for cell shortening measurement and investigated the direct effects of hyperosmolar NaCI solution on contractile activity and cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]i) in isolated rat ventricular myocyte. Cell shortening (LlEC) and Ca2+ transient amplitude (?[Ca2+]j, measured with indo-1) were recorded in myocytes stimulated at 0.5 Hz before and after increasing extracellular osmolarity in 85 mOsm/l by sucrose (HiperSac) or NaCI (HiperNac) addition to the perfusate. Sarcoplasmatic reticulum (RS) Ca2+ load and fractional release were estimated. Computational simulation (LabHeart, v. 4.9.5) of Ca2+ transient and Na+-Ca2+ exchange voltage-current relationship was performed. HiperNac perfusion caused transient decrease of ?[Ca2+]i and LlEC, followed bya gradual recovery. HiperSac perfusion caused a monophasic decrease of LlEC, but did not change ?[Ca2+]i. Increased fractional RS Ca2+ release (pc:; 0.05) in the presence of HiperNac may have contributed to the delayed recovery of ?[Ca2+]i. Hyperosmolarity per se prolonged cell relaxation, but did not affect [Ca2+]i decline kinetics, possibly by increased intracellular viscosity. Slower [Ca2+]i decay during caffeine-induced transients indicates decreased NCX-mediated Ca2+ efflux transport following progressive intracellular [Na+] accumulation due to extracellular hyperosmolarity. Computational simulation results agree with this hypothesis / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jose Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T15:25:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soriano_DiogoCoutinho_M.pdf: 3276695 bytes, checksum: c47b4ce326955b65ff10f5c2891b25c2 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: No presente trabalho foi desenvolvido um instrumento capaz de quantificar de forma simultânea o encurtamento celular e a concentração citosólica de Ca2+ ([Ca2+]i), utilizando o indicador fluorescente fluo-3. A instrumentação foi aplicada para estudar o papel da ATPase de Ca2+ do RS (SERCA, principal transportador responsável pelo relaxamento celular e pela reposição do estoque de Ca2+ intracelular) na remoção de Ca2+ do citosol em miócitos cardíacos isolados de rato, o que exigiu o desenvolvimento de um protocolo experimental específico. O protocolo experimental desenvolvido consistiu em tornar inoperante o principal competidor da SERCA pelo Ca2+ citosólico, o trocador Na+/Ca2+ (NCX), pela perfusão da célula com solução sem Ca2+ e sem Na+. Nesta situação, considera-se que os demais transportadores de Ca2+ (ATPase de Ca2+ do sarcolema e uniporter mitocondrial de Ca2+) transportem o íon a uma taxa baixa demais para competir com a SERCA. A liberação do Ca2+ do RS foi induzida por pulsos rápidos de cafeína, e foram medidos a amplitude (?[Ca2+]i) e tempo para 50 % de queda (t1/2) dos transientes de [Ca2+]i na ausência e na presença de fármacos que afetam a taxa de captação de Ca2+ pela SERCA. Foram analisados os efeitos do agonista de receptores beta-adrenérgicos isoproterenol (ISO), que promove estimulação da SERCA, e de 2,5-di-(tert-butil) hydroquinona (tBQ), que atua como inibidor da enzima. ISO causou redução significativa do t1/2 de queda do [Ca2+]i (p< 0,01), sem alteração significativa de ?[Ca2+]i (p> 0,05). Já no caso do tBQ, foi observado um aumento significativo do t1/2 de queda do [Ca2+]i (p< 0,01) e redução da ?[Ca2+]i, (p< 0,05). Um modelo teórico da literatura foi adaptado para descrever matematicamente o modelo experimental proposto. As simulações com alterações nos parâmetros cinéticos da SERCA pelos fármacos (de acordo com dados da literatura) foram razoavelmente bem sucedidas em reproduzir os dados experimentais com relação ao tempo de remoção do Ca2+ do citosol. Portanto, foi apresentada aqui uma nova ferramenta experimental e teórica para estudar a captação de Ca2+ pela SERCA em miócitos cardíacos intactos / Abstract: The goal of this work was to develop an instrument for simultaneous measurement of cell shortening and cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]i), by using the fluorescent Ca2+ indicator fluo-3. The instrument was applied to study the uptake of cytosolic Ca2+ by the sarcoplasmic reticulum (RS) Ca2+- ATPase (SERCA, the main transporter responsible for cell relaxation in intact isolated rat ventricular myocytes). For this purpose, the development of a specific experimental protocol was required. In this protocol, the main competitor of SERCA by cytosolic Ca2+, the Na+/Ca2+ exchanger (NCX), was disabled by removal of extracellular Ca2+ and Na+. In this situation, it may be assumed that the other Ca2+ transporters (sarcolemmal Ca2+-ATPase and mitochondrial Ca2+ uniporter) are too slow to compete with SERCA. SR Ca2+ release was induced by short, rapid caffeine pulses, and the amplitude (?[Ca2+]i) and time for 50% [Ca2+]i decline (t1/2) of the resulting [Ca2+]I transients were measured in the absence and in the presence of drugs that affect the rate of SR Ca2+ uptake by SERCA, namely the beta-adrenergic receptor agonist isoproterenol (ISO), which causes increase in SERCA activity, and 2,5-di-(tert-butyl) hydroquinone (tBQ), which inhibits the enzyme. ISO caused significant reduction of t1/2 (p< 0,01), without any significant change in ?[Ca2+]i (p> 0,05). In case of tBQ, significant increase of t1/2 (p< 0,01) and reduction of ?[Ca2+]I (p< 0,05) were observed. A theoretical model (Tang & Othmer, 1994) was adapted for mathematical description of the experimental model proposed. Simulation of the effects of the drugs, in which SERCA kinetic parameters were changed according to data obtained from literature, were reasonably successful at reproducing the cytosolic [Ca2+]i kinetics observed experimentally / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T11:00:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oshiyama_NataliaFerreira_D.pdf: 4721295 bytes, checksum: 5ed8a9a173462afb13315f133bf426f8 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O potencial de ação (PA), variação do potencial elétrico através da membrana (Em), é gerado por fluxos iônicos através de canais e transportadores, cuja função e expressão pode ser alterada por hormônios, neurotransmissores, drogas e toxinas. Trata-se de um sistema complexo, para o qual os modelos computacionais constituem ferramenta importante de estudo. No presente trabalho, foi desenvolvido um modelo de PA e transporte de Ca2+ em células ventriculares de ratos neonatos, para o que foi necessário medir a concentração intracelular de Na+ ([Na+]i) e a corrente de Na+ (INa) em cardiomiócitos isolados, sobre as quais há pouca informação na literatura, e as correntes de Ca2+ (ICa), transiente de saída (Ito) e retificadora tardia (IK) de K+, além do próprio PA para melhorar a precisão do modelo. Medições em miócitos de ratos adultos foram realizadas para comparação. Foi observada menor excitabilidade das células de ratos neonatos, o que poderia ser explicado por um deslocamento da curva de ativação de INa de ~10 mV para a direita, i.e., a ativação dos canais de Na+ ocorreu em Em menos negativos e numa faixa mais ampla de Em em miócitos de neonatos do que em células de adultos. Outra diferença encontrada foi com relação à densidade de INa, ~2 vezes maior em células de neonatos. O maior influxo de Na+ poderia causar um aumento da [Na+]i durante a atividade em células de recém-nascidos, que foi confirmado pela medição de [Na+]i. No entanto, não houve aumento significativo quando ICa e o trocador Na+/Ca2+ (NCX) foram inibidos, o que indica que o aumento da [Na+]i se deve mais ao efluxo de Ca2+ via NCX do que ao influxo pelos canais de Na+ do sarcolema. Além disso, observou- se maior duração do PA em miócitos de neonatos, que poderia ser explicada pela menor densidade observada de correntes repolarizantes (Ito e IK). No entanto, não foi detectada diferença entre idades na densidade de ICa. Dados de simulações mostraram que o retículo sarcoplasmático (RS) é a principal fonte do Ca2+ ativador da contração e que a liberação fracional de Ca2+ do RS nos ratos neonatos é menor que nos adultos, confirmando dados experimentais deste laboratório. Portanto, o modelo poderá ser utilizado para predizer possíveis alterações eletrofisiológicas dos cardiomiócitos de ratos neonatos em diferentes condições. / Abstract: The action potential (AP), a change in electrical potential across the membrane (Em), is generated by ionic fluxes through channels and transporters, of which function and expression may be affected by hormones, neurotransmitters, drugs and toxins. Computational models constitute an important tool for the study of this highly non-linear and complex system. In this work, a model of AP and Ca2+ transport in ventricular cells of neonatal rats was developed. It was necessary to measure the intracellular Na+ concentration ([Na+]i) and the Na+ current (INa), for which information in the literature is scarce, and the Ca2+ current (ICa), as well as the outward transient (Ito) and delayed rectifier (IK) K+ currents, in addition to the AP itself, to improve the accuracy of the model. Measurements from adult rat myocytes were also made in order to compare these developmental phases. It was observed that neonatal rat cells are less excitable, which could be explained by a ~10 mV shift to the right of the channel activation curve, i.e., Na+ channels activation occured at less negative Em value and over a higher range of Em compared to adult cells. On the other hand, INa density was twice as great as that in adults. This might promote increase in [Na+]i during activity in cells from newborns, which was confirmed by measurement of [Na+]i. Nonetheless, significant Na+ accumulation was suppressed when ICa and the Na+ / Ca2+ exchanger (NCX) were inhibited, which indicates that the increase in [Na+]i probably depends more on Ca2+ efflux via NCX than on the influx through sarcolemmal Na+ channels. The longer AP duration in neonatal myocytes could be explained by the lower density of the repolarizing currents (Ito and IK). However, age-dependent difference in ICa density was not observed. Simulation data agreed with experimental data from this laboratory regarding the sarcoplasmic reticulum (SR) as the main source of Ca2+ during excitation-contraction coupling and the lower SR fractional release in neonatal than in adult myocytes. In conclusion, the present model may be used to predict possible electrophysiological alterations in developing cardiomyocytes under different conditions. / Doutorado / Engenharia Biomedica / Doutora em Engenharia Elétrica