Efecto del ácido alfa lipoico sobre la peroxidación no enzimática en mitocondrias de corazón y cerebro de rata / Effect of alpha-lipoic acid against non-enzymatic peroxidation of rat heart and brain mitochondria

RESUMEN El ácido alfa lipoico (AAL) ha sido caracterizado como un antioxidante eficiente. Se ha propuesto como un agente terapéutico potencial en el tratamiento o prevención de diferentes alteraciones que pueden estar relacionadas con un desequilibrio del estado celular oxidoreductor. El objetivo de este trabajo fue analizar la sensibilidad a la peroxidación no enzimática (PNE) (ascorbato-Fe++ dependiente) en mitocondrias de corazón y cerebro de ratas incubadas con una solución de AAL. La PNE fue evaluada por el método de quimioluminiscencia (QL). Cuando se compararon las muestras control (sin el agregado del ascorbato-Fe++) con las muestras ascorbato-Fe++ dependientes, se observó un incremento significativo en la emisión lumínica. Simultáneamente, se incubaron las mitocondrias de ambos órganos con diferentes concentraciones de AAL (0,05, 0,15 y 0,25 mg/ml) observándose una protección diferencial. Las mitocondrias de cerebro de rata incubadas con dosis de 0,15 y 0,25 mg/ml de AAL fueron protegidas de los efectos de la PNE, mientras que, en las mitocondrias cardíacas, solo se observó protección con la dosis más alta de AAL (0,25 mg/ml). El análisis de QL indicó que las mitocondrias de cerebro fueron protegidas de manera más eficiente que las mitocondrias de corazón de rata. En este último caso, será necesario probar nuevas dosis de AAL para demostrar los efectos en estas membranas. En conclusión, AAL actuó como un antioxidante protector de las membranas de ambos órganos contra el daño peroxidativo.

ABSTRACT Alphalipoc acid (ALA) has been characterized as an efficient antioxidant. It has been proposed as a potential therapeutic agent in the treatment or prevention of different pathologies that may be related to an imbalance of the oxido reductive cell state. The objective of this work was to analyze the sensitivity to non-enzymatic peroxidation (NEP) (ascorbate-Fe++ dependent) in heart and brain mitochondria of rats incubated with an ALA solution. NEP was evaluated by the chemiluminescence method (CL). When the control samples (without the addition of ascorbate-Fe++) were compared with the ascorbate-Fe++ dependent samples, a significant increase in the light emission. Simultaneously, the mitochondria of both organs were incubated with different concentrations of ALA (0.05, 0,15 and 0,25 mg/ml), observing a differential protection. Rat brain mitochondria incubated with doses of 0.15 and 0,25 mg/ml of ALA were protected from the effects of NEP, while in cardiac mitochondria, protection was only observed with the highest dose of ALA (0,25 mg/ml). The CL analysis indicated that rat brain mitochondria were protected more efficiently than rat heart mitochondria. In the latter case, it will be necessary to test new doses of ALA to demonstrate the effects on these membranes. In conclusion, ALA acted as a protective antioxidant of the membranes of both organs against peroxidative damage.

Moderate-intensity exercise allows enhanced protection against oxidative stress-induced cardiac dysfunction in spontaneously hypertensive rats

The progression of myocardial injury secondary to hypertension is a complex process related to a series of physiological and molecular factors including oxidative stress. This study aimed to investigate whether moderate-intensity exercise (MIE) could improve cardiac function and oxidative stress in spontaneously hypertensive rats (SHRs). Eight-week-old male SHRs and age-matched male Wistar-Kyoto rats were randomly assigned to exercise training (treadmill running at a speed of 20 m/min for 1 h continuously) or kept sedentary for 16 weeks. Cardiac function was monitored by polygraph; cardiac mitochondrial structure was observed by scanning electron microscope; tissue free radical production was measured using dihydroethidium staining. Expression levels of SIRT3 and SOD2 protein were measured by western blot, and cardiac antioxidants were assessed by assay kits. MIE improved the cardiac function of SHRs by decreasing left ventricular systolic pressure (LVSP), and first derivation of LVP (+LVdP/dtmax and −LVdP/dtmax). In addition, exercise-induced beneficial effects in SHRs were mediated by decreasing damage to myocardial mitochondrial morphology, decreasing production of reactive oxygen species, increasing glutathione level, decreasing oxidized glutathione level, increasing expression of SIRT3/SOD2, and increasing activity of superoxide dismutase. Exercise training in SHRs improved cardiac function by inhibiting hypertension-induced myocardial mitochondrial damage and attenuating oxidative stresses, offering new insights into prevention and treatment of hypertension.

Dyslipidemia in young patients with type 1 diabetes mellitus

Objective The association between type 1 diabetes mellitus (T1D) and dyslipidemia (DLP) increases the risk of cardiovascular disease (CVD). The aim of this study was to evaluate the presence of dyslipidemia in young T1D patients.Materials and methods The study design was cross-sectional and descriptive. We reviewed medical records of T1D patients followed at an endocrinology service, from 1998-2012. Data collected: gender, actual age and age at diagnosis, duration of T1D since diagnosis, body mass index (BMI), pubertal stage, glycemic control (GC) determined by glycated hemoglobin (HbA1c), total cholesterol (TC), HDL, LDL, triglycerides (TG). To analyze lipid profile and metabolic control, we used the Brazilian Society of Diabetes Guidelines.Results Were included 239 T1D patients, 136 (56.9%) females; mean ± SD: actual age 15.7 ± 5.0 years and at T1D diagnosis 7.3 ± 3.9; T1D duration 10.6 ± 6.4 years, 86.6% puberty, 15.1% overweight. The prevalence of DLP was 72.5%, 63.3% females, 86.6% puberty, mean ± SD: actual age 15.4 ± 4.8 years and at T1D diagnosis 7.2 ± 4.1 years, duration of T1D 10.7 ± 6.1 years. We found high-CT in 56.7%, low-HDL = 21.7%, high LDL = 44.0%, high-TG = 11.8%. Between females with DLP, 83.5% was in puberty. We find correlation between the presence of DLP, a poor GC and BMC.Conclusion We found a high prevalence of DLP in young patients with T1D, particularly in puberty females. Programs targeting the prevention of dyslipidemia should be adopted, especially for this group, in order to prevent/delay chronic complications and cardiovascular disease. Arch Endocrinol Metab. 2015;59(3):215-9.

Fiebre chikungunya en México: caso confirmado y apuntes para la respuesta epidemiológica / Chikungunya fever in Mexico: confirmed case and notes on the epidemiologic response

La fiebre chikungunya (CHIK) es una enfermedad viral transmitida al ser humano por el mismo vector del dengue, el mosquito Aedes. Además de fiebre y fuertes dolores articulares, produce otros síntomas como mialgias, cefalea, náuseas, cansancio y exantema. No tiene tratamiento específico; el manejo terapéutico de los pacientes se enfoca en el alivio de los síntomas. Históricamente se han reportado brotes de grandes proporciones; incluso desde 2010 se llegó a considerar como una potencial epidemia emergente. En 2013 se introdujo a las islas del Caribe y recientemente se ha reportado en el continente americano. En este trabajo se describe el primer caso confirmado de chikungunya en México, en el municipio de Tlajomulco de Zúñiga, Jalisco, en mayo de 2014, importado de la isla Antigua y Barbuda, en el Caribe, por una mujer de 39 años de edad.

Chikungunya fever (CHIK) is a viral disease transmitted to human beings by the same vector as dengue -the Aedes mosquito. Besides fever and severe pain in the joints, it produces other symptoms such as myalgias, headache, nausea, fatigue and exanthema. There is no specific treatment for it; the therapeutic management of patients focuses on symptom relief. Historically, outbreaks of large proportions have been reported; even since 2010 it was considered to be a potential emerging epidemic. In 2013 it was introduced into the islands of the Caribbean, and it has recently been reported in the American continent. This paper describes the first confirmed case of chikungunya in Mexico -in the municipality of Tlajomulco de Zúñiga, Jalisco, in May, 2014-, which was imported from the Caribbean island of Antigua and Barbuda by a 39 year-old woman.

Importancia clínica del estudio estructural y funcional de las mitocondrias en las diferentes miocardiopatías / Clinical significance of structural and functional study of mitochondria in different cardiomyopathies

Los principales mecanismos que intervienen en la génesis y progresión de la insuficiencia cardiaca no se encuentran aclarados totalmente. El presente estudio se llevó a cabo para analizar la participación de las mitocondrias en la insuficiencia cardíaca y el posible paralelismo que hubiere entre el músculo cardíaco y el músculo esquelético en relación a los síntomas clínicos y el daño mitocondrial. También se analizaron los factores de riesgo para enfermedad cardiovascular en los diferentes grupos de estudio, y como se vinculan con las alteraciones estructurales y funcionales de las mitocondrias; así como se estudiaron en un modelo experimental, las posibles modificaciones de las mitocondrias cardíacas y esqueléticas producidas por los distintos fármacos utilizados para el tratamiento de la insuficiencia cardíaca.Veintisiete (27) pacientes que se sometieron a cirugía cardiovascular por diferentes razones y aceptaron participar en este estudio se incluyeron.Los criterios de inclusión para el grupo de control (n = 6) fueron pacientes de ambos sexos con fracción de eyección ventricular izquierda normal (FEVI) (> 60%), sin enfermedad reumatológica, diabetes, hipertensión arterial, dislipemia, obstrucción de vasos coronarios, siendo la comunicación interauricular el diagnóstico único para la cirugía.

Abstract: The fundamental mechanisms involved in the genesis and progression of heart failure are not clearly understood. Present study was conducted to analyze the cardiac mitochondrial involvement in heart failure, the possible parallelism between cardiac and skeletal muscle and if there is a link between clinical symptoms and mitochondrial damage. The risk factors were also analyzed in the different groups under study and the possible modification upon cardiac and skeletal mitochondria produced by the different drugs used for cardiac failure treatment was also studied in an experimental model. Twenty seven patients who underwent cardiovascular surgery for different reasons and accepted to participate in this study were included.

Estudo dos efeitos da radioterapia no tecido cardíaco e sua associação com o metabolismo energético / Study of the effects of radiation therapy in cardiac tissue and its association with energy metabolism

Durante o tratamento radioterápico para tumores localizados na região torácica, parte do coração frequentemente é incluída no campo de tratamento e pode receber doses de radiação ionizante, significativas em relação à terapêutica. A irradiação do coração é capaz de causar importantes complicações cardíacas ao paciente, caracterizadas por alterações funcionais progressivas cerca de 10 a 20 anos após a exposição do órgão. Devido ao seu alto grau de contração e grande consumo energético, o tecido cardíaco é altamente dependente do metabolismo oxidativo que ocorre nas mitocôndrias. Danos as estas organelas podem levar ao decréscimo da produção de energia, tendo um impacto direto sobre a performance cardíaca. Ainda, ao interagir com as células, a radiação ionizante pode gerar uma série de eventos bioquímicos que conduzem a uma resposta celular complexa, em que muitas proteínas parecem estar envolvidas. Tendo em vista tais conhecimentos, o objetivo do estudo foi avaliar o aspecto ultraestrutural do tecido cardíaco, a bioenergética mitocondrial e a expressão diferencial de proteínas após irradiação. Os ensaios foram realizados em amostras de tecido cardíaco de ratos Wistar irradiados com dose única de 20 Gy direcionada ao coração. As análise tiveram início 4 e 32 semanas após irradiação. A análise ultraestrutural foi realizada através de microscopia eletrônica de transmissão. A respiração mitocondrial foi mensurada em oxígrafo, a partir das taxas de consumo de oxigênio pelas fibras cardíacas. A identificação de proteínas diferencialmente expressas foi investigada através de duas técnicas proteômicas: 2D-DIGE (2-D Fluorescence Difference Gel Electrophoresis) e uma abordagem label-free seguida de espectrometria de massas. Os resultados mostraram que os efeitos tardios da radiação incluem a degeneração das mitocôndrias e das unidades contráteis do tecido cardíaco, disfunções na cadeia respiratória mitocondrial e expressão diferencial de proteínas...

During radiotherapy for tumors located at toracic region, part of the heart is often included in the treatment field and may receive a significant ionizing radiation dose comparing to the therapeutics. Heart irradiation is able to cause substantial cardiac complications to patient, characterized by functional progressive changes from 10 to 20 years after the exposure of the organ. Because of its high level of contraction and large energetic consumption, cardiac tissue is highly depending on oxidative metabolism which happens at mitochondrias. Damage to these organelles can lead to decreased energy production, having a direct impact on cardiac performance. Even when interacting with cells, ionizing radiation can generate a series of biochemical events that lead to a complex cellular response, in many proteins seem to be involved. Given this knowledge, the aim of the study was to evaluate the ultrastructural appearance of cardiac tissue, mitochondrial bioenergetics and differential expression of proteins after irradiation. The tests were performed on samples of cardiac tissue of rats irradiated with single dose of 20 Gy directed to the heart. The analysis started 4 to 32 weeks after irradiation. The ultrastructural analysis was performed by transmission electron microscopy. Mitochondrial respiration was measured in oxigraph from rates of oxygen consumption by cardiac fibers. The identification of differentially expressed proteins was investigated using two proteomic techniques: 2D-DIGE (2-D Fluorescence Difference Gel Electrophoresis) and a label-free approach followed by mass spectrometry. The results showed that the late effects of radiation include degeneration of mitochondria and contractile units of cardiac tissue, dysfunction in the mitochondrial respiratory chain and differential expression of proteins involved in energy metabolism of carbohydrates, lipids and phosphocreatine. In general, the study showed that the cardiac irradiation damages...

Sanguineous normothermic, intermittent cardioplegia, effects on hypertrophic myocardium: morphometric, metabolic and ultrastructural studies in rabbits hearts / Efeitos da cardioplegia sanguínea normotérmica intermitente, em miocárdio hipertrófico: estudos morfométricos, metabólicos e ultraestruturais em corações coelhos

OBJECTIVES: The present investigation aimed to study the protective effect of intermittent normothermic cardioplegia in rabbit's hypertrophic hearts. METHODS: The parameters chosen were 1) the ratio heart weight / body weight, 2) the myocardial glycogen levels, 3) ultrastructural changes of light and electron microscopy, and 4) mitochondrial respiration. RESULTS: 1) The experimental model, coarctation of the aorta induced left ventricular hypertrophy; 2) the temporal evolution of the glycogen levels in hypertrophic myocardium demonstrates that there is a significant decrease; 3) It was observed a time-dependent trend of higher oxygen consumption values in the hypertrophic group; 4) there was a significant time-dependent decrease in the respiratory coefficient rate in the hypertrophic group; 5) the stoichiometries values of the ADP: O2 revealed the downward trend of the values of the hypertrophic group; 6) It was possible to observe damaged mitochondria from hypertrophic myocardium emphasizing the large heterogeneity of data. CONCLUSION: The acquisition of biochemical data, especially the increase in speed of glycogen breakdown, when anatomical changes are not detected, represents an important result even when considering all the difficulties inherent in the process of translating experimental results into clinical practice. With regard to the adopted methods, it is clear that morphometric methods are less specific. Otherwise, the biochemical data allow detecting alterations of glycogen concentrations and mitochondria respiration before the morphometric alterations should be detected.

OBJETIVOS: O presente estudo teve como objetivo estudar o efeito protetor da cardioplegia normotérmica intermitente em corações hipertróficos de coelhos. MÉTODOS: Os parâmetros escolhidos foram: 1) relação peso cardíaco/peso corporal; 2) níveis de glicogênio nos músculos cardíacos; 3) alterações ultraestruturais por microscopia óptica e eletrônica; e 4) respiração mitocondrial. RESULTADOS: 1) O modelo experimental de coarctação da aorta induziu hipertrofia ventricular esquerda; 2) a evolução temporal dos níveis de glicogênio no miocárdio hipertrófico demonstra que há diminuição significativa; 3) observou-se tendência dependente do tempo para maiores valores do consumo de oxigênio para o grupo hipertrófico; 4) houve diminuição dependente do tempo da taxa de coeficiente respiratório no grupo hipertrófico; 5) os valores estequiométricos da ADP: O2 revelou a tendência decrescente no grupo hipertrófico; 6) observaram-se lesões mitocondriais do miocárdio hipertrófico, enfatizando a grande heterogeneidade dos dados. CONCLUSÃO: A aquisição de dados bioquímicos, principalmente o aumento na velocidade de quebra do glicogênio, quando mudanças anatômicas não são detectadas, representa um resultado importante, mesmo quando se consideram todas as dificuldades inerentes ao processo translacional de resultados experimentais para a prática clínica. No que diz respeito aos métodos adotados, é evidente que os métodos morfométricos são menos específicos. Os dados bioquímicos permitem a detecção de alterações das concentrações de glicogênio e respiração mitocondrial antes das alterações morfométricas serem detectadas.

Mitocondriopatia na insufuciência cardíaca: efeitos do treinamento físico aeróbico / Mitochondriopathy in heart failure: effects of endurance training

A insuficiência cardíaca é uma síndrome de mau prognóstico, caracterizada por disfunçao cardíaca associada à intolerância aos esforços, retenção de fluído e redução de longividade. Recentemente, os conhecimentos sobre a fisiopatoplogia da insuficiência cardíaca estabeleceram que, além dos distúrbios hemodinâmicos e neuro-humorais associados à síndrome, alterações mitocondriais (denominadas mitocondriopatias) podem ser nocivas ao tecido cardíaco. Prejuízos no metabolismo energético mitocondrial, com consequente aumento no estresse oxidativo seguido de morte celular programada, são caracteristicas presentes na insuficiência cardíaca. Além disso, alterações na dinâmica mitocondrial, representada por um desequilíbrio entre os processos de fusão e fissão da organela, contribuem para o agravamento da síndrome, uma vez que esses eventos estão relacionados à manutenção da viabilidade celular. Uma importante estratégia não farmacológica utilizada no tratamento da insuficiência cardíaca é o treinamento físico aeróbico, que, além de contribuir para a melhora da função ventricular, com consequente aumento da tolerância aos esforços e na qualidade de vida desses pacientes, promove importantes adaptações mitocondriais no tecido cardíaco, destacando-se o aumento dos complexos respiratórios mitocondriais e a redução na produção de espécies reativas de oxigênio. Nesse artigo de revisão. será abordada a importância da biologia mitocondrial no contexto cardíaco, retratando aspectos funcionais e morfológicos da organela, bem como sua contribuição para o agravamento da insuficiência cardíaca. Será, também, abordado o papel do treinamento físico aeróbico na reversão da mitocondriopatia observada na síndrome.

Heart failure is a clinical syndrome of poor prognosis characterized by cardiac dysfunction, exercise intolerance, lung edema and reduced longevity. Over the last decades, the knowledge regarding heart failure pathophysiology has established that in addition to hemodynamic and neurohumoral disorders, mitochondrial dysfunctions (called mitochondriopathy) can be deleterious to the heart. Impairment of mitochondrial energy metabolism, with consequent increase in oxidative stress and programmed cell death, is associated to cardiac deterioration in both human failing hearts and heart failure animal models. In addition, changes in mitochondrial dynamic, characterizated by an imbalance between the fusion and fisson processes of the organelle, contribute to the worsening of the pathology, since these events are related to the maintenance of cell viability. Endurance training has been recognized as an important adjuvant in the treatment of heart failure since it improves patient outcomes and quality of life. However, the mechanisms underlying exercise-induced beneficial effect on heart failure are not completely understood. In this review, we describe specific exercise training-mediated changes in mitochondrial function and morphology that contributes to better heart failure prognosis, including improved mitochondrial respiration, reduced oxidative stress and increased mitochondrial fussion.

Ponte miocárdica associada a lesões cardiovasculares em bovinos adultos da raça Canchim / Myocardial bridge associated with cardiovascular injuries in bovines adult of Canchim race / Puente miocárdico asociado a lesiones cardiovasculares en bovinos adultos de la raza canchim

FUNDAMENTO: A influência que a ponte miocárdica exerce sobre a corrente sanguínea no curso do segmento arterial sob a ponte tem sido objeto de discussão pela comunidade científica. OBJETIVO: Comparar o tecido muscular ultraestrutural da ponte miocárdica e a parede ventricular; analisar o grau de lesão da camada íntima dos segmentos arteriais e investigar possíveis mudanças que podem preceder ou iniciar o processo de lesões ateroscleróticas. MÉTODOS: Quarenta corações bovinos da raça Canchim foram estudados em relação às alterações da camada íntima das artérias coronarianas nos diferentes segmentos de ponte miocárdica. Para o exame microscópico, foram feitas colorações por hematoxilina-eosina e fucsina-resorcina seguindo técnicas microscópicas convencionais. Para o exame de microscopia eletrônica, os segmentos da ponte miocárdica de doze corações bovinos Canchim foram coletados a partir da parede ventricular e da artéria coronariana e foram processados de acordo com técnicas convencionais. RESULTADOS: Na microscopia de luz, foi observada maior frequência de lesões em segmentos pré-ponte e pós-ponte da camada íntima, em comparação ao segmento ponte. Espessamentos da camada íntima foram seguidos por um desarranjo na lâmina limitante elástica interna. Essas células frequentemente apresentaram seus citoplasmas ingurgitados por gotas lipídicas, compondo as chamadas células de espuma. A microscopia eletrônica revelou que as fibras musculares da ponte miocárdica geralmente se unem de forma reta e lisa apresentando ramos laterais com um número maior de mitocôndrias no músculo ventricular do que na ponte. CONCLUSÃO: Há poucas diferenças entre os tecidos musculares estudados; lesões da camada íntima são menos frequentes em regiões da ponte em comparação com as regiões pré e pós-ponte.

BACKGROUND: The influence that myocardial bridge exercises over blood stream in the course of arterial segment under the bridge has been discussed by the scientific community. OBJECTIVE: To compare ultrastructural muscle tissue of myocardial bridge and the ventricular wall; to analyze the degree of injury to the tunica intima of the arterial segments, and look for possible changes that may precede or initiate the process of atherosclerotic lesions. METHODS: Forty Canchim bovine hearts were studied regarding alterations of the tunica intima from coronary arteries on the different myocardial bridge segments. For the microscopic examination, hematoxylin-eosin and fuchsin-resorcin staining following conventional microscope techniques were made. For the electronic microscopic examination, myocardial Bridge segments from twelve Canchim bovine hearts were collected from the ventricle wall and coronary artery and were processed according to conventional techniques. RESULTS: In the light microscopy, a higher frequency of lesions on prepontine and postpontine segments of the tunica intima was observed, compared to the pontine segment. Tunica intima thickenings were followed by a disarrangement on the internal elastic limitant lamina. These cells often presented their cytoplasmas engorged by lipidic drops, making up the so-called foam cells. Electronic microscopy revealed that the muscular fibers of the myocardial bridge are usually joined in a straight and smooth way presenting lateral branches with a greater number of mitochondria in the ventricular muscle than in the bridge. CONCLUSION: There are few differences between the muscle tissues studied; intimae lesions are less frequent in pontine regions compared to pre and post-pontine regions.

FUNDAMENTO: La influencia que el puente miocárdico ejerce sobre la corriente sanguínea en el transcurso del segmento arterial bajo el puente, ha sido objeto de discusión por parte de la comunidad científica. OBJECTIVO: Comparar el tejido muscular ultra estructural del puente miocárdico y la pared ventricular; analizar el grado de lesión de la capa íntima de los segmentos arteriales e investigar posibles cambios que pueden preceder o iniciar el proceso de lesiones ateroscleróticas. MÉTODO: Cuarenta corazones bovinos de la raza Canchim fueron estudiados con respecto a las alteraciones de la capa íntima de las arterias coronarias en los diferentes segmentos del puente miocárdico. Para el examen microscópico, se hicieron coloraciones por hematoxilina-eosina y fucsina-resorcina secundando las técnicas microscópicas convencionales. Para el examen de microscopía electrónica, los segmentos del puente miocárdico de doce corazones de bovinos de la raza Canchim, fueron recolectados así como de la pared ventricular y de la arteria coronaria y fueron procesados de acuerdo con las técnicas convencionales. RESULTADOS: En la microscopía de luz, observamos una mayor frecuencia de lesiones en segmentos de pre puente y pos-puente de la capa íntima, en comparación con el segmento puente. Los espesamientos de la capa íntima vinieron acompañados por un desarreglo en la lámina limitante elástica interna. Esas células a menudo presentan sus citoplasmas ingurgitados por gotas lipídicas, lo que compone las llamadas células de espuma. La microscopía electrónica reveló que las fibras musculares del puente miocárdico generalmente se unen de forma recta y lisa, presentando ramas laterales con un número mayor de mitocondrias en el músculo ventricular que en el puente. CONCLUSIONES: Existen pocas diferencias entre los tejidos musculares estudiados. Las lesiones de la capa íntima son menos frecuentes en las regiones del puente en comparación con las regiones pre y pos puente.

A cardiolipina é o alvo da cardiotoxicidade dos anestésicos locais?: [revisão] / Is cardiolipin the target of local anesthetic cardiotoxicity?: [review]

JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS: Os anestésicos locais são amplamente utilizados na prevenção ou na reversão de dor aguda e no tratamento de dor crônica. A reação de cardiotoxicidade induzida pelos anestésicos locais é um evento acidental sem terapia farmacológica, exceto a infusão de intralípides relatados recentemente cujo mecanismo de ação ainda não é bem compreendido. CONTEÚDO: A cardiolipina, um fosfolipídio aniônico, desempenha papel relevante na determinação de reação respiratória mitocondrial, metabolismo de ácidos graxos e apoptose celular. A disfunção do metabolismo energético mitocondrial é sugerida em associação com a cardiotoxicidade dos anestésicos locais, a partir de um estudo in vitro de que ela talvez se deva a fortes ligações eletrostáticas entre os anestésicos locais e a cardiolipina na membrana mitocondrial. Não há, contudo, evidência experimental. Portanto, levantamos a hipótese de que as interações anestésico-cardiolipina sejam o principal determinante associado à reação de cardiotoxicidade, o que pode ser estabelecido com a adoção de métodos teóricos e biológicos estruturais. Esse modelo de interação nos daria uma pista sobre o mecanismo da cardiotoxicidade dos anestésicos locais, visando a futuras pesquisas na área de desenvolvimento de fármacos de prevenção a esse evento na prática clínica. CONCLUSÕES: A interação entre a cardiolipina mitocondrial e os anestésicos locais pode ser a principal fonte de sua cardiotoxicidade, em função de seus efeitos sobre o metabolismo energético e o estado eletrostático.

BACKGROUND AND OBJECTIVES: Local anesthetics are used broadly to prevent or reverse acute pain and treat symptoms of chronic pain. Local anesthetic-induced cardiotoxic reaction has been considered the accidental event without currently effective therapeutic drugs except for recently reported intralipid infusion whose possible mechanism of action is not well known. CONTENTS: Cardiolipin, an anionic phospholipid, plays a key role in determining mitochondrial respiratory reaction, fatty acid metabolism and cellular apoptosis. Mitochondrial energy metabolism dysfunction is suggested as associated with local anesthetic cardiotoxicity, from an in vitro study report that the local anesthetic cardiotoxicity may be due to the strong electrostatic interaction of local anesthetics and cardiolipin in the mitochondria membrane, although there is a lack for experimental evidence. Herein we hypothesized that local anesthetic-cardiolipin interactions were the major determinant of local anesthetic-associated cardiotoxic reaction, established by means of theoretic and structural biological methods. This interacting model would give an insight on the underlying mechanism of local anesthetic cardiotoxicity and provide clues for further in depth research on designing preventive drugs for such inadvertent accidence in routine clinical practice. CONCLUSIONS: The interaction between local anesthetic and mitochondrial cardiolipin may be the underlying mechanism for cardiotoxicity affecting its energy metabolism and electrostatic status.

Fluoxetine effects on mitochondrial ultrastructure of right ventricle in rats exposed to cold stress / Efeitos da fluoxetina sobre a ultraestrutura mitocondrial no ventrículo direito de ratos expostos ao estresse pelo frio

OBJECTIVE: To assess fluoxetine effects on mitochondrial structure of the right ventricle in rats exposed to cold stress. METHODS: The experimental study procedures were performed in 250-300g male EPM-Wistar rats. Rats (n=40) were divided into four groups: 1) Control group (CON); 2) Fluoxetine (FLU); 3) Induced hypothermia (IH) and; 4) Induced hypothermia treated with fluoxetine (IHF). Animals of FLU group were treated by the administration of gavages containing 0.75 mg/kg/day fluoxetine during 40 days. The induced hypothermia was obtained by maintaining the groups 3 and 4 in a freezer at -8ºC for 4 hours. The animals were sacrificed and fragments of the right ventricle (RV) were removed and processed prior to performing electron microscopic analysis. RESULTS: The ultrastructural changes in cardiomyocytes were quantified through the number of mitochondrial cristae pattern (cristolysis). The CON (3.85 percent), FLU (4.47 percent) and IHF (8.4 percent) groups showed a normal cellular structure aspect with preserved cardiomyocytes cytoarchitecture and continuous sarcoplasmic membrane integrity. On the other hand, the IH (34.4 percent) group showed mitochondrial edema and lysis in cristae. CONCLUSION: The ultrastructural analysis revealed that fluoxetine strongly prevents mitochondrial cristolysis in rat heart, suggesting a protector effect under cold stress condition.

OBJETIVO: Analisar os efeitos da fluoxetina sobre a estrutura mitocondrial do ventrículo direito de ratos expostos ao estresse pelo frio. MÉTODOS: Os procedimentos do estudo foram realizados em ratos Wistar-EPM (250-300g) machos. Os ratos (n=40) foram divididos em quatro grupos: 1) Controle (CON); 2) Fluoxetina (FLU); 3) Induzidos à hipotermia (IH) e; 4) Induzidos à hipotermia tratados com fluoxetina (IHF). O grupo FLU foi tratado com gavagem contendo 0,75 mg/kg/dia de fluoxetina durante 40 dias. O estresse induzido pelo frio foi realizado mantendo os grupos 3 e 4 em um freezer (-8ºC) por quatro horas. Os animais foram sacrificados e fragmentos do ventrículo direito (VD) foram removidos e processados antes de serem conduzidos para a microscopia eletrônica. RESULTADOS: As alterações ultraestruturais dos cardiomiócitos foram quantificadas pelo número padrão de cristas mitocondriais (cristólises). Os grupos CON (3,85 por cento), FLU (4,47 por cento) e IHF (8,4 por cento) mostraram aspecto normal de suas estruturas celulares com a citoarquitetura dos cardiomiócitos preservada com integridade sarcoplasmática contínua. Por outro lado, o grupo IH (34,4 por cento) apresentou edema mitocondrial e lise nas cristas. CONCLUSÃO: A análise ultraestrutural revelou que a fluoxetina previne fortemente cristólises mitocondriais em miocárdio de ratos, sugerindo possível efeito protetor na condição de estresse induzido pelo frio.

Disfunção mitocondrial e expressão gênica alterada como mecanismos envolvidos na progressão da hipertrofia para insuficiência cardíaca em camundongos CIRSKO e PGC-1BKO / Mitochondrial dysfunction and altered gene expression as mechanisms involved in the progression of hypertrophy to heart failure in mice CIRSKO and PGC-1BKO

A insuficiência cardíaca (IC) é a evolução final das várias formas de doenças cardiovascular, sendo resultado de modificações estruturais, metabólicas e de contratilidade miocárdica. A fim de compreender o papel na dinâmica do metabolismo cardíaco no estado basal e na sobrecarga de pressão, utilizamos os modelos de cre-lox com deleção específica no coração para substrato do receptor de insulina (IRS) e co-ativador do PPAR (PGC-1b) e analisamos a estrutura cardíaca (histologia e estereologia), função cardíaca (ecocardiograma e técnica de Working heart), o metabolismo (isolamento de cardiomiócito e captação de glicose), ação hormonal (Western Blotting), expressão gênica (PCR-RT) de enzimas do metabolismo (lipídico, glicídico, da cadeia respiratória fatores transcricionais e hipertróficos) e a função mitocondrial. Verificamos, nos CIRS12KO, disfunção cardíaca grave, disfunção mitocondrial e prejuízo na expressão gênica das enzimas do metabolismo energético. Nos PGC-1BKO observamos disfunção mitocondrial e alteração de expressão gênica das enzimas do metabolismo energético quando submetidos à sobrecarga de pressão. Através do estudo do metabolismo cardíaco e da expressão gênica nestes diferentes modelos conseguimos explorar as vias metabólicas que levam a hipertrofia compensada à IC. Sugerimos que o mecanismo responsável pela descompensação seja a disfunção mitocondrial em conseqüência à alteração da expressão gênica. E que IRS e o PGC-1B são fatores chaves da dinâmica cardíaca, e que são indispensáveis para a estrutura e funcionamento cardíaco. Além de representar alvo promissor para limitar a transição de hipertrofia cardíaca compensada a insuficiência cardíaca...

Heart failure (HF) is the end stage of different types of cardiovascular diseases and it is characterized by changes in the metabolic and myocardial contractility. We use the models cre-lox with specific knockout for insulin receptor substrate (IRS) and co-activator of PPAR (PGC-1b) (basal and pressure overload). The objective was understood the role in the dynamics of cardiac metabolism. We analyzed cardiac structure (histology and stereology), cardiac function (echocardiography and the working heart technique), metabolism (glucose uptake), hormonal action (Western Blotting), gene expression (RT-PCR) from enzyme metabolism (lipid, carbohydrates, respiratory chain, transcriptional and hypertrophic factors) and mitochondrial function. We found in CIRS12KO, severe cardiac dysfunction, mitochondrial dysfunction and reduction of gene expression. And in the PGC-1bKO when subjected to pressure overload, the progression to heart failure, with mitochondrial dysfunction, and alteration of gene expression from enzyme metabolism. The data show that changes on cardiac metabolism and gene expression in both models explain the metabolic pathways that lead to compensated hypertrophy to HF. We suggest that the mitochondrial dysfunction and the gene expression was possible mechanisms for HF. We conclude that IRS and PGC-1b are key factors of cardiac dynamics, which are essential to the structure and heart function. IRS and PGC-1b represent a promising target for limiting the transition from compensated cardiac hypertrophy to heart failure...

Hallazgos histológicoultraestructurales característicos de las células madres (stem cell embriónico fetales): primer reporte internacional / Ultra structural histologic findings characteristic of embryonic fetal stem cells: first international report

Se buscó la evidencia de crecimiento muscular o biogénesis que debería haberse iniciado a partir del transplante de Stem cell embriónico fetales de donantes con el propósito de observar los dos tipos de ADN distintos tanto del receptor como del donante. Materiales y métodos: esta investigación se realizó luego de recibir fragmentos de músculo cardiaco del ventrículo izquierdo en los cuales se implantaron dichas células directamente en el miocardio mediante 80 inyecciones de 1ml cada una en todas las paredes de ambos ventrículos, con especial énfasis en el izquierdo. Las biopsias fueron fijadas con glutaraldehido al 3, post-fijazas con Tetraóxido de Osmio al 1, deshidratadas en diversos gradientes ascendentes de alcohol etílico, preembedidas en Oxido de propileno, embebidas en resina Spurr para realizar los bloques, los cuales fueron cortados por ultramicrotomía, teñidas con acetato de uranilo y citrato de plomo, y finalmente observadas al Microscopio Electrónico de Transmisión JEOL- JEM 1010. Resultados: lo más relevante en esta investigación son los hallazgos encontrados en las mitocondrias que se presentaban hipertróficas, redondeadas con crestas vesiculares, siendo lo distintivo y el más importante hallazgo la presencia de una banda recta trilaminar con una estructura central electrondensa proteica, la misma que atraviesa perpendicularmente en toda la longitud de la mitocondria, formando una “Barra germinativa pluripotencial mitocondrial”, hallazgo propio distintivo de las células Madre. Conclusiones: siendo en la mitocondria esta inusual barra recta transversal electrondensa un importante aporte científico distintivo que identificaría plenamente a las células transplantadas del tipo de Stem cell embriónico fetales, diferentes a las mitocondrias con crestas cortas irregulares onduladas paralelas vacías, dando con esto una diferenciación característica que determinaría su capacidad de ser pluripotencial y de autorenovación.

We looked up an evidence of muscle growth or biogenesis that should have started from the transplant of embryonic fetal stem cells from donors in order to observe the two distinct AND types of both, the receptor and the donor. Materials and methods: this research was made after receiving fragments of the left ventricle cardiac muscle where those cells were implanted directly in the myocardio by means of 80 injections of 1 ml each in all the walls of both ventricles, with special stress in the left one. Biopsies were fixed with 3 glutaraldehido, post fixed with 1 Osmio Tetraoxide, dehydrated in different ascending gradients of ethyl alcohol, pre soaked in propylene oxide, soaked in Spurr resin to make the blocks which were cut by ultramicrotomy, dyed with uramil acetate and lead citrate, and finally observed at the JEOL – JEM 1010 Transmission Electronic Microscope. Results: the most outstanding facts in this research are the findings met in the mitochondrion that were hypertrophic, rounded with vesicular crests, and what makes difference and the most important finding is the presence of a tri-laminar straight strip with a central proteinic electrodense structure which crosses perpendicularly the mitochondrion in its whole length, giving form to a “Mitochondrial pluripotential germinative Bar” distinctive finding of stem cells. Conclusions: this unusual electrodense, transverse, straight bar is an important scientific contribution and a distinctive that would identify completely the transplanted stem cells embryonic fetal type, different from mitochondrion with short irregular wavy, parallel, empty crests, giving this way a characteristic differentiation that would determine their capability of being pluripotential and with self-renovation.

Evaluation of the mitochondrial respiration of cardiac myocytes in rats submitted to mechanical bile duct obstruction / Avaliação da respiração mitocondrial de miócitos cardíacos em ratos ictéricos sumetidos à obstrução do ducto biliar

PURPOSE: The objective of the present study was to evaluate the capacity of the myocardium for energy production by the analysis of mitochondrial respiration in rats with jaundice submitted to bile duct ligature. METHODS: Sixteen male Wistar rats were divided into 2 Groups: Group SO submitted to nontherapeutic laparotomy (sham operation) and Group IC (icteric group) submitted to bile duct ligature. After 7 days, laparotomy was again performed in all animals for cardiac muscle extraction and analysis. Mitochondrial oxygen consumption was determined by stage 3 velocity and stage 4 velocity. The respiratory control ratio (RCR) was obtained by the ratio of stage 3 to stage 4 velocity. Statistical analysis was performed by the Mann-Whitney test, with the level of significance set at 5 percent (p<0.05). RESULTS: Statistical analysis revealed a significant drop in oxygen consumption during stage 3 mitochondrial respiration in group IC compared with SO, whereas the values obtained during stage 4 were basically identical for the two groups. Likewise, RCR values exhibited a significant reduction. CONCLUSION: The cellular respiration of the "jaundiced heart" is depressed. This was demonstrated by the reduced capacity of cardiac mitochondria to consume oxygen and synthesize ATP, supporting the idea of a latent cardiac impairment responsible for the hemodynamic decompensation occurring during cholestasis.

OBJETIVO: A proposta deste trabalho é avaliar a capacidade de produção energética do miocárdio mediante análise da respiração mitocondrial em ratos ictéricos submetidos à ligadura do ducto biliar. MÉTODOS: Foram utilizados 16 ratos Wistar machos divididos em 2 Grupos: Grupo SO , os quais foram submetidos à Laparotomia branca e Grupo IC, os quais sofreram ligadura do ducto biliar para o desenvolvimento de icterícia obstrutiva. Todos os animais após 7 dias de cirurgia foram submetidos à nova laparotomia para extração e análise do músculo cardíaco. O consumo de oxigênio pelas mitocôndrias foi determinado pela velocidade do estado 3 e velocidade do estado 4. A razão do controle respiratório (RCR) foi obtida pela relação entre as velocidades dos estados 3 e 4. A análise estatística foi feita pelo teste de Mann-Whitney com nível de significância de 5 por cento (p<0.05). RESULTADOS: Observou-se queda estatisticamente significante nos valores do consumo de oxigênio do estado 3 da respiração mitocondrial no grupo IC em relação ao SO, no entanto os valores para estado 4 permaneceram basicamente inalterados entre os grupos. Os valores de RCR entre os grupos também apresentaram diminuição significativa. CONCLUSÃO: A respiração celular do 'coração ictérico' está deprimida em decorrência da redução da capacidade da mitocôndria cardíaca em consumir oxigênio e sintetizar ATP, o que pode contribuir para a disfunção cardiovascular na vigência da colestase.

Inhibición de la transición de la permeabilidad mitocondrial y del daño por reperfusión miocárdica por ciclosporina A / Inhibition of permeability transition and myocardic reperfusion damage by cyclosporine A

INTRODUCTION: The results presented in this study indicate that the immunosuppressor cyclosporine A acts as a cardioprotective drug. METHODS: This effect was analyzed during development of reperfusion-induced arrhythmias after 5 min period of coronary ligation in hearts of rats under anesthesia. RESULTS: The results indicate that cyclosporine inhibits Ca(2+)-induced mitochondrial damage; furthermore, when given before coronary occlusion, at a dose of 20 mg/kg, effectively protects against the high incidence of arrhythmias and the fall in blood pressure induced by reperfusion. In addition, it inhibits the delivery of lactic dehydrogenase and creatine kinase enzymes to the plasma. CONCLUSIONS: We propose that the protective effect could be related with its well documented action to restrain Ca(2+)-induced damage of mitochondrial functions.

Bases moleculares de la insuficiencia cardíaca / Molecular bases of heart failure

Heart failure (HF) is a complex pathophysiologic state in which delivery of blood and nutrients is inadequate for tissue requirements. HF almost always arises in patients with previous cardiovascular disease such as acute myocardial infarction, atherosclerosis, cardiomyopathy, myocarditis, congenital malformations, or valvular disease. Recently, substantial progress has been made to understand the etiology, pathogenesis, and mechanisms of HF. Several inter-related mechanisms such as oxidative stress, signal transduction, abnormalities in intracellular calcium handling, mitochondrial dysfunction and inherited mutations have been proposed as the triggers of HF.

An overview of chagasic cardiomyopathy: pathogenic importance of oxidative stress

Há evidências que sugerem que as miocardites chagásicas são devidas aos danos induzidos pelo estresse oxidativo, podendo contribuir para a evolução da doença de Chagas. Em doenças infecciosas, a formação de espécies reativas do oxigênio (ROS) é, principalmente, derivada de danos celulares mediados pela invasão e replicação do patógeno e por reações citotóxicas mediadas pelo sistema imune. No entanto, como as ROS são formadas e sua função no estresse oxidativo na cardiomiopatia chagásica (CCM) não estão completamente elucidadas. Nesta revisão, nós discutimos as evidências para o aumento do estresse oxidativo na doença de Chagas, com ênfase nas anormalidades mitocondriais, na disfunção da cadeia de transporte de elétrons e seu papel na manutenção do estresse oxidativo no miocárdio. Discutimos ainda, os resultados da literatura que relatam as conseqüências da manutenção do estresse oxidativo na patogênese da CCM.

Mitochondrial K+ transport and cardiac protection during ischemia/reperfusion

Mitochondrial ion transport, oxidative phosphorylation, redox balance, and physical integrity are key factors in tissue survival following potentially damaging conditions such as ischemia/reperfusion. Recent research has demonstrated that pharmacologically activated inner mitochondrial membrane ATP-sensitive K+ channels (mitoK ATP) are strongly cardioprotective under these conditions. Furthermore, mitoK ATP are physiologically activated during ischemic preconditioning, a procedure which protects against ischemic damage. In this review, we discuss mechanisms by which mitoK ATP may be activated during preconditioning and the mitochondrial and cellular consequences of this activation, focusing on end-effects which may promote ischemic protection. These effects include decreased loss of tissue ATP through reverse activity of ATP synthase due to increased mitochondrial matrix volumes and lower transport of adenine nucleotides into the matrix. MitoK ATP also decreases the release of mitochondrial reactive oxygen species by promoting mild uncoupling in concert with K+/H+ exchange. Finally, mitoK ATP activity may inhibit mitochondrial Ca2+ uptake during ischemia, which, together with decreased reactive oxygen release, can prevent mitochondrial permeability transition, loss of organelle function, and loss of physical integrity. We discuss how mitochondrial redox status, K+ transport, Ca2+ transport, and permeability transitions are interrelated during ischemia/reperfusion and are determinant factors regarding the extent of tissue damage.

Cambios en la composición lipídica de las membranas mitocondriales de corazón de ratas inducidos por la ingesta de aceite de pescado y su relación con la actividad mitocondrial / Changes in the lipid composition of the mitochondrial membrane of the heart rat induced by fish oil intake and its relation with mitochondrial activity

Los cambios en la composición lipídica del corazón inducidos por la dieta han sido implicados en las alteraciones de la función cardíaca. El consumo de aceite de pescado, por otra parte, ha sido relacionado con la baja incidencia de enfermedades cardiovasculares. La actividad de las mitocondrias aisladas de corazones insuficientes es menor que la observada en mitocondrias de corazones normales. En este trabajo, la administración de aceite de pescado en la dieta disminuyó el contenido de C18:2n-6 y C20:4n-6 y aumentó el de C22:6n-3 en las mitocondrias de corazón. La ingesta de aceite de pescado incrementó las velocidades de respiración en estados 3 y 4 (VR3 y VR4) sin modificar la eficiencia de fosforilación ni el índice de control respiratorio. Se discute acerca de que el posible efecto protector de los ácidos grasos poli-insaturados contra los radicales libres sea ejercido a través del aumento de VR3 y VR4

Precondicionamiento del miocardio / Myocardial preconditioning

El precondicionamiento isquémico del miocardio es un mecanismo protector endógeno en la célula cardiaca que disminuye las manifestaciones de isquemia secundarias a una oclusión coronaria cuando previamente a la oclusión se realiza uno o varios períodos cortos del isquemia (isquemia precondicionante). El proceso es gatillado por la liberación de diversas substancias durante los períodos cortos de isquemia, pero especialmente adenosina, y es traducido por la activación de diversas proteínas kinasas que parecen actuar sobre un efector final común que probablemente es el cK+ATP de la mitocondria. El proceso puede ser remedado farmacológicamente con diversas substancias que se producen durante el gatillamiento como por ejemplo la administración de adenosina o por fármacos que abren los cK+ATP mitocondriales como nicorandil. El precondicionamiento isquémico ofrece una fase protectora precoz (pocos minutos después de la isquemia precondicionante) y otra tardía (varias horas después). Esta última requiere de la transcripción de varias moléculas que ejercen la acción protectora lo cual explica la demora en su aparición. Existen varias evidencias de la existencia del precondicionamiento precoz y tardío en el hombre y dado que el precondicionamiento tardío produce una protección más prolongada, 3-4 días, es probable que la inducción farmacológica de este tipo de precondicionamiento pueda mejorar el pronóstico de pacientes con alto riesgo de obstrucción coronaria como ocurre en el síndrome coronario agudo sin elevación de ST. El precondicionamiento puede también ser inducido por un aumento del metabolismo cardíaco en lugar de una isquemia precondicionante, como por ejemplo taquicardia, y por el ejercicio físico lo cual implicaría la existencia de una protección miocárdica a la isquemia de carácter más o menos permanente según la magnitud de la actividad física del individuo