Evolutionary cardiology and experimental research / Cardiología evolutiva e investigación experimental

Abstract Evolutionary medicine studies the role of evolution in health problems. Diseases are considered as phenotypes generated by the expression of sets of genes and a complex interplay with the environment. The main mechanisms involved in evolutionary medicine are antagonistic pleiotropy, ecological antagonistic pleiotropy, atavisms and heterochrony. Antagonistic pleiotropism refers to genes that are beneficial during certain stages of development but become detrimental in others. Ecological antagonistic pleiotropy refers to the misadaptation to current lifestyle conditions which are different from those in which humans evolved. These mechanisms participate in the development of congestive heart failure, hypertension and atherosclerosis. Atavistic conditions or genes are expressed in our ancestors but have remained silent during evolution being suddenly expressed without an apparent cause during the appearance of a disease is another mechanism in evolutionary cardiology. The change in the heart metabolism from fatty acid to glucose dependent can be considered as an atavistic condition that appears in the heart after a stroke and may underlie impaired cardiomyocyte regeneration. Heterochrony is the expression of genes that cause the appearance of traits at a different timing during development and is therefore related to atavisms. Evolutionary medicine explains the interactions of pathogens and the host in infectious diseases where the cardiac tissue becomes a target. Mechanisms involved in evolutionary medicine participate in the generation of diseases and may be approached experimentally. Therefore, to better understand health problems and therapeutical approaches, an evolutionary medicine approach in experimental medicine may prove useful.

Resumen La medicina evolutiva estudia el papel de la evolución en los problemas de salud. Las enfermedades son fenotipos generados por la expresión de genes y una interacción compleja con el medio ambiente. Los principales mecanismos implicados son la pleiotropía antagonista, la pleiotropía antagonista ecológica, los atavismos y la heterocronía. El pleiotropismo antagonista se refiere a situaciones donde los genes que son beneficiosos durante ciertas etapas del desarrollo resultan perjudiciales en otras. La pleiotropía antagonista ecológica se refiere a la mala adaptación a las condiciones de vida actuales, que difieren de aquellas en las que los humanos evolucionaron. Estos mecanismos participan en el desarrollo de insuficiencia cardiaca congestiva, hipertensión y aterosclerosis. Las condiciones o genes atávicos fueron características que se expresaron en nuestros antepasados pero han permanecido silenciadas durante la evolución, expresándose repentinamente durante una enfermedad; un ejemplo es el cambio metabólico en el corazón de dependiente de ácidos grasos a dependiente de glucosa en condiciones de hipoxia que aparece después de un infarto y puede subyacer a la dificultad de la regeneración de los cardiomiocitos. La heterocronía es la expresión de genes que provocan la aparición de rasgos en un momento diferente durante el desarrollo. La medicina evolutiva también explica las interacciones entre los patógenos y el huésped en enfermedades infecciosas. Los mecanismos implicados en la medicina evolutiva participan en la generación de enfermedades y pueden abordarse experimentalmente. Por tanto, la medicina experimental puede enriquecer la medicina evolutiva y el origen de muchos problemas de salud.

Historical review of the Department of Physiology on the 75th anniversary of the Instituto Nacional de Cardiología Ignacio Chávez / Reseña histórica del Departamento de Fisiología en el 75 aniversario del Instituto Nacional de Cardiología Ignacio Chávez

Abstract The Physiology Department has played an important role in the development of physiology in Mexico since its beginnings. It was founded by Dr. Arturo Rosenblueth in 1947. Many of the original researchers participated in the formation of the Mexican Society of Physiological Sciences. Researchers belonging to this department have given origin to an important national research center (CINVESTAV) and to numerous groups and departments within the Instituto Nacional de Cardiología such as the Valves department in the basement of the main building of the institute, the department of molecular biology situated in the Anexo de Investigación, and a laboratory in the translational medicine unit. The physiology department has importantly contributed to the development of research in the Instituto Nacional de Cardiología.

Resumen El Departamento de Fisiología ha desempeñado un papel importante en el desarrollo de la fisiología en México desde sus inicios. Fue fundado por el Dr. Arturo Rosenblueth en 1947. Muchos de sus investigadores originales participaron en el nacimiento de la Sociedad Mexicana de Ciencias Fisiológicas. Fue el origen de un importante centro de investigación a nivel nacional (CINVESTAV) y ha dado lugar a numerosos grupos y departamentos dentro del Instituto Nacional de Cardiología, como el Departamento de Válvulas en el basamento del edificio principal, el Departamento de Biología Molecular ubicado en el Anexo de Investigación y un laboratorio en la Unidad de Medicina Traslacional. El Departamento de Fisiología ha contribuido de manera importante al desarrollo de la investigación en el Instituto Nacional de Cardiología.

Functional and structural regeneration in the axolotl heart (Ambystoma mexicanum) after partial ventricular amputation / Regeneración funcional y estructural del corazón de axolotl (Ambystoma mexicanum) después de amputación parcial del ventrículo

In the present study we evaluated the effect of partial ventricular amputation (PVA) in the heart of the adult urodele amphibian (Ambystoma mexicanum) in vivo on spontaneous heart contractile activity recorded in vitro in association to the structural recovery at one, five, 30 and 90 days after injury. One day after PVA, ventricular-tension (VT) (16 ± 3%), atrium-tension (AT) (46 ± 4%) and heart rate (HR) (58 ± 10%) resulted lower in comparison to control hearts. On days five, 30 and 90 after damage, values achieved a 61 ± 5, 93 ± 3, and 98 ± 5% (VT), 60 ± 4, 96 ± 3 and 99 ± 5% (AT) and 74 ± 5, 84 ± 10 and 95 ± 10% (HR) of the control values, respectively. Associated to contractile activity recovery we corroborated a gradual tissue restoration by cardiomyocyte proliferation. Our results represent the first quantitative evidence about the recovery of heart contractile activity after PVA in an adult urodele amphibian, indicating that the heart of A. mexicanum restores its functional capacity concomitantly to the structural recovery of the myocardium by proliferation of cardiomyocytes after PVA. These properties make the heart of A. mexicanum a potential model to study the mechanisms underlying heart regeneration in adult vertebrates in vivo.

En el presente estudio evaluamos el efecto de la amputación parcial del ventrículo (APV) del corazón de un anfibio urodelo adulto (Ambystoma mexicanum) in vivo, sobre la actividad contráctil espontánea del corazón registrada in vitro, a diferentes tiempos después de APV, en asociación a su recuperación estructural. Un día después del daño, los valores de tensión ventricular (TV) (16 ± 3%), tensión auricular (TA) (46 + 4%) y frecuencia cardiaca (FC) (58 + 10%), resultaron ser menores respecto al control. En los días cinco, 30 y 90 después del daño, los valores alcanzaron 61 ± 5, 93 ± 3 y 98 ± 5% (TV), 60 ± 4, 96 ± 3 y 99 ± 5% (AT) y 74 ± 5, 84 ± 10 y 95 ± 10% (FC) de los valores control, respectivamente. Además de la recuperación de la actividad contráctil, corroboramos la recuperación estructural y gradual del tejido miocárdico por proliferación de cardiomiocitos. Nuestros resultados representan la primera evidencia cuantitativa de la recuperación de la actividad contráctil del corazón de un anfibio urodelo adulto después de APV; indicando que el corazón de A. mexicanum recupera su capacidad funcional concomitantemente con la recuperación estructural del miocardio por proliferación de cardiomiocitos. El corazón de A. mexicanum es un modelo potencial para el estudio de los mecanismos de la regeneración miocárdica de vertebrados adultos in vivo.

Regeneración miocárdica en Ambystoma mexicanum después de lesión quirúrgica / Myocardial regeneration in Ambystoma mexicanum after surgical injury

Se realizó resección ventricular en el corazón de Ambystoma mexicanum, se evaluó si la restitución del tejido resulta de hipertrofia o de hiperplasia. Por medio de una tinción tricrómica se encontró que 5 días después del daño en el espacio de la resección se encontró un coágulo rodeado de fibras de colágena (83 ± 6%), músculo (10 ± 3%) y zonas sin tejido (7 ± 2%). Una proporción de 50 ± 4 y 90 ± 2% correspondió a tejido muscular 10 y 30 días después de la lesión. La tinción con bis-Benzimida indicó que en la zona lesionada hay proliferación celular. En tanto que la inmunohistoquímica doble para actina sarcomérica a y antígeno nuclear de proliferación celular mostró que el tejido que restituyó el espacio se produjo por proliferación de cardiomiocitos con un valor máximo de 68%, 5 días después de la lesión. Nuestros resultados indican que el miocardio de A. mexicanum recupera su estructura mediante la hiperplasia de cardiomiocitos y sugieren que su capacidad regenerativa es mayor que la informada para mamíferos adultos (1%), y para otros vertebrados no mamíferos (32%). Esto hace de A. mexicanum un modelo idóneo para estudiar los mecanismos reguladores de la regeneración miocárdica per se, en vertebrados adultos in vivo.

Ventricular resection of the heart of Ambystoma mexicanum was performed and the type of tissue that restored the lesion and if it is by hypertrophy or hyperplasia of myocardium, were evaluated. Masson's trichrome stain indicated that 5 days after resection, the gap was occupied with a blood clot surrounded by collagen fibres (83 ± 6%) and muscle (10 ± 3%) and the rest of area (7 ± 2%) free of tissue. A proportion of 50 ± 4 and 90 ± 2% was muscular tissue, 10 and 30 days after injury. The evaluation with bis-Benzimide indicated cell proliferation in the injured area. The double immunohistochemistry for a-sarcomeric actin and proliferating cell nuclear antigen indicated that the tissue that occupied the injury-produced gap was originated by cardiomyocyte proliferation, which presented a maximum of 68%, 5 day after injury. Our results indicate that the myocardium of A. mexicanum recovers its structure through cardiomyocyte hyperplasia and suggest that the myocardial regenerative capacity is higher than the reported for adult mammals (1%) and other non-mammalian vertebrates (32%). This characteristic makes A. mexicanum a suitable model to study the mechanisms that regulate per se, the myocardial regeneration in adult vertebrates in vivo.