Aerobic Swim Training Restores Aortic Endothelial Function by Decreasing Superoxide Levels in Spontaneously Hypertensive Rats

OBJECTIVE: We aimed to determine whether aerobic training decreases superoxide levels, increases nitric oxide levels, and improves endothelium-dependent vasodilation in the aortas of spontaneously hypertensive rats. METHODS: Spontaneously hypertensive rats (SHR) and Wistar Kyoto rats (WKY) were distributed into 2 groups: sedentary (SHRsd and WKYsd, n=10 each) and swimming-trained (SHRtr, n=10 and WKYtr, n=10, respectively). The trained group participated in training sessions 5 days/week for 1 h/day with an additional work load of 4% of the animal’s body weight. After a 10-week sedentary or aerobic training period, the rats were euthanized. The thoracic aortas were removed to evaluate the vasodilator response to acetylcholine (10-10 to 10-4 M) with or without preincubation with L-NG-nitro-L-arginine methyl ester hydrochloride (L-NAME; 10-4 M) in vitro. The aortic tissue was also used to assess the levels of the endothelial nitric oxide synthase and nicotinamide adenine dinucleotide oxidase subunit isoforms 1 and 4 proteins, as well as the superoxide and nitrite contents. Blood pressure was measured using a computerized tail-cuff system. RESULTS: Aerobic training significantly increased the acetylcholine-induced maximum vasodilation observed in the SHRtr group compared with the SHRsd group (85.9±4.3 vs. 71.6±5.2%). Additionally, in the SHRtr group, superoxide levels were significantly decreased, nitric oxide bioavailability was improved, and the levels of the nicotinamide adenine dinucleotide oxidase subunit isoform 4 protein were decreased compared to the SHRsd group. Moreover, after training, the blood pressure of the SHRtr group decreased compared to the SHRsd group. Exercise training had no effect on the blood pressure of the WKYtr group. CONCLUSIONS: In SHR, aerobic swim training decreased vascular superoxide generation by nicotinamide adenine dinucleotide oxidase subunit isoform 4 and increased nitric oxide bioavailability, thereby improving endothelial function.

Dissulfeto isomerase proteica como via integrativa entre estresse oxidativo e resposta a proteínas mal-enoveladas na reparação à lesão vascular / Protein disulfide isomerase as an integrative way between oxidative stress and unfolded protein response during vascular repair to injury

O remodelamento vascular é um determinante fundamental do lúmen em doenças vasculares, porém os mecanismos envolvidos não estão completamente elucidados. Nós investigamos o papel da chaperona redox residente do retículo endoplasmático Dissulfeto Isomerase Proteica (PDI) e sua fração localizada na superfície celular (peri/epicelular=pecPDI) no calibre e arquitetura vascular durante reparação à lesão. Em artérias ilíacas de coelho submetidas à lesão in vivo, houve importante aumento do mRNA e expressão proteica (~25x aumento 14 dias pós-lesão vs. controle) da PDI. O silenciamento da PDI por siRNA (cultura de órgãos) acentuou o estresse do retículo e apoptose, diferentemente da inibição da pecPDI com anticorpo neutralizante (PDI Ab). Bloqueio in vivo da pecPDI por aplicação de gel perivascular contendo PDI Ab no 12° dia após lesão, com análise após 48 h, promoveu ca.25% redução no calibre vascular analisado por arteriografia e diminuição similar na área total do vaso detectada por tomografia de coerência óptica. Neste processo, não ocorreu alteração no tamanho da neoíntima, indicando assim, que PDI Ab acentuou remodelamento constrictivo. Neutralização da pecPDI promoveu importantes alterações na arquitetura da matriz de colágeno e citoesqueleto, resultando em fibras com orientação invertida e desorganizadas. Diminuição na produção de espécies reativas de oxigênio e óxidos de nitrogênio também ocorreu. Análise de propriedades viscoelásticas nas artérias indicou redução na ductilidade vascular, evidenciada pela menor distância para ruptura. As alterações subcelulares no citoesqueleto observadas in vivo após PDI Ab foram recapituladas em um modelo de estiramento cíclico em células musculares lisas vasculares, com importante redução na formação das fibras de estresse. Em modelo de migração randômica de células musculares lisas, a exposição a PDI Ab reduziu a resiliência de regulação da polaridade. Embora a neutralização da pecPDI não tenha afetado a atividade...

Whole-vessel remodeling is a critical lumen caliber determinant in vascular disease, but underlying mechanisms are poorly understood. We investigated the role of endoplasmic reticulum chaperone Protein Disulfide Isomerase(PDI) and cell-surface PDI(peri/epicellular=pecPDI) pool in vascular caliber and architecture during vascular repair after injury(AI). After rabbit iliac artery balloon injury, there was marked increase in PDI mRNA and protein (25-fold vs. basal at day 14AI), with increase in both intracellular and pecPDI. Silencing PDI by siRNA (organ culture) induced ER stress augmentation and apoptosis, contrarily to pecPDI neutralization with PDI-antibody(PDI Ab). PecPDI neutralization in vivo with PDIAb-containing perivascular gel from days 12-14AI promoted ca.25% decrease in vascular caliber at arteriography and similar decreases in total vessel circumference at optical coherence tomography, without changing neointima, indicating increased constrictive remodeling. PecPDI neutralization promoted marked changes in collagen and cytoskeleton architecture, with inverted fiber orientation and disorganization. Decreased ROS and nitrogen oxide production also occurred. Viscoelastic artery properties assessment showed decreased ductility, evidenced by decreased distance to rupture. Subcellular cytoskeletal disruption by PDI Ab was recapitulated in vascular smooth muscle cell stretch model, with marked decrease in stress fiber buildup. Also, PDI Ab incubation promoted decreased regulation resilience of vascular smooth muscle migration properties. While pecPDI neutralization did not affect global RhoA activity, there was altered RhoA redistribution to the cell surface and association with caveolin-containing clusters, which mislocalized after stretch. In human coronary atheromas, PDI expression inversely correlated with constrictive remodeling. Thus, strongly-expressed PDI after injury reshapes matrix and cytoskeleton architecture to support an...

Microscopia de força atômica no estudo da superfície endotelial de bifurcações arteriais cerebrais humanas / Atomic force microscopy in the study of the endothelial surface of the human brain artery bifurcations

Objetivo: Apresentar o estudo morfológico do endotélio vascular de artérias cerebrais humanas e discutir aplicações e limitações da miceoscopia de força atômica (AFM) no estudo de patologia vascular. Material e método: Foram utilizadas amostras do segmento M1 e da bifurcação da artéria cerebral média, com e sem doença aterosclerótica. Imagens topográficas, obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) das amostras fixadas quimicamente e desidratadas mediante ponto crítico foram confrontadas com imagens de amostras não fixadas, obtidas por AFM. Resultados: As células endoteliais nos segmentos retos de M1 e da bifurcação da ACM, sem doença aterosclerótica, são alongadas e alinhadas com eixo axial do vaso, porém poligonais e sem orientação preferencial na bifurcação aterosclerótica.A bifurcação com aterosclerose apresenta uma monocamada endotelial altamente irregular e corrugada que invagina na luz do vaso e mostra características heterogêneas na superfície da membrana. A resolução das imagens de MEV foi superior àquela obtida nas imagens de AFM a baixa magnificação. Nas imagens de AFM, a parte lateral e as uniões celulares são pouco definidas e a varredura em altas magnificações diminui a resolução. Contudo, é possível determinar a topografia tridimensional da superfície celular, podendo-se, ao mesmo tempo, realizar estudos funcionais. Conclusão: Apesar da combinação única de alta resolução de imagem e operação sob condições próximas às fisiológicas, a AFM em amostras flexíveis apresenta resolução que depende do tipo de cantilever e do grau de hidratação da amostra. Por isso, em amostras vasculares as condições fisiológicas terão de ser estritamente reproduzidas...

Exercício físico e disfunção endotelial / Exercise and endothelial dysfunction

A disfunção endotelial apresenta papel de destaque no desenvolvimento e na progressão da aterosclerose por estar diretamente relacionada a alterações na homeostase da parede vascular e no controle da circulação. Estudos clínicos e experimentais têm evidenciado efeitos benéficos do treinamento físico...

Efeitos do treinamento físico aeróbio sobre a bioatividade do óxido nítrico e a vasodilatação aórtica / Effects of aerobic exercise training opon nitric oxide bioactivity and aorta vasodilatation

O treinamento físico aeróbio (TF) é um importante meio para melhorar a função endotelial. Entretanto, como os vasos se adaptam ao TF ainda não está completamente esclarecido. Desta forma, o presente estudo teve por objetivo investigar, em ratos normotensos, os efeitos do TF sobre a via de produção de óxido nítrico (NO) e a defesa antioxidante vascular, e suas conseqüências sobre a resposta vasodilatadora em aorta isolada. Os ratos foram submetidos a um protocolo de TF aeróbio (esteira rolante, ~55%Veloc. Máx; cinco sessões/sem., 60 min/sessão, período de 11 semanas). Após o TF, foi avaliada a função vasomotora “in vitro” pela curva de concentração-efeito à acetilcolina (ACh) e ao nitroprussiato de sódio (NPS), e realizadas medidas bioquímicas na aorta. O programa de TF aumentou significativamente (P < 0,05) em 62% a expressão da enzima óxido nítrico sintase endotelial (eNOS). Entretanto, o TF não modificou significativamente a expressão e atividade da enzima antioxidante superóxido dismutase.Além disso, o TF não modificou o relaxamento individual e a sensibilidade à ACh. Por outro lado, o TF diminuiu significativamente a sensibilidade ao NPS (-8,26 ± 0,081 vs. -7,79 ± 0,099 Log [M], S vs T, respectivamente, P < 0,001). Os resultados apresentados demonstram que o TF aeróbio foi capaz de alterar um dos mecanismos envolvidos na bioatividade do NO, marcadamente o aumento da expressãoda eNOS. Entretanto, esta modificação não levou à melhora da responsividade vasodilatadora aórtica estimulada pela acetilcolina e provocou menor sensibilidade ao NPS.

Aerobic training (AT) is an important way to improve endothelial function. However, it is not completelyunderstood how the blood vessels adapt themselves to the AT. Therefore, the aim of this study was to investigate exercise training-induced adaptations on the nitric oxide (NO) production, antioxidant defense and aorta vasodilatation in normotensive rats. The rats were subjected to an AT protocol (treadmill,~55% Max Veloc., 5 bouts/week, 60 min/bout, 11 wks). After the AT, it was examined in vitro vasomotor function to acetylcholine (ACh) and sodium nitroprusside (SNP), and biochemical analysis in the aorta. Aerobic training significantly increased (P < 0.05) by 62% the expression of the endothelial nitric oxide synthase (eNOS). However, ET did not modify the relaxation response and sensitivity to ACh. In contrast, AT significantly reduced aortic sensitivity to SNP (-8.26 ± 0.081 vs. -7.79 ± 0.099 Log [M], Sed vs. AT,respectively, P < 0.001). These results demonstrate that aerobic AT was able to modify one important mechanism related to the NO bioactivity, which is the increase of eNOS expression. However, this response did not contribute to improve of the aortic vasodilatation response to acetylcholine and decreased the sensitivity to SNP.