Sympatho-Vagal Imbalance is Associated with Sarcopenia in Male Patients with Heart Failure / Desequilíbrio Simpático-Vagal está Associado com Sarcopenia em Pacientes do Sexo Masculino com Insuficiência Cardíaca

Abstract Background: Resting sympathetic hyperactivity and impaired parasympathetic reactivation after exercise have been described in patients with heart failure (HF). However, the association of these autonomic changes in patients with HF and sarcopenia is unknown. Objective: The aim of this study was to evaluate the impact of autonomic modulation on sarcopenia in male patients with HF. Methods: We enrolled 116 male patients with HF and left ventricular ejection fraction < 40%. All patients underwent a maximal cardiopulmonary exercise testing. Maximal heart rate was recorded and delta heart rate recovery (∆HRR) was assessed at 1st and 2nd minutes after exercise. Muscle sympathetic nerve activity (MSNA) was recorded by microneurography. Dual-energy X-ray absorptiometry was used to measure body composition and sarcopenia was defined by the sum of appendicular lean muscle mass (ALM) divided by height in meters squared and handgrip strength. Results: Sarcopenia was identified in 33 patients (28%). Patients with sarcopenia had higher MSNA than those without (47 [41-52] vs. 40 [34-48] bursts/min, p = 0.028). Sarcopenic patients showed lower ∆HRR at 1st (15 [10-21] vs. 22 [16-30] beats/min, p < 0.001) and 2nd min (25 [19-39] vs. 35 [24-48] beats/min, p = 0.017) than non-sarcopenic. There was a positive correlation between ALM and ∆HRR at 1st (r = 0.26, p = 0.008) and 2nd min (r = 0.25, p = 0.012). We observed a negative correlation between ALM and MSNA (r = -0.29, p = 0.003). Conclusion: Sympatho-vagal imbalance seems to be associated with sarcopenia in male patients with HF. These results highlight the importance of a therapeutic approach in patients with muscle wasting and increased peripheral sympathetic outflow.

Resumo Fundamento: Hiperatividade simpática de repouso e uma reativação parassimpática diminuída pós-exercício têm sido descritas em pacientes com insuficiência cardíaca (IC). No entanto, a associação dessas alterações autonômicas em pacientes com IC sarcopênicos ainda não são conhecidas. Objetivo: O objetivo deste estudo foi avaliar o impacto da modulação autonômica sobre sarcopenia em pacientes com IC do sexo masculino. Métodos: Foram estudados 116 pacientes com IC e fração de ejeção ventricular esquerda inferior a 40%. Todos os pacientes foram submetidos ao teste de exercício cardiopulmonar máximo. A frequência cardíaca máxima foi registrada, e o delta de recuperação da frequência cardíaca (∆RFC) foi avaliado no primeiro e no segundo minuto após o exercício. A atividade nervosa simpática muscular (ANSM) foi registrada por microneurografia. A Absorciometria Radiológica de Dupla Energia foi usada para medir composição cpororal, e a sarcopenia definida como a soma da massa muscular apendicular (MMA) dividida pela altura em metros ao quadrado e força da mão. Resultados: A sarcopenia foi identificada em 33 pacientes (28%). Os pacientes com sarcopenia apresentaram maior ANSM que aqueles sem sarcopenia - 47 (41-52) vs. 40 (34-48) impulsos (bursts)/min, p = 0,028). Pacientes sarcopênicos apresentaram ∆RFC mais baixo no primeiro [15 (10-21) vs. 22 (16-30) batimentos/min, p < 0,001) e no segundo [25 (19-39) vs. 35 (24-48) batimentos/min, p = 0,017) minuto que pacientes não sarcopênicos. Observou-se uma correlação positiva entre a MMA e a ANSM (r = -0,29; p = 0,003). Conclusão: Um desequilíbrio simpático-vagal parece estar associado com sarcopenia em pacientes com IC do sexo masculino. Esses resultados destacam a importância de uma abordagem terapêutica em pacientes com perda muscular e fluxo simpático periférico aumentado.

Carotid body Thermoreceptors, sympathetic neural activation, and cardiometabolic disease

The carotid body (CB) is the main peripheral chemoreceptor that senses the arterial PO2, PCO2 and pH. In response to hypoxemia, hypercapnia and acidosis, carotid chemosensory discharge elicits reflex respiratory, autonomic and cardiovascular adjustments. The classical construct considers the CB as the main peripheral oxygen sensor, triggering reflex physiological responses to acute hypoxemia and facilitating the ventilatory acclimation to chronic hypoxemia at high altitude. However, a growing body of experimental evidence supports the novel concept that an abnormally enhanced CB chemosensory input to the brainstem contributes to overactivation of the sympathetic nervous system, and consequent pathology. Indeed, the CB has been implicated in several diseases associated with increases in central sympathetic outflow. These include hypertension, heart failure, sleep apnea, chronic obstructive pulmonary disease and metabolic syndrome. Indeed, ablation of the CB has been proposed for the treatment of severe and resistant hypertension in humans. In this review, we will analyze and discuss new evidence supporting an important role for the CB chemoreceptor in the progression of autonomic and cardiorespiratory alterations induced by heart failure, obstructive sleep apnea, chronic obstructive pulmonary disease and metabolic syndrome.

Spectral Analysis Related to Bare-Metal and Drug-Eluting Coronary Stent Implantation / Análise Espectral Relacionada ao Implante de Stent Coronariano Convencional e Farmacológico

Background: The autonomic nervous system plays a central role in cardiovascular regulation; sympathetic activation occurs during myocardial ischemia. Objective: To assess the spectral analysis of heart rate variability during stent implantation, comparing the types of stent. Methods: This study assessed 61 patients (mean age, 64.0 years; 35 men) with ischemic heart disease and indication for stenting. Stent implantation was performed under Holter monitoring to record the spectral analysis of heart rate variability (Fourier transform), measuring the low-frequency (LF) and high-frequency (HF) components, and the LF/HF ratio before and during the procedure. Results: Bare-metal stent was implanted in 34 patients, while the others received drug-eluting stents. The right coronary artery was approached in 21 patients, the left anterior descending, in 28, and the circumflex, in 9. As compared with the pre-stenting period, all patients showed an increase in LF and HF during stent implantation (658 versus 185 ms2, p = 0.00; 322 versus 121, p = 0.00, respectively), with no change in LF/HF. During stent implantation, LF was 864 ms2 in patients with bare-metal stents, and 398 ms2 in those with drug-eluting stents (p = 0.00). The spectral analysis of heart rate variability showed no association with diabetes mellitus, family history, clinical presentation, beta-blockers, age, and vessel or its segment. Conclusions: Stent implantation resulted in concomitant sympathetic and vagal activations. Diabetes mellitus, use of beta-blockers, and the vessel approached showed no influence on the spectral analysis of heart rate variability. Sympathetic activation was lower during the implantation of drug-eluting stents. .

Fundamento: O sistema nervoso autônomo tem papel central na regulação cardiovascular, ocorrendo uma ativação simpática durante a isquemia miocárdica. Objetivo: Avaliar a análise espectral da frequência cardíaca (AE) durante o implante de stent, comparando os tipos de stent. Métodos: Foram estudados 61 pacientes (idade média de 64 anos), 35 homens, com cardiopatia isquêmica e indicação de implante de stent. O implante foi feito sob monitoramento pelo Holter para o registro da AE (transformação de Fourier), com medidas dos componentes LF (baixa frequência), HF (alta frequência) e relação LF/HF, antes e durante o procedimento. Resultados: Implante de stent convencional feito em 34 pacientes; nos demais, farmacológico. A coronária abordada foi a direita em 21 pacientes, a descendente anterior em 28, a circunflexa em nove. Houve aumento do LF e do HF durante o implante em todos os pacientes, comparando-se com o período antes do implante (658 versus 185 ms2, p = 0,00, para LF; 322 versus 121 ms2, p = 0,00, para HF, respectivamente), sem alteração da LF/HF. LF durante o implante foi de 864 ms2 nos pacientes com stent convencional e de 398 com farmacológico (p = 0,00). Não houve associação entre a AE e a presença de diabetes, história familiar, apresentação clínica, uso de betabloqueador (BB), idade, vaso ou seu segmento. Conclusões: O implante de stent resultou em ativação simpática e concomitante ativação vagal. Não houve influência do quadro de diabetes, uso de BB e vaso sobre a AE. Houve menor ativação simpática durante o implante de stent farmacológico. .

O papel do sistema nervoso simpático na insuficiência cardíaca / The role of the sympathetic nervous system in heart failure

Característica das mais proeminentes na insuficiência cardíaca, cursando com dis- função ventricular esquerda sistólica, é a hiperatividade cardiovascular autonômica simpática. lnicialmente interpretada como constituindo mecanismo compensatório capaz de prover suporte ao coração com deficiência contrátil, a hiperestimulação simpática cardiovascular prolongada é, na verdade, responsável por instalação de círculo vicioso profundamente deletério, contribuindo para agravar a disfunção ventricular, e acarretando graves desdobramentos sobre a morbimortalidade de pacientes com insuficiência cardíaca. Neste artigo, faz-se breve retrospectiva sobre como as pesquisas primordiais visando a comprovar disautonomia em bases funcionais na doença de Chagas precederam a descrição do comprometimento do sistema nervoso autônomo em pacientes com cardiopatias de outras etiologias. São revistos ainda os diversos métodos de detecção da hiperatividade do sistema simpático, desde a análise das concentrações sanguíneas de catecolaminas, do spill-overdessas substâncias no seio coronário, passando pela avaliação das respostas cronotrópicas reflexas a estímulos como o "tilt test" e o esforço físico dinâmico intenso e gradativo, as técnicas de registro invasivo rnicroneurográfico, o imageamento dos terminais nervosos simpáticos em nível miocárdico com técnicas de medicina nuclear, e a análise de variabilidade da frequência cardíaca durante registros Holter eletrocardiogrãficos de 24 horas. Diversos mecanismos e vias aferentes e eferentes participam da hiperatividade do sistema simpático em pacientes com insuficiência cardíaca. O aumento de descargas dos nervos simpáticos eferentes, incluindo a intensificação da liberação de catecolaminas pelas medulares adrenais, tem componentes no próprio sistema nervoso central. Há também perda do efeito inibidor dos receptores adrenérgicos alfa-2 e disfunção dos receptores p-adrenérgicos cardíacos. Ao nível molecular...

A most peculiar characteristic of left ventricular systolic dysfunction cornpli- cated by heart failure is the overactivity of the sympathetic autonomic nervous system. This was initially interpreted as a compensatory mechanism providing support to the failing left ventricle. However, the prolonged sympathetic hyperactivity leads in fact to a vicious cycle that aggravates the left ventricular systolic performance and has serious consequences in terms of morbidity and mortality for patients with heart failure. In this article we briefly review how investigation aiming to establish the functional autonomic impairment in Chagas disease preceded the finding of circulatory dysautonomia in patients with heart failure of other etiologies. We also describe the various methods to assess the sympathetic nervous system in patients, by measuring the blood levels of cathecolamines and their cardiac spill-over in the corona.ry si nus, evaluating baroreflex sensitivity with head-up tilt test and graded strenuous dynamic exerci se, recording microneural peripheral sympathetic potentials, directly imaging the myocardial sympathetic terminais with l23-meta-iodobenzyl-guanidine and measuring several indices of heart rate variability after 24 hour Holter electrocardiographic monitoring. Several derangements have been reported involving afferent and efferent sympathetic pathways that lead to adrenergic overactivity in heart failure. There is an overall ...

Tratamento farmacológico e intervencionista do sistema nervoso simpático / Pharmacological and interventional treatment of sympathetic system

o sistema nervoso autônomo contribui diretamente para uma série de atividades biológicas e está envolvido em inúmeras doenças. A hiperatividade simpática é um dos vários mecanismos envolvidos na patogênese da hipertensão arterial sistêmica (HAS) primária. A transmissão da informação nervosa através de sinapses é mediada por agentes químicos específicos conhecidos como neurotransmissores, representados pela acetilcolina e pelas catecolaminas. O bloqueio dos receptores pré e pós-sinapse permite que a ação de fárrnacos alcance sua plenitude no controle dos portadores de hiperati vidade simpática. Um percentual significativo de hipertensos são resistentes ao tratamento farrnacológico. A denervação simpática renal surgiu como estratégia terapêutica adjunta no controle de hipertensos resistentes ao tratamento clínico. Nos últimos cinco anos, diversos estudos demonstraram resultados consistentes na redução da pressão arterial. Diversas outras condições clínicas associam-se à hiperatividade do sistema adrenérgico, tais como a insuficiência cardíaca, o diabetes mellitus, a doença renal crônica, a síndrome da apneia e hipopneia obstrutiva do sono e as arritmias cardíacas. Nestes contextos, a redução da atividade simpática renal também mostrou-se ser benéfica em estudos clínicos iniciais. Uma variedade de dispositivos dedicados foram e estão sendo desenvolvidos com o objetivo de ampliar a segurança e a eficácia do método, além de facilitar o procedimento. Estudos multicêntricos, prospectivos, randomizados e controlados em andamento investigam desfechos como mortalidade cardiovascular, infarto agudo do miocárdio e acidente vascular cerebral em longo prazo.

The autonomic nervous system contributes directly to a number of biological activities and is involved in numerous diseases. Sympathetic hyperactivity is one of several mechanisms involved in the pathogenesis of primary hypertension. The transmission through the nerve synapses is mediated by specific chemical agents known as neurotransmitters represented by the acetylcholine and catecholarnine. Blockade of specific pre-and post-synapse receptors allows the treatment of patients with sympathetic hyperactivity. A large proportion of hypertensive patients are resistant to pharmacological treatment. Renal sympathetic denervation emerged as adjunctive therapeutic strategy in controlling hypertension resistant to medical treatrnent. ln the last five years, several studies have shown consistent results in lowering blood pressure. Several other clinica! conditions are associated with hyperactivity of the adrenergic system such as heart failure, diabetes mellitus, chronic kidney disease, obstructive sleep apnea, polycystic ovary syndrome and cardiac arrhythrnias. ln these contexts, the reduction in renal sympathetic activity also proved to be beneficial in initial clinical studies. A substantial variety of dedicated devices have been developed in order to reduce variability between operators, reduce renal artery manipulation, improve vessel contact, reduce radiation exposure and procedure time, and therefore improving safety and efficacy. Mu!ticenter, prospective, randomized, controlled trials are ongoing to investigate long term outcomes such as cardiovascular mortality, acute myocardial infarction and stroke.

Impact of CPAP on physical exercise tolerance and sympathetic-vagal balance in patients with chronic heart failure / Impacto da CPAP sobre a tolerância ao exercício físico e a modulação simpatovagal de pacientes com insuficiência cardíaca crônica

Background: Chronic heart failure (CHF) leads to exercise intolerance. However, non-invasive ventilation is able to improve functional capacity of patients with CHF. Objectives: The aim of this study was to evaluate the effectiveness of continuous positive airway pressure (CPAP) on physical exercise tolerance and heart rate variability (HRV) in patients with CHF. Method : Seven men with CHF (62±8 years) and left ventricle ejection fraction of 41±8% were submitted to an incremental symptom-limited exercise test (IT) on the cicloergometer. On separate days, patients were randomized to perform four constant work rate exercise tests to maximal tolerance with and without CPAP (5 cmH2O) in the following conditions: i) at 50% of peak work rate of IT; and ii) at 75% of peak work rate of IT. At rest and during these conditions, instantaneous heart rate (HR) was recorded using a cardiofrequencimeter and HRV was analyzed in time domain (SDNN and RMSSD indexes). For statistical procedures, Wilcoxon test or Kruskall-Wallis test with Dunn's post-hoc were used accordingly. In addition, categorical variables were analysed through Fischer's test (p<0.05). Results: There were significant improvements in exercise tolerance at 75% of peak work rate of IT with CPAP (405±52 vs. 438±58 s). RMSSD indexes were lower during exercise tests compared to CPAP at rest and with 50% of peak work rate of IT. Conclusion: These data suggest that CPAP appears to be a useful strategy to improve functional capacity in patients with CHF. However, the positive impact of CPAP did not generate significant changes in the HRV during physical exercises. .

Contextualização: A insuficiência cardíaca (IC) crônica cursa com intolerância ao exercício físico. A ventilação não invasiva (VNI) tem se mostrado benéfica para a melhora da performance desses pacientes. Objetivos: Avaliar a eficiência da pressão positiva contínua nas vias aéreas (CPAP) sobre a tolerância ao exercício físico e a variabilidade da frequência cardíaca (VFC) de pacientes com IC crônica. Método: Sete homens com IC crônica (62±8 anos) e fração de ejeção do ventrículo esquerdo de 41±8% foram submetidos ao teste incremental (TI) sintoma-limitado em cicloergômetro. Posteriormente, foram aleatorizados para a realização de exercícios físicos de carga constante até a tolerância máxima com e sem CPAP (5 cmH2O) nas condições: i) 50% da carga pico do TI e ii) 75% da carga pico do TI. Em repouso e durante os testes, a frequência cardíaca (FC) instantânea foi obtida pelo cardiofrequencímetro, e a VFC foi analisada no domínio do tempo. A análise estatística foi realizada pelos testes de Wilcoxon ou Kruskall-Wallis com post-hoc de Dunn e as variáveis categóricas, pelo teste de Fischer (p<0,05). Resultados: Durante a CPAP, houve aumento significativo no tempo de exercício físico (405±52 vs. 438±58 s) e da FC pico (97±3 vs. 105±2 bpm) somente na intensidade de 75%. Em relação à VFC, observou-se que o RMSSD foi significativamente menor em exercício físico quando comparado ao repouso com CPAP na intensidade 50%. Conclusão: Em conclusão, a CPAP com 5 cmH20 mostrou-se um útil na melhora da capacidade funcional dos pacientes estudados com pouco impacto sobre a VFC. .

Acción novedosa de la aldosterona en la nefrotoxicidad por ciclosporina / Novel action of aldosterone in CsA nephrotoxicity

Calcineurin inhibitors are helpful ímmunosuppressíve agents in clinical practice. Thanks to their lower cost respect with new ímmunosuppressíve therapy, calcineurin inhibitors in our country continue being the most used treatment in solid organ transplant recipients or patients with autoimmune disease. In the 80's decade cyclosporine A (CsA) was introduced as the first calcineurin inhibitor transforming the immunosuppression therapy. Up to date, many articles evaluating beneficial and adverse effects of CsA have been published. In this review, basic aspects and actions of CsA are analyzed together with studies from our laboratory that pointed out the pathophysiological role of aldosterone as a mediator of functional and structural changes that are observed in CsA nephrotoxicity. Based in our findings, we proposed that in CsA nephrotoxicity, the aldosterone mediates renal vasoconstriction and enhances TGFJ3 expression promoting the development of nefrotoxicity. Finally, results from our laboratory and others allow us to suggest that aldosterone receptors blockade with spironolactone or eplerone could be a pharmacological therapy to reduce or prevent acute and chronic CsA nephrotoxicity in transplant recipients.

Los inhibidores de calcineurina son los agentes inmunosupresores más potentes con los que se cuenta en la práctica clínica, y gracias a su bajo costo respecto a las nuevas terapias inmunosupresoras, en nuestro país continúan siendo los agentes terapéuticos más utilizados para el manejo de pacientes con enfermedades autoinmunes o que reciben trasplantes. En la década de los 80's se introdujo la ciclosporina A (CsA) como primer inhibidor de calcineurina, lo cual revolucionó la terapia inmunosupresora. Desde entonces se han publicado muy variados artículos donde se han evaluado los efectos benéficos y deletéreos de estos inhibidores; específicamente nos enfocaremos a revisar las acciones de CsA y, en particular, los resultados de nuestro laboratorio que muestran el papel fisiopatológico que juega la aldosterona como mediador de los cambios funcionales y estructurales que se observan en la nefrotoxicidad por ciclosporina. Específicamente su participación en promover la vasoconstricción renal asociada a CsA y en el desarrollo de fibrosis al inducir la expresión de TGFβ. Por lo tanto, nuestros resultados y los de otros autores nos permiten proponer el bloqueo de los receptores de aldosterona con espironolactona o eplerone como un tratamiento farmacológico útil para reducir la incidencia de nefrotoxicidad aguda y crónica, inducida por CsA en pacientes con enfermedades autoinmunes o que reciben trasplante de órganos.

Evaluación de la inervación simpática del sistema venoso de miembros inferiores en chagásicos crónicos con un modelo de pletismografía hidraúlica / Sympathetic innervation evaluation of lower extremities' nervous system at chagasics chronic with a hydraulic plethysmography pattern

Los desórdenes del Sistema Nervioso Autónomo (SNA) en el período crónico de la Enfermedad de Chagas, producen alteraciones involucradas en la etiopatogenia de la misma. El objetivo de nuestro trabajo fue estudiar la distensiblidad venosa en miembros inferiores en pacientes chagásicos crónicos con un modelo original de pletismografía hidraúlica, para comprobar si esta contribuye al éstasis sanguíneo, uno de los factores determinantes en la formación del trombo. Se incluyeron 44 pacientes chagásicos crónicos, de ambos sexos, separados en dos grupos: a) clase funcional I, y b) clase funcional II, de la miocardiopatía chagásica crónica (Storino y cols., 1985), tomando como grupo de control a 22 voluntarios sanos, de ambos sexos. Fueron criterios de exclusión: a) Presencia de insuficiencia venosa profunda; b) Presencia de várices; c) Trombosis venosa profunda; d) Pacientes con insuficiencia cardíaca; e) Toma de drogas con efecto sobre el SNA; f) Presencia de enfermedades denervatorias. Se diseñó un modelo de pletismografía hidraúlica para los cambios de volumen en el miembro inferior provocados por la compresión y descompresión del muslo, presumiéndose, como hipótesis, que el aumento de volumen es directamente proporcional a la distensibilidad venosa. El estudio se realizó en dos fases. En la primera: fase de compresión, se midió el aumento de volumen; en la segunda, denominada de descompresión, se midió la reducción del mismo. Los valores obtenidos, expresados en mililitros, se compararon con los valores de los pacientes controles. Para el análisis estadístico, se utilizó el test "t" de Student para muestras no pareadas. No se observaron diferencias significativas entre los grupos estudiados con el método empleado. La denervación simpática, si existe, no contribuye en forma significativa a producir alteraciones de la distensibilidad venosa en los miembros inferiores de los pacientes chagásicos crónicos.

Baroreflex control of sympathetic activity in experimental hypertension

The arterial baroreceptor reflex system is one of the most powerful and rapidly acting mechanisms for controlling arterial pressure. The purpose of the present review is to discuss data relating sympathetic activity to the baroreflex control of arterial pressure in two different experimental models: neurogenic hypertension by sinoaortic denervation (SAD) and high-renin hypertension by total aortic ligation between the renal arteries in the rat. SAD depresses baroreflex regulation of renal sympathetic activity in both the acute and chronic phases. However, increased sympathetic activity (100 percent) was found only in the acute phase of sinoaortic denervation. In the chronic phase of SAD average discharge normalized but the pattern of discharges was different from that found in controls. High-renin hypertensive rats showed overactivity of the renin angiotensin system and a great depression of the baroreflexes, comparable to the depression observed in chronic sinoaortic denervated rats. However, there were no differences in the average tonic sympathetic activity or changes in the pattern of discharges in high-renin rats. We suggest that the difference in the pattern of discharges may contribute to the increase in arterial pressure lability observed in chronic sinoaortic denervated rats.

Expression of Fos protein in the rat central nervous system in response to noxious stimulation: effects of chronic inflammation of the superior cervical ganglion

The aim of this study was to investigate the possible interactions between the nociceptive system, the sympathetic system and the inflammatory process. Thus, the superior cervical ganglion of rats was submitted to chronic inflammation and Fos expression was used as a marker for neuronal activity throughout central neurons following painful peripheral stimulation. The painful stimulus consisted of subcutaneously injected formalin applied to the supra-ocular region. Fos-positive neurons were identified by conventional immunohistochemical techniques, and analyzed from the obex through the cervical levels of the spinal cord. In the caudal sub-nucleus of the spinal trigeminal nuclear complex, the number of Fos-positive neurons was much higher in rats with inflammation of the superior cervical ganglion than in control rats, either sham-operated or with saline applied to the ganglion. There was a highly significant difference in the density of Fos-positive neurons between the inflamed and control groups. No significant difference was found between control groups. These results suggest that the inflammation of the superior cervical ganglion generated an increased responsiveness to painful stimuli, which may have been due to a diminished sympathetic influence upon the sensory peripheral innervation