Caracterização do modelo de insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada em ratos, induzido por L-NAME e dieta hiperlipídica

Abstract

A insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada (ICFEp) é uma síndrome heterogênea caracterizada, predominantemente, pela presença de comorbidades como obesidade, hipertensão arterial, diabetes mellitus e/ou disfunção renal, associadas à disfunção diastólica do ventrículo esquerdo (VE) e fração de ejeção do VE (FEVE) preservada. A ICFEp corresponde a 50% de todos os casos de insuficiência cardíaca e está associada a altas taxas de mortalidade e morbidade. Até o momento, as terapias baseadas em evidências disponíveis para pacientes com ICFEp ainda são limitadas, em parte devido às limitações de modelos pré-clínicos dessa doença. Assim, os modelos animais de ICFEp, capazes de replicar as características encontradas na clínica, são cruciais para o sucesso do desenvolvimento de novas terapias e para a investigação dos mecanismos fisiopatológicos envolvidos no desenvolvimento e progressão da ICFEp. O modelo animal de ICFEp, induzido em camundongos, pela administração concomitante de dieta hiperlipíca e N?-nitro-L-arginina metil éster (L-NAME), reproduz grande parte das características observadas em indivíduos com ICFEp. No entanto, ainda não há relatos na literatura do modelo de ICFEp, induzido pela combinação de dieta hiperlipídica e L-NAME, em ratos. Assim, a hipótese do presente estudo foi de que a combinação de dieta hiperlipídica + L-NAME será capaz de replicar, em ratos, as principais características fisiopatológicas observadas em pacientes com ICFEp. Desse modo, o objetivo desse estudo foi induzir este modelo de ICFEp, em ratos, pela primeira vez. Foram utilizados ratos Wistar e a indução da ICFEp foi realizada pelo tratamento de dieta hiperlípidica (ração balanceada padrão, amendoim torrado, chocolate ao leite e biscoito de maisena, na proporção de 3:2:2:1) por 5 semanas + LNAME (20mg/kg/dia) por 4 semanas. Ratos controles foram tratados com dieta padrão. A função cardíaca foi avaliada por meio do registro de pressão e volume intraventricular em condições basais e em resposta à dobutamina, um agente inotrópico positivo. Ratos submetidos ao tratamento com L-NAME e dieta hiperlipídica apresentaram aumento da pressão arterial sistólica, da gordura corporal, dos níveis plasmáticos de colesterol e menor tolerância à glicose em relação ao grupo controle. Além disso, observou-se que ratos expostos ao tratamento com L-NAME e dieta hiperlipídica apresentaram FEVE, débito cardíaco, trabalho sistólico, volume sistólico, frequência cardíaca, volume sistólico final, volume diastólico final e valor máximo da primeira derivada da pressão ventricular esquerda (+dp/dt) preservados. Apresentaram, também, menores valores do valor mínimo da primeira derivada da pressão ventricular esquerda (-dp/dt) e maiores valores de tempo de relaxamento isovolumétrico ventricular (TAU), indicando disfunção diastólica do VE. A disfunção diastólica também foi confirmada pela resposta cardíaca à dobutamina. Além disso, o tratamento com L-NAME e dieta hiperlipídica resultou em remodelamento cardíaco adverso, caracterizado por hipertrofia e aumento da fibrose cardíaca, reduziu a tolerância ao exercício e aumentou os níveis cardíacos da enzima óxido nítrico sintase induzível (iNOS). Porém, não houve alteração nos níveis plasmáticos e cardíacos de fator de necrose tumoral a, interleucina 6 e no peso do pulmão dos ratos tratados, o que caracteriza uma possível limitação deste modelo em ratos. Assim, o tratamento com L-NAME e dieta hiperlipídica em ratos replicou, pela primeira vez, grande parte das características observadas em pacientes e camundongos com ICFEp. Desse modo, conclui-se que ratos tratados com L-NAME e dieta hiperlipídica desenvolveram ICFEp. Além disso, este modelo de ICFEp em ratos, considerando suas limitações, poderá ser utilizado em futuros estudos que busquem novas terapias para o tratamento dos indivíduos com ICFEp, bem como, investigar os mecanismos fisiopatológicos envolvidos nessa doença.

Abstract: Heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF) is characterized by multiple comorbidities, including hypertension, obesity, diabetes, and renal dysfunction, associated with left ventricular (LV) diastolic dysfunction, and preserved LV ejection fraction (LVEF). HFpEF corresponds to 50% of all heart failure cases and is associated with high rates of mortality and morbidity. The pathophysiological mechanisms of this disease are not yet fully established due to the limitations of preclinical models of this disease. As a result, no evidence-based clinical therapies are available for HFpEF patients. For this reason, HFpEF animal models are crucial for the successful development of new therapies and for investigating the physiopathological mechanisms involved in the development and progression of this disease. In mice, the ?two-hit? HFpEF model, induced by the combination of a high-fat diet and N?-nitro-Larginine methyl ester (L-NAME), replicates most of the clinical features of HFpEF. However, this model has not been characterized in rats. Thus, the hypothesis of the present study was that the combination of a high-fat diet + L-NAME would replicate, in rats, the main pathophysiological features observed in HFpEF patients. Therefore, the aim of this study was to induce the ?two-hit? HFpEF model in rats for the first time. Hence, Wistar rats were treated with a high-fat diet (standard chow, roasted peanuts, milk chocolate, and cornstarch biscuit in a ratio of 3:2:2:1) for 5 weeks associated with L-NAME (20 mg/kg/day) for 4 weeks. Control rats received standard chow. Cardiac function was assessed by intraventricular pressure and volume recording under baseline conditions and after dobutamine administration, a positive inotropic agent. Rats treated with L-NAME and a high-fat diet showed increased systolic blood pressure, body fat, plasmatic cholesterol levels and lower glucose tolerance when compared to the control group. Additionally, rats exposed to L-NAME and high-fat diet treatment demonstrated preserved LVEF, cardiac output, stroke work, stroke volume, heart rate, end-systolic volume, end-diastolic volume, maximum derivative of left ventricular pressure over time (+dp/dt), and also exhibited decreased minimum derivative of left ventricular pressure over time (-dp/dt) and increased isovolumic relaxation constant (TAU), indicating LV diastolic dysfunction. Diastolic dysfunction was also confirmed by cardiac response to dobutamine. Treatment with L-NAME and a high-fat diet also resulted in adverse cardiac remodeling, characterized by cardiac hypertrophy and fibrosis, reduced exercise tolerance and elevated cardiac levels of inducible nitric oxide synthase (iNOS). However, there were no changes in plasma and cardiac levels of tumor necrosis factor a, interleukin 6 and in the lung weight-to-tibia length ratio. These data indicate that treatment with L-NAME and a high-fat diet in rats replicated, for the first time, most of the features observed in patients and mice with HFpEF. In conclusion, rats treated with L-NAME and high-fat diet developed HFpEF. Furthermore, this HFpEF rat model can be used in future studies, taking into account its limitations, to explore new therapies for the treatment of HFpEF patients, as well as to investigate the physiopathological mechanisms involved in this disease.