Muscle blood flow in heart failure : interaction between central and local factors

A intolerância ao exercício é uma característica marcante da insuficiência cardíaca. Diversos mecanismos, como anormalidades no metabolismo muscular, no consumo de oxigênio do músculo e principalmente no fluxo sangüíneo muscular, têm sido documentados em pacientes com insuficiência cardíaca. Contudo, a relação entre a tolerância ao exercício e perfusão muscular no exercício é ainda controversa neste estado. Diversos mecanismos têm sido propostos na participação da regulação da hiperemia relacionada ao exercício, incluindo os mecanismos neural, endotelial e a bomba muscular. O propósito desta revisão é apresentar as evidências experimentais e clínicas com relação ao controle da perfusão muscular no exercício na insuficiência cardíaca. Existe um consenso geral de que a insuficiência cardíaca crônica esteja associada à vasoconstrição periférica e à marcante elevação da atividade do sistema nervoso autônomo simpático. Evidências recentes sugerem, ainda, que a modulação inadequada da atividade vasoconstritora simpática, a disfunção endotelial e os mecanismos anormais de controle da bomba muscular podem ser responsáveis pela resposta vasodilatadora inadequada ao exercício nesses pacientes. Contudo, a interação entre os mecanismos de controle do fluxo sangüíneo muscular no exercício e, sobretudo, como esses mecanismos afetam a tolerância ao exercício na insuficiência cardíaca ainda precisam ser melhor investigados.Exercise intolerance is a hallmark of heart failure. Several mechanisms, such as abnormalities in muscle metabolism, muscle oxygen uptake and especially muscle blood flow have been documented in patients with heart failure. However, the relation between exercise tolerance and muscle perfusion during exercise is still controversial in this state. Several mechanisms have been proposed to be involved in the regulation of exercise hyperemia, including neural, endothelial and muscle pump mechanisms. The purpose of this review is to present experimental and clinical evidence regarding muscle perfusion control during exercise in heart failure. There is a general consensus that chronic heart failure is associated with peripheral vasoconstriction and marked elevation in sympathetic nervous system activity. Recent evidence also suggests that impaired modulation of sympathetic vasoconstriction, endothelial dysfunction and abnormal muscle pump mechanisms may be responsible for the blunted vasodilator responses to exercise in these patients. However, the interactions between muscle blood flow control mechanisms during exercise and especially how these factors affect exercise tolerance still need to be investigated in heart failure

Interferential electrical stimulation improves peripheral vasodilatation in healthy individuals

BACKGROUND:Interferential electrical stimulation (IES), which may be linked to greater penetration of deep tissue, may restore blood flow by sympathetic nervous modulation; however, studies have found no association between the frequency and duration of the application and blood flow. We hypothesized that 30 min of IES applied to the ganglion stellate region might improve blood flow redistribution.OBJECTIVES:The purpose of this study was to determine the effect of IES on metaboreflex activation in healthy individuals.METHOD:Interferential electrical stimulation or a placebo stimulus (same protocol without electrical output) was applied to the stellate ganglion region in eleven healthy subjects (age 25±1.3 years) prior to exercise. Mean blood pressure (MBP), heart rate (HR), calf blood flow (CBF) and calf vascular resistance (CVR) were measured throughout exercise protocols (submaximal static handgrip exercise) and with recovery periods with or without postexercise circulatory occlusion (PECO+ and PECO -, respectively). Muscle metaboreflex control of calf vascular resistance was estimated by subtracting the area under the curve when circulation was occluded from the area under the curve from the AUC without circulatory occlusion.RESULTS:At peak exercise, increases in mean blood pressure were attenuated by IES (p<0.05), and the effect persisted under both the PECO+ and PECO- treatments. IES promoted higher CBF and lower CVR during exercise and recovery. Likewise, IES induced a reduction in the estimated muscle metaboreflex control (placebo, 21±5 units vs. IES, 6±3, p<0.01).CONCLUSION:Acute application of IES prior to exercise attenuates the increase in blood pressure and vasoconstriction during exercise and metaboreflex activation in healthy subjects.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)FIPE-HCPA, Porto Alegre, BrazilUniversidade Federal de São Paulo (UNIFESP) Cardiovascular Surgery DepartmentHospital de Clinicas de Porto AlegreUniversidade de Brasilia Physical Therapy DepartmentUNIFESP, Cardiovascular Surgery DepartmentSciEL

Oxidative damage induced by cigarette smoke exposure in mice : impact on lung tissue and diaphragm muscle

Objetivo: Avaliar o dano oxidativo (oxidação lipídica, oxidação proteica, thiobarbituric acid-reactive substances [TBARS, substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico], e carbonilação) e inflamação (expressão de phosphorylated AMP-activated protein kinase e de phosphorylated mammalian target of rapamycin (p-AMPK e p-mTOR, respectivamente) em tecido pulmonar e músculos do diafragma em camundongos C57BL/6 machos expostos à fumaça de cigarro (FC) por 7, 15, 30, 45 ou 60 dias. Métodos: Trinta e seis camundongos machos da espécie C57BL/6 foram divididos em seis grupos (n = 6/grupo): grupo controle e 5 grupos expostos a FC por 7, 15, 30, 45 e 60 dias, respectivamente. Resultados: Comparados aos camundongos controle, os camundongos expostos à FC apresentaram menor peso corporal em 30 dias. Nos camundongos expostos à FC (comparados aos controle) as maiores diferenças (aumentos) nos níveis de TBARS foram observados no dia 7 no músculo diafragma, comparado ao dia 45 em tecido pulmonar; as maiores diferenças (aumentos) nos níveis de carbonilas foram observados no dia 7 em ambos os tipos de tecido; e os níveis de sulfidrilas foram menores, nos dois tipos de tecidos, em todos os tempos. No tecido pulmonar e no músculo diafragma, a expressão de p-AMPK exibiu um comportamento semelhante ao dos níveis de TBARS. A expressão de p-mTOR foi maior que o valor controle nos dias 7 e 15 no tecido pulmonar, assim como no dia 45 no músculo diafragma. Conclusões: Nossos dados demonstram que a exposição à FC produz dano oxidativo tanto no tecido pulmonar quanto (primariamente) no tecido muscular, tendo um efeito adicional no músculo respiratório, como é frequentemente observado em fumantes com DPOC.Objective: To evaluate oxidative damage (lipid oxidation, protein oxidation, thiobarbituric acid-reactive substances [TBARS], and carbonylation) and inflammation (expression of phosphorylated AMP-activated protein kinase and mammalian target of rapamycin [p-AMPK and p-mTOR, respectively]) in the lung parenchyma and diaphragm muscles of male C57BL-6 mice exposed to cigarette smoke (CS) for 7, 15, 30, 45, or 60 days. Methods: Thirty-six male C57BL-6 mice were divided into six groups (n = 6/group): a control group; and five groups exposed to CS for 7, 15, 30, 45, and 60 days, respectively. Results: Compared with control mice, CS-exposed mice presented lower body weights at 30 days. In CS-exposed mice (compared with control mice), the greatest differences (increases) in TBARS levels were observed on day 7 in diaphragm-muscle, compared with day 45 in lung tissue; the greatest differences (increases) in carbonyl levels were observed on day 7 in both tissue types; and sulfhydryl levels were lower, in both tissue types, at all time points. In lung tissue and diaphragm muscle, p-AMPK expression exhibited behavior similar to that of TBARS. Expression of p-mTOR was higher than the control value on days 7 and 15 in lung tissue, as it was on day 45 in diaphragm muscle. Conclusion: Our data demonstrate that CS exposure produces oxidative damage, not only in lung tissue but also (primarily) in muscle tissue, having an additional effect on respiratory muscle, as is frequently observed in smokers with COPD

Efeitos do treinamento muscular inspiratório em pacientes com insuficiência cardíaca : impacto na capacidade funcional, na oscilação da ventilação, e na qualidade de vida

Introdução: Pacientes com insuficiência cardíaca (IC) apresentam redução de força e resistência dos músculos inspiratórios. Objetivo: Avaliar os efeitos do treinamento muscular inspiratório sobre a capacidade funcional, oscilação da ventilação, e sobre a qualidade de vida na IC. Pacientes e Métodos: Foram selecionados 33 pacientes com IC, que apresentavam fraqueza da musculatura inspiratória. Os pacientes foram randomizados para participarem de um programa de treinamento muscular inspiratório (TMI) de 12 semanas, 7 sessões por semana de trinta minutos por sessão, com incremento semanal de 30% PImáx, com Threshold Inspiratory Muscle Trainer (grupo TMI, n=17) e um grupo controle (n=16), que realizaram o mesmo programa de treinamento, porém sem carga resistiva. Antes e após o TMI, foram avaliadas a força e a resistência da musculatura inspiratória, a capacidade funcional, a oscilação da ventilação durante o teste cardiopulmonar (TCP), e a qualidade de vida. Resultados: No grupo TMI houve aumento da PImáx (60,9±1,8 vs 129,6±2,8 cmH2O, ANOVA: p<0,001); da resistência, de 56,9±3 % para 65,5±2,9 %, (ANOVA: p<0,001); da distância percorrida no teste de caminhada, de 449,1±17,4 m para 550±17,2 m, (ANOVA: p<0,001) e no consumo de oxigênio no pico de exercício, de 17,2±0,5 para 20,6±0,7 ml/kg.min, (ANOVA: p<0,001). A oscilação da ventilação foi reduzida de 0,07±0,005 para 0,03±0,006 (ANOVA: p<0,001). Houve também melhora na qualidade de vida. Não houve alteração no grupo controle. Conclusão: O treinamento muscular inspiratório tem impacto sobre a musculatura ventilatória, melhorando a capacidade funcional em pacientes com insuficiência cardíaca

Ativação dos músculos inspiratórios durante e após exercício : efeito metabólico e na redistribuição do fluxo sangüíneo

Introdução: Em indivíduos saudáveis, a ativação dos músculos inspiratórios pode reduzir fluxo sangüíneo periférico mediado pela ação do metaboreflexo muscular inspiratório. Objetivos: Testar a hipótese de que ativação dos músculos inspiratórios durante a recuperação do exercício máximo contribuiria para clearance, além de conduzir redução dos níveis de lactato em indivíduos saudáveis. Avaliar o efeito da ativação dos músculos inspiratórios sobre a resposta do fluxo sangüíneo nos membros em repouso e em exercício em pacientes com insuficiência cardíaca e fraqueza muscular inspiratória (IC) comparado com indivíduos saudáveis e se o treinamento muscular inspiratório é capaz de atenuar esta resposta. Métodos: Doze indivíduos saudáveis realizaram dois testes cardiopulmonares máximos seguidos de 20 min de recuperação com e sem carga inspiratória para avaliação dos níveis de lactato. Em 18 pacientes com IC e 10 individuos saudáveis, a fadiga dos músculos inspiratórios foi induzida pela adição de carga inspiratória de 60% da pressão inspiratória máxima, enquanto que o fluxo de sangue da panturrilha em repouso (FSP) e antebraço em exercício (FSA) foram medidos através de pletismografia. Para os pacientes com IC, foram realizadas também medidas após 4 semanas de treinamento muscular inspiratório. Resultados: A ativação dos músculos inspiratórios reduziu o nível de lactato de recuperação em comparação à situação sem resistência inspiratória. Com fadiga muscular inspiratória, os pacientes com IC apresentaram maior redução do FSP (55 ± 12 % vs. 14 ± 5%, p < 0,01) e atenuação do aumento do FSA em exercício (6,9 ± 2,0 vs. 11,2 ± 1,1 ml/min.100ml; p = 0.01) quando comparado aos indivíduos saudáveis. Após 4 semanas de treinamento muscularinspiratório, os pacientes com IC melhoraram o FSP (1,19 ± 0,3 vs. 2,0 ± 1,0 ml/min.100ml; p = 0.01) e FSA em exercício (6,9 ± 2,0 vs. 9,8 ± 2,8 ml/min.100ml; p = 0.01) com fadiga do músculo inspiratório. Conclusões: Esses dados são consistentes com a noção de que os músculos inspiratórios podem ser consumidores de lactato durante a recuperação do exercício e que a fadiga dos músculos inspiratórios resulta em redução do fluxo de sangue para membros em repouso e em exercício. Em pacientes com IC, o treinamento muscular inspiratório melhora a redistribuição do fluxo de sangüíneo.Background: In healthy subjects, inspiratory muscle activation may reduce peripheral blood flow, a response know as the inspiratory muscle-mediated metaboreflex. Objectives: We tested the hypothesis that inspiratory muscle activation during recovery of intense exercise would contribute to lactate clearance. We also evaluated the effect of inspiratory muscle activation on blood flow response to the resting and exercising limbs in patients with chronic heart failure and inspiratory muscle weakness (CHF) compared with healthy subjects and whether inspiratory muscle training attenuates this effect. Methods: Twelve healthy men underwent 2 maximal incremental exercise tests followed of the 20 min recovery period with and without inspiratory resistance for the evaluation of blood lactate levels. In 18 patients with CHF and 10 healthy volunteers, inspiratory muscle fatigue was induced by the addition of inspiratory load of 60% of maximal inspiratory pressure, while blood flow to the resting calf (CBF) and exercising forearm (FBF) were measured by venous occlusion plethysmography. For the patients with CHF, measurements were also made after a 4-week program of inspiratory muscle training. Results: Inspiratory muscle activation reduced lactate levels during recovery of intense exercise. With inspiratory muscle fatigue, CHF patients presented a more marked reduction in resting CBF (mean ± SD 55 ± 12 vs. 14 ± 5 %, P < 0.01%) and showed an attenuated rise in FBF (6.9 ± 2.0 vs 11.2 ± 1.1 ml/min.100ml; P = 0.01) when compared to controls. After 4 weeks of inspiratory muscle training, CHF patients improved resting CBF (1.19 ± 0.3 vs 2.0 ± 1.0 ml/min.100ml; P =0.01) and exercise FBF (6.9 ± 2.0 vs 9.8 ± 2.8 ml/min.100ml; P = 0.01) with inspiratory muscle fatigue. Conclusions: These data are consistent with the notion that inspiratory muscles may be net consumers of lactate during recovery from intense exercise. In patients with CHF, the induction of inspiratory muscle fatigue results in marked reduction of blood flow to resting and exercising limbs. Inspiratory muscle training improves blood flow redistribution in these patients

Muscle blood flow in heart failure : interaction between central and local factors

A intolerância ao exercício é uma característica marcante da insuficiência cardíaca. Diversos mecanismos, como anormalidades no metabolismo muscular, no consumo de oxigênio do músculo e principalmente no fluxo sangüíneo muscular, têm sido documentados em pacientes com insuficiência cardíaca. Contudo, a relação entre a tolerância ao exercício e perfusão muscular no exercício é ainda controversa neste estado. Diversos mecanismos têm sido propostos na participação da regulação da hiperemia relacionada ao exercício, incluindo os mecanismos neural, endotelial e a bomba muscular. O propósito desta revisão é apresentar as evidências experimentais e clínicas com relação ao controle da perfusão muscular no exercício na insuficiência cardíaca. Existe um consenso geral de que a insuficiência cardíaca crônica esteja associada à vasoconstrição periférica e à marcante elevação da atividade do sistema nervoso autônomo simpático. Evidências recentes sugerem, ainda, que a modulação inadequada da atividade vasoconstritora simpática, a disfunção endotelial e os mecanismos anormais de controle da bomba muscular podem ser responsáveis pela resposta vasodilatadora inadequada ao exercício nesses pacientes. Contudo, a interação entre os mecanismos de controle do fluxo sangüíneo muscular no exercício e, sobretudo, como esses mecanismos afetam a tolerância ao exercício na insuficiência cardíaca ainda precisam ser melhor investigados.Exercise intolerance is a hallmark of heart failure. Several mechanisms, such as abnormalities in muscle metabolism, muscle oxygen uptake and especially muscle blood flow have been documented in patients with heart failure. However, the relation between exercise tolerance and muscle perfusion during exercise is still controversial in this state. Several mechanisms have been proposed to be involved in the regulation of exercise hyperemia, including neural, endothelial and muscle pump mechanisms. The purpose of this review is to present experimental and clinical evidence regarding muscle perfusion control during exercise in heart failure. There is a general consensus that chronic heart failure is associated with peripheral vasoconstriction and marked elevation in sympathetic nervous system activity. Recent evidence also suggests that impaired modulation of sympathetic vasoconstriction, endothelial dysfunction and abnormal muscle pump mechanisms may be responsible for the blunted vasodilator responses to exercise in these patients. However, the interactions between muscle blood flow control mechanisms during exercise and especially how these factors affect exercise tolerance still need to be investigated in heart failure

The contribution of inspiratory muscles function to exercise limitation in heart failure : pathophysiological mechanisms

Contextualização: A insuficiência cardíaca (IC) acarreta alterações histológicas, metabólicas e funcionais dos músculos inspiratórios. A fraqueza dos músculos inspiratórios, que ocorre em 30% a 50% dos pacientes com IC, associa-se com a redução da capacidade funcional, prejuízos para a qualidade de vida e piora no prognóstico desses indivíduos. Objetivos: Discutir os mecanismos fisiopatológicos que potencialmente explicam o papel da musculatura inspiratória na limitação ao exercício, abordando-se os reflexos que controlam a ventilação e a circulação durante o exercício. Método: Foram realizadas pesquisas na base de dados PUBMED, utilizando os termos inspiratory muscles, inspiratory muscle training, metaborreflex e chemoreflex e incluindo estudos publicados desde 1980. Resultados: A fraqueza muscular inspiratória está relacionada com intolerância ao exercício e com exacerbação do quimiorreflexo e do metaborreflexo inspiratório na IC. O metaborreflexo inspiratório pode ser atenuado pelo treinamento muscular inspiratório ou pelo treinamento aeróbico, melhorando o desempenho ao exercício. Conclusões: Os pacientes com IC podem apresentar alterações da função muscular inspiratória associadas com hiperatividade quimiorreflexa e metaborreflexa inspiratória, as quais podem agravar a intolerância ao exercício.Background: Heart failure induces histological, metabolic and functional adaptations in the inspiratory muscles. This inspiratory muscle weakness, which occurs in 30% to 50% of the heart failure patients, is associated with reduction in the functional capacity, reduction in the quality of life and with a poor prognosis in these individuals. Objectives: The objective of this review was to discuss the pathophysiological mechanisms that may explain the role of the inspiratory muscles in the exercise limitation with focus in the reflexes that control the ventilation and the circulation during the exercise. Method: We performed searches in the PUBMED database using the terms “inspiratory muscles”, “inspiratory muscle training”, “metaboreflex” and chemoreflex” and including studies published since 1980. Results: Inspiratory muscle weakness is associated with exercise intolerance and with an exaggerated inspiratory chemoreflex and metaboreflex in heart failure. The inspiratory metaboreflex may be attenuated by the inspiratory muscle training or by the aerobic exercise training improving the exercise performance. Conclusions: Patients with heart failure may present changes in the inspiratory muscle function associated with inspiratory chemoreflex and metaboreflex hyperactivity, which exacerbate the exercise intolerance

The contribution of inspiratory muscles function to exercise limitation in heart failure : pathophysiological mechanisms

Contextualização: A insuficiência cardíaca (IC) acarreta alterações histológicas, metabólicas e funcionais dos músculos inspiratórios. A fraqueza dos músculos inspiratórios, que ocorre em 30% a 50% dos pacientes com IC, associa-se com a redução da capacidade funcional, prejuízos para a qualidade de vida e piora no prognóstico desses indivíduos. Objetivos: Discutir os mecanismos fisiopatológicos que potencialmente explicam o papel da musculatura inspiratória na limitação ao exercício, abordando-se os reflexos que controlam a ventilação e a circulação durante o exercício. Método: Foram realizadas pesquisas na base de dados PUBMED, utilizando os termos inspiratory muscles, inspiratory muscle training, metaborreflex e chemoreflex e incluindo estudos publicados desde 1980. Resultados: A fraqueza muscular inspiratória está relacionada com intolerância ao exercício e com exacerbação do quimiorreflexo e do metaborreflexo inspiratório na IC. O metaborreflexo inspiratório pode ser atenuado pelo treinamento muscular inspiratório ou pelo treinamento aeróbico, melhorando o desempenho ao exercício. Conclusões: Os pacientes com IC podem apresentar alterações da função muscular inspiratória associadas com hiperatividade quimiorreflexa e metaborreflexa inspiratória, as quais podem agravar a intolerância ao exercício.Background: Heart failure induces histological, metabolic and functional adaptations in the inspiratory muscles. This inspiratory muscle weakness, which occurs in 30% to 50% of the heart failure patients, is associated with reduction in the functional capacity, reduction in the quality of life and with a poor prognosis in these individuals. Objectives: The objective of this review was to discuss the pathophysiological mechanisms that may explain the role of the inspiratory muscles in the exercise limitation with focus in the reflexes that control the ventilation and the circulation during the exercise. Method: We performed searches in the PUBMED database using the terms “inspiratory muscles”, “inspiratory muscle training”, “metaboreflex” and chemoreflex” and including studies published since 1980. Results: Inspiratory muscle weakness is associated with exercise intolerance and with an exaggerated inspiratory chemoreflex and metaboreflex in heart failure. The inspiratory metaboreflex may be attenuated by the inspiratory muscle training or by the aerobic exercise training improving the exercise performance. Conclusions: Patients with heart failure may present changes in the inspiratory muscle function associated with inspiratory chemoreflex and metaboreflex hyperactivity, which exacerbate the exercise intolerance

Inspiratory muscle training in patients with heart failure and inspiratory muscle weakness : a randomized trial

ObjectivesThis study sought to evaluate the effects of inspiratory muscle training in inspiratory muscle strength, as well as in functional capacity, ventilatory responses to exercise, recovery oxygen uptake kinetics, and quality of life in patients with chronic heart failure (CHF) and inspiratory muscle weakness.BackgroundPatients with CHF may have reduced strength and endurance in inspiratory muscles, which may contribute to exercise intolerance and is associated with a poor prognosis.MethodsThirty-two patients with CHF and weakness of inspiratory muscles (maximal inspiratory pressure [Pimax] <70% of predicted) were randomly assigned to a 12-week program of inspiratory muscle training (IMT, 16 patients) or to a placebo-inspiratory muscle training (P-IMT, 16 patients). The following measures were obtained before and after the program: Pimaxat rest and 10 min after maximal exercise; peak oxygen uptake, circulatory power, ventilatory oscillations, and oxygen kinetics during early recovery (V̇o2/t−slope); 6-min walk test; and quality of life scores.ResultsThe IMT resulted in a 115% increment Pimax, 17% increase in peak oxygen uptake, and 19% increase in the 6-min walk distance. Likewise, circulatory power increased and ventilatory oscillations were reduced. The V̇o2/t−slope was improved during the recovery period, and quality of life scores improved.ConclusionsIn patients with CHF and inspiratory muscle weakness, IMT results in marked improvement in inspiratory muscle strength, as well as improvement in functional capacity, ventilatory response to exercise, recovery oxygen uptake kinetics, and quality of life