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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10451/2006

Título: Bases moleculares e electrofisiológicas da influência da actividade autonómica na génese e manutenção da fibrilhação auricular paroxística
Autor: Oliveira, Mário João Martins, 1963-
Orientador: Carvalho, Luís Silva, 1954-2008
Rocha, Isabel, 1964-
Palavras-chave: Fisiologia
Electrofisiologia
Electrofisiologia cardíaca
Fibrilhação auricular
Taquicardia paroxística
Teses de doutoramento - 2010
Issue Date: 2010
Resumo: Bases Moleculares e Electrofisiológicas da Influência da Actividade Autonómica na Génese e Manutenção da Fibrilhação Auricular Paroxística As propriedades electrofisiológicas auriculares são uma componente fundamental do substrato arrítmico da FA, contribuindo para a ocorrência de circuitos de reentrada, com múltiplas ondas de propagação, através de actividade ectópica, da redução heterogénea dos PRE e da velocidade de condução na superfície auricular. A demonstração no Homem e em modelos experimentais da importância de focos arritmogénicos, localizados sobretudo nas VP, e da evidência de espirais (rotores) com condução fibrilhatória para o restante tecido auricular, permitiu reforçar o papel das características eléctricas das aurículas e VP na indução e manutenção de episódios de FAP. As alterações da refractariedade local e da velocidade de condução, dependem dos processos de transporte nos canais iónicos ao nível da membrana celular, da distribuição e função das junções de hiato (conexinas) e da arquictectura celular. Além disso, a FA per si pode causar uma sequência de modificações, num processo complexo de adaptação fisiopatológica das aurículas à actividade fibrilhatória envolvendo as correntes iónicas e as propriedades electrofisiológicas, designado por remodelagem auricular, que facilita não só a recorrência, como a perpetuação da arritmia. Diferentes estudos têm sugerido que o início, manutenção e interrupção da FA são dependentes de múltiplos factores que modificam as propriedades eléctricas das aurículas e VP, tornando complexa a definição do contributo dos diferentes mecanismos envolvidos na fisiopatologia desta arritmia. O SNA tem sido considerado como tendo um papel potencial na modulação das condições necessárias ao substracto electrofisiológico auricular para a ocorrência de FA, sugerindo-se ter influência na arritmogénese das aurículas e VP, mas podendo também apresentar alterações das funções autonómicas resultantes da própria FA, num processo de remodelagem autonómica. A compreensão da base celular e da dinâmica complexa dos fenómenos moleculares, iónicos e electrofisiológicos subjacentes à génese da FA, bem como a sua relação com as flutuações da actividade autonómica, constituem uma área de importância crescente na investigação dos mecanismos arritmogénicos da FA. A FA representa uma das situações mais heterogéneas em arritmologia, envolvendo múltiplas causas e factores de risco, triggers e mecanismos de manutenção da arritmia num substrato electrofisiológico que tem sido associado à influência do SNA. A interacção complexa da actividade autonómica e coração pode explicar as dificuldades da análise e correlação entre os aspectos clínicos da FA e dados resultantes de modelos experimentais. A inervação autonómica cardíaca intrínseca compreende pelo menos 7 plexos ganglionares, que parecem actuar numa rede interactiva, e que apresentam maior concentração de terminações nervosas na parede posterior da AE e na zona de inserção das VP esquerdas. Apesar da evidência de que o SNA pode influenciar o substrato arritmogénico criando condições facilitadoras para a ocorrência de FA, tem sido aceite que a proporção de doentes que se integra num grupo específico de FA de etiologia neurogénica é pequena, permanecendo controversa a importância da contribuição relativa dos sistemas simpático e parassimpático nas alterações electrofisiológicas e dos canais iónicos envolvidos na FA, e sua relação directa com o início, manutenção e interrupção da arritmia. Têm sido documentadas flutuações do tónus autonómico e da actividade reflexa envolvendo variações bruscas do SNA que culminam em episódios de FAP, admitindo-se que a ocorrência de “descargas” simpático-vagais possa ser particularmente pró-fibrilhatória. Estudos recentes têm mesmo sugerido que, além da influência nas situações de FA isolada, o SNA possa desempenhar também um papel importante na ocorrência de FA em presença de cardiopatia subjacente. No entanto, permanecem controversos os dados relativos à dinâmica da actividade autonómica associada à génese da FAP. A nível cardiovascular, a disfunção da regulação autonómica pode associar-se a diversos distúrbios patológicos, envolvendo incapacidade de adaptação cardiovascular e/ou, anomalias de reflexos cardiovasculares, que incluem a taquicardia sinusal em repouso, síndrome de taquicardia postural ortostática, hipotensão ortostática, hipertensão arterial, síncope neurocardiogénica ou arritmias cardíacas. No entanto, o papel atribuído aos reflexos arteriais e cardiopulmonares na mediação das alterações autonómicas observadas na FA permanece ainda pouco claro. A possibilidade de que a hiperactividade autonómica ao nível dos plexos ganglionares cardíacos, com repercussões importantes na electrofisiologia das aurículas e VP, possa ter um papel na génese dos episódios de FAP tem levado alguns centros a incluir a ablação dos plexos ganglionares na estratégia terapêutica da FA. O atingimento dos plexos ganglionares pelas lesões obtidas com energia de radiofrequência tem sido proposto como um dos mecanismos de sucesso na ablação do antro das VP. Também a eliminação de áreas onde se obtêm reflexos vagais durante as aplicações de radiofrequência parece associar-se a maior sucesso no tratamento ablativo da FA. Por outro lado, os resultados da desinervação vagal parcial mostraram redução, aumento ou mesmo efeito neutro na incidência de FA no pósoperatório de cirurgia cardíaca, o que evidencia a necessidade de melhorar a informação nos aspectos metodológicos desta abordagem terapêutica. O desenvolvimento de modelos de investigação básica em colaboração com técnicas da experiência clínica que permitam interpretar fenómenos no âmbito da biologia molecular e electrofisiologia auricular associados ao papel da actividade autonómica na génese e manutenção da FA, poderá representar um contributo para a prevenção e tratamento desta arritmia. Neste trabalho procurámos contribuir para uma visão global e abrangente da influência autónomica na fisiopatologia da FAP numa perspectiva translacional. Abordámos a importância relativa de aspectos da electrofisiologia auricular na vulnerabilidade para indução e manutenção de FA e sua relação com a modulação da actividade do SNA, bem como o comportamento da actividade simpática e parassimpática durante manobras provocativas da função autonómica em doentes com FAP, e estudámos o papel da estimulação autonómica em propriedades electrofisiológicas das aurículas e VP, na vulnerabilidade para FA e na expressão genética de proteínas dos canais iónicos e conexinas no modelo animal. Os resultados dos estudos electrofisiológicos numa população de 50 doentes com FAP mostraram que, apesar de mais de 1 ano de episódios recorrentes de arritmia, em cerca de 30% dos casos não se induziu FA com o protocolo de estimulação auricular. Os valores médios dos PRE aumentaram progressivamente da AD para o SC proximal e distal, sendo significativamente mais altos no SC (p<0,01), sem diferenças entre os grupos com e sem indução de FA relativamente aos valores de PRE medidos nos diferentes locais. No entanto, nos doentes com indução reprodutível de FA os valores de dispersão da refractariedade eram significativamente superiores (105±78 ms vs 49±20 ms; p=0,01), sendo >40 ms em mais de 90% dos casos (p=0.05). Por outro lado, não houve diferença significativa da dispersão da refractariedade entre os grupos com indução de FA auto-limitada e FA mantida justificando intervenção terapêutica (82±65 ms vs. 80±55 ms, p=NS). A análise com regressão logística, para determinar a associação de variáveis clínicas, ecocardiográficas e electrofisiológicas com vulnerabilidade para FA, mostrou que a dispersão da refractariedade auricular foi o único marcador de risco com valor predizente para inducibilidade de FA (p <0.05). Noutro estudo, em que se evidenciou aumento dos intervalos de condução eléctrica auricular, da duração dos electrogramas e da actividade fraccionada em doentes com FAP (FAP vs. controlo, p<0.05), apesar de ligeiras variações, não houve diferenças significativas na taxa de inducibilidade de FA durante modulação autonómica (56% em basal, 69% com manobras provocativas e 50% após bloqueio autonómico farmacológico, p=NS). Os resultados não mostraram alterações dos tempos de condução auricular durante estimulação autonómica, mas no grupo com indução de FA mantida houve um aumento significativo da condução interauricular (p<0.05) e do tempo de activação auricular esquerdo (p<0.01) induzido pela estimulação vagal. Além disso, ocorreu um aumento da heterogeneidade na duração dos electrogramas auriculares durante as manobras provocativas, abolido após bloqueio farmacológico do SNA. Mostrámos também que, nestes doentes, os PRE respondem de forma heterogénea à modulação autonómica, diminuindo na AD durante estimulação vagal, mostrando maior redução no AAD durante estimulação simpática em doentes com indução de FA, e aumentando no SC distal após bloqueio autonómico. A dispersão da refractariedade auricular diminuiu significativamente após bloqueio farmacológico do SNA, sugerindo um papel protector potencial na modificação do substrato electrofisiológico relacionado com a vulnerabilidade para FA. Os resultados dos estudos da regulação cardiovascular durante manobras provocativas da função autonómica numa população de 90 doentes com FAP mostraram que durante a fase inicial do ortostatismo passivo, apesar de valores de PA basais semelhantes ao grupo de voluntários saudáveis, a PA tem uma subida mantida nos doentes, sem diferenças relativamente à FC. Na análise da variabilidade dos intervalos RR com transformada de wavelets, que permite a decomposição no domínio tempo-frequência, com respectiva caracterização e localização de alterações no equilíbrio do SNA, os doentes da FAP, quando comparados com o grupo controlo, tiveram valores de LF (relacionados com a modulação simpática) mais baixos em posição supina e durante os dois primeiros minutos de stress ortostático. Na banda HF (reflectindo actividade parasimpática), os valores foram mais baixos em posição supina e durante o movimento basculante da mesa de inclinação e a relação LF/HF (utilizada como um indicador do balanço simpático-vagal) foi também mais baixa durante o movimento de inclinação e no 2º minuto de ortostatismo. Durante a fase inicial de adaptação ao ortostatismo não ocorreram diferenças significativas relativamente à variabilidade da PA sistólica. A análise com wavelets durante outras manobras provocativas que evocam alterações do fluxo autonómico simpático, evidenciou diferenças significativas no comportamento da banda LF da variabilidade da PA durante esforço isométrico e na resposta pressora ao frio, comparando com o grupo de indivíduos saudáveis. Tendo em consideração a importância da actividade do SNA como um dos factores determinantes do baroreflexo, estudámos a função do baroreflexo arterial, em posição supina e durante o período de adaptação ao ortostatismo, utilizando o método sequencial e considerando como parâmetros o número de rampas da PA sistólica, a sensibilidade do baroreflexo e o índice de eficácia do baroreflexo. Demonstrámos que os doentes com FAP apresentam uma função do baroreflexo diminuída, com consequentes diferenças na resposta da PA. Sendo consensual que respostas neurocardiogénicas durante o teste de inclinação são mais frequentes em jovens e atribuídas a reflexos autonómicos com predomínio da activação vasovagal, estudámos um grupo de idosos com FAP sem antecedentes de síncope, com o objectivo de avaliar a susceptibilidade para desencadear mecanismos reflexos associados a síncope neurocardiogénica. Durante o teste de inclinação a 70º, sem fármacos provocativos, ocorreram respostas positivas (vasodepressora ou mista) em 20,5% do grupo com FAP (26,3% do subgrupo sem cardiopatia associada) e em 23,5% do grupo controlo (28,5% do subgrupo sem cardiopatia associada), com síncopes recorrentes de etiologia desconhecida e sem história de FA (p=NS), sendo o tempo decorrido até à síncope/pré-síncope semelhante nos dois grupos (15,8±8 vs. 16±9 minutos, FAP e controlo, respectivamente; p=NS). Em 3 casos com FAP (8,8%) registaram-se também períodos auto-limitados de FA durante o teste de inclinação, sugerindo que a modulação autonómica também possa contribuir para o aparecimento de FAP naquelas condições. Os trabalhos que avaliaram o impacto da estimulação autonómica aguda no substrato electrofisiológico e vulnerabilidade para FA, realizados em 50 coelhos com inervação cardíaca preservada, permitiram validar este modelo in vivo no estudo da interacção do SNA com a fisiopatologia da FA. Os resultados mostraram que, em condições basais, os PRE das VP, AD e AAD são inferiores aos medidos na AE e AAE, registando-se um atraso da condução auricular na activação da AD para as VP (variável durante estimulação autonómica), com uma taxa de inducibilidade de FA entre 35% e 50%, de acordo com o local de estimulação rápida, e uma duração média de 1.0 a 2.6 s. Durante estimulação vagal, o intervalo de condução interauricular aumentou significativamente, os PRE diminuiram nos locais auriculares avaliados, sem aumento na dispersão da refractariedade, e a taxa de indução e a duração de FA variaram de 65% a 100% (p <0.05), e de 3.6 s a 14.0 s (p <0.01), respectivamente. Documentaram-se episódios de taquicardia das VP em 8% das experiências. Em 70% dos episódios de FA com duração >10s a arritmia cessou imediatamente após interrupção da estimulação vagal. Com estimulação simpática, os intervalos de condução auricular diminuiram, os PRE tiveram redução significativa no AAE, e a inducibilidade e duração de FA variaram entre 65% e 76% (p=NS) e 1.8 s a 9.6 s (p <0,05), respectivamente. A estimulação simpático-vagal aumentou o tempo de condução interauricular, diminuiu os PRE nos locais avaliados e aumentou a taxa de inducibilidade e duração de FA para 75% a 100% (p <0.05) e 3.5 s a 6.0 s (p <0.05), respectivamente. O estudo da expressão genética de canais iónicos e conexinas auriculares, efectuado em 150 ratos submetidos a pacing auricular de alta-frequência ou estimulação autonómica de curtaduração, mostrou uma diminuição da expressão genética da Cx43 e Cx40 em ambas as aurículas aos 30 mn de pacing. Aos 30 mn de pacing rápido ocorreu diminuição significativa da expressão do RNAm relacionado com SCN5A, KCND2 e CACNA1 em ambas as aurículas, do KCNJ3 na AE e do KCND3 na AD. Após 2 horas de pacing os níveis de expressão de SCNA5 e CACNA1 diminuíram na AE, e os do KCND3 diminuíram na AD. Às 4 horas de pacing auricular rápido a redução da expressão genética foi significativa para o SCNA5 e CFTR em ambas as aurículas, para os genes KCNJ3, KCNJ6, KCND3 e KCNA5 na AD e para o CACNA1 na AE, enquanto na AE se obteve um aumento da expressão genética de KCNJ6 e KCND3. Nestas condições experimentais não houve alterações significativas dos níveis de RNAm que codificam o KCNJ6 e o KCND3 na AE. Com estimulação autonómica contínua de curta-duração induziram-se também alterações significativas na expressão proteica da conexina 43 e de canais iónicos do tecido auricular. A expressão da Cx43 aumentou na AE com estimulação simpática e diminuiu em ambas as aurículas com estimulação vagal ou simpático-vagal. Não se obteve variação significativa na expressão auricular da Cx40. A estimulação simpática aumentou os níveis de SCN5A na AE e os de KCND2 na AE e AD após 2 horas, e aumentou os de SCN5A, KCND2, KCND3, KCNA5, KCNJ3 e CACNA1 em ambas as aurículas após 4 horas. A estimulação vagal diminuiu a expressão de KCNA5 nas duas aurículas e de KCNJ3 na AD após 2 horas, e induziu aumento biauricular da expressão de KCNA5, com variações significativas heterogéneas do KCND2, KCND3, SCN5A e CACNA1 após 4 horas. Decorridas 2 horas de estimulação simpático-vagal combinada, aumentou a expressão de CACNA1 e diminuiu a de KCND3 na AD e AE, enquanto diminuiu a de KCNA5 na AE e a de KCNJ3 na AD. Às 4 horas de estimulação simpático-vagal, houve aumento da expressão de CACNA1 na AD e de SCN5A e KCNA5 nas duas aurículas, e diminuição do KCND3 na AE e do KCND2 na AD. Não se obtiveram alterações significativas dos níveis de expressão do gene CFTR. As variações da expressão genética induzidas pela estimulação autonómica foram de maior intensidade na AE após 2 horas e na AD após 4 horas. As modificações heterogéneas, obtidas precocemente na expressão genética de conexinas e de vários canais iónicos podem ter um papel relevante no substrato subjacente às alterações electrofisiológicas iniciais que ocorrem no processo de remodelagem atribuído à FA. A investigação continuada nesta vertente fundamental da abordagem da fisiopatologia da FAP permitirá melhorar a compreensão dos múltiplos mecanismos funcionais que constituem a base electrofisiológica da génese e manutenção desta arritmia, e dos fenómenos complexos da remodelagem, de forma a desenvolver metodologias de prevenção e tratamento com maiores níveis de eficácia e segurança.
Molecular and Electrophysiological Basis of Autonomic Activity Influence in the Genesis and Maintenance of Paroxymal Atrial Fibrillation Atrial electrophysiological properties have been considered as a major determinant on the development of the atrial fibrillation (AF) substrate by influencing the occurrence of reentry circuits, multiple propagation wavelets, rapid ectopic activity, and the heterogeneous shortening of the effective refractory periods (ERP) and conduction velocity. In the last decade, demonstration of arrhythmogenic foci, mostly from the pulmonary veins (PV), spiral waves and rotors with fibrillatory conduction, in humans and experimental models, enhanced the role of the electrical characteristics of the atria and PV in the propensity for the induction and maintenance of paroxysmal AF (PAF) episodes. Local changes of refractoriness and electrical conduction are related with the expression, distribution and functional properties of ion channels and gapjunctions (connexins) and tissue architecture. Moreover, AF per si induces complex pathophysiological changes in ionic currents and electrophysiological properties as a consequence of fibrillatory activity. This process, known as remodeling, contributes to the recurrence and perpetuation of the arrhythmia. Several studies suggested that initiation, maintenance and interruption of AF result from a complex interaction of multiple mechanisms influencing the electrical properties of the atrial and PV. Autonomic nervous system (ANS) has been considered as a modulating factor in the arrhythmogenic substrate for the occurrence of AF, probably affected by the AF itself in a process of autonomic remodeling that tends to perpetuate the conditions to sustain the arrhythmia. Understanding the celular basis and the dynamics of molecular, ionic and electrophysiological phenomena underlying the pathogenesis of AF, and its relation with changes in the ANS activity, represents an interesting and challenging research field. In fact, AF is one of the most common and heterogeneous arrhythmias in clinical practice, associated with multiple etiologies, risk factors, trigger and maintenance mechanisms, probably interacting with the ANS in a complex functional substrate. The intrinsic cardiac nervous system includes at least 7 ganglionated plexi, in an atrial neural network with numerous epicardial nerve fibers, having distinct patherns of distribution, with higher densitiy at the posterior wall of the left atrium (LA) and ostia of the PV. Although ANS influences the arrhythmogenic substrate of AF, it has been accepted that only a small proportion of patients with PAF has “pure” neurogenic mechanisms causing the arrhythmia. The relative contribution of sympathetic and parasympathetic activity in electrophysiological and ion channels alterations contributing to AF is still incompletely understood. Previous studies have shown fluctuations of the autonomic flow with acute changes associated with AF episodes, suggesting that sympathovagal discharges can precede the development of arrhythmia. Recently, ANS activity has been considered has an important modulator also in AF associated with underlying structural heart disease. Nevertheless, it is difficult to determine the mechanisms mediating the impact of ANS in PAF. Autonomic dysfunction of cardiovascular regulation results from combined (or isolated) abnormalities of sympathetic or parasympathetic activity, and may be associated with innapropriated sinus tachycardia, postural orthostatic tachycardia syndrome, orthostatic hypotension, hypertension, reflex neurocardiogenic syncope and cardiac arrhythmias. However, the impact of arterial and cardiopulmonary reflexes in mediating autonomic disturbances in PAF remains unknown. According to several authors, the hypothesis that cardiac autonomic hyperactivity at the ganglionated plexi can be responsable for important variations in the electrophysiology of the atria and PV that facilitate AF episodes will include selective ablation targeting of these ganglionated plexi into the intervention strategies of AF. One of mechanisms of sucess in PV antrum ablation is the elimination of neural fibers and vagal reflexes. On the other hand, the results of partial vagal denervation after cardiac surgery have shown reduction, increase or a neutral effect on AF incidence. There is a need to develop the field of translational research and clinical investigation in order to understand the molecular and electrophysiological phenomena related with the effects of autonomic activity in the genesis and maintenance of PAF. With this investigation, we aimed to contribute to a translational approach of the influence of ANS in the pathophysiology of PAF. We studied patients with PAF regarding the relative impact of atrial conduction and refractoriness characteristics in the induction and maintenance of AF, its relation with acute autonomic modulation, and the sympathetic and parasympathetic activity during autonomic provocative maneuvers. We also used animal models to investigate the effects of acute ANS stimulation in the electrophysiological properties of the atria and PV, in the vulnerability for AF, and in the gene expression of ion channels and connexins of the atrial tissue. The results of the electrophysiological studies in 50 patients with PAF showed that, despite > 1 year of arrhythmia reccurrences, AF could not be induced with the atrial stimulation protocol in 30% of the cases. The mean values of ERP increased from the right atrium (RA) to the proximal and distal coronary sinus (CS) (p <0.01), without differences between the groups with and without AF induction. However, patients with reproducible AF induction had a higher dispersion of refractoriness (105±78 ms vs. 49±20 ms; p=0.01), > 40 ms in more than 90% (p=0.05). Also, there were no differences between groups with induced self-limited AF (lasting <60 s) and selfsustained AF regarding the dispersion of ERP (82±65 ms vs. 80±55 ms, p=NS). The logistic regression analysis of multiple clinical, echocardiographic and electrophysiological variables showed that dispersion of refractoriness was the only marker with predictive value for the inducibility of AF (p <0.05). Another study, demonstrated slowed atrial conduction, increased electrograms duration and fragmented activity in PAF patients (PAF vs. control, p <0.05), with no significant differences in AF inducibility rates during acute autonomic modulation (56% in basal, 69% during provocative maneuvers and 50% after pharmacological autonomic blockade, p=NS). Atrial conduction times did not change during autonomic stimulation, but in the group with self sustained AF the interatrial conduction (p<0.05) and the LA activation times (p<0.01) increased significantly during vagal activation. There was also an increase in the heterogeneity of atrial electrograms duration during provocative maneuvers, abolished by autonomic blockade. In these patients, acute autonomic modulation induced heterogeneous responses in ERPs, with a decrease in RA during vagal stimulation, a pronounced decrease in RA appendage during sympathetic stimulation in patients with AF inducibility, and an increase in distal CS after pharmacological autonomic blockade. Autonomic blockade decreased dispersion of atrial refractoriness, suggesting a protective effect in the electrophysiological substrate related with AF vulnerability. The studies of cardiovascular regulation during provocative maneuvers of autonomic function performed in 90 PAF patients showed a sustained increase in blood pressure (BP) values, with no differences regarding heart rate (HR), during the initial phase of passive orthostasis, despite baseline BP similar to healthy individuals (HI). Analysis of HR variability with wavelets transform, a metodology that allows a time-frequence decomposition of the signal, demonstrated lower LF values in the supine position and during the first 2 minutes of orthostatic stress, lower values for the HF band in the supine position and during the tilting movement, and lower LF/HF ratio during the tilting movement and in the second minute of orthostatism. However, there were no significant differences regarding systolic BP variability in the adaptation phase of orthostatism. Compared to HI,, the characterization of other provocative maneuvers evoking changes in autonomic flow, showed significant differences in the LF band of BP variability during hand grip and with the cold pressure test. Considering the importance of ANS activity as a determinant factor of arterial baroreflex, we evaluated the baroreflex function during rest and in the initial phase of postural stress using the sequential method to study the number of systolic BP ramps, the baroreflex sensitiviy, and the baroreflex effectiveness index. PAF patients showed an impairment of baroreflex function, with differences in BP response, compared to HI. These findings underscore the presence of baroreflex disturbances in lone PAF. Neurocardiogenic responses during head-up tilting are due to autonomic reflexes, related with predominant vasovagal activation, and are more likely to occur in young subjects. We studied a group of elderly patients with PAF, without history of syncope, to evaluate the susceptibility to induce reflex mechanisms causing neurocardiogenic syncope. During head-up tilting (70º) without provocative agents, positive vasodepressive or mixed results occurred in 20.5% of the PAF group (26.3% among the subgroup without underlying heart disease) and in 23.5% of the group with syncopes of unknown etiology, without history of AF (28.5% among the subgroup without underlying heart disease) (p=NS). The time to syncope/pre-syncope was the same for both groups (15.8±8 vs. 16±9 minutes, PAF and control group, respectively; p=NS). In three patients with PAF (8.8%), we also observed short periods of self-limited AF during head-up tilting test, suggesting that autonomic modulation may trigger AF episodes in that stress condition. The studies regarding the effects of acute autonomic stimulation in the electrophysiological substrate and vulnerability for AF were determined in 50 rabbits with preserved cardiac innervation. The results were useful to validate this in vivo model for further understanding of the biological role of ANS interaction with the pathophysiology of AF. In baseline conditions, we showed that the ERPs of the PV, RA and RA appendage are shorter than those measured in the LA and LA appendage, with a delay in the atrial activation from RA to PV (influenced by autonomic stimulation), and an inducibility rate of AF ranging between 35% and 50%, with a mean duration between 1.0 s and 2.6 s. During vagal stimulation, the interatrial conduction times increased significantly, the ERPs were reduced in all sites, without increasing the dispersion of refractoriness, and the induction and duration of AF ranged between 65% and 100% (p <0.05), and from 3.6 s to 14.0 s (p <0.01), respectively. We also documented PV tachycardia episodes in 8% of the experiments. In 70% of the AF episodes lasting more than 10 s the arrhythmia ceased immediately after interruption of vagal stimulation. With sympathetic stimulation, the atrial conduction times decreased, ERPs shortened significantly at the LA appendage, and the inducibility rate and duration of AF ranged between 65% and 76% (p=NS), and between 1.8 s and 9.6 s (p <0.05), respectively. Simultaneous sympathovagal stimulation increased the mean interatrial conduction interval, shortened the ERP in all sites, and increased the inducibility and duration of AF from 75% to 100% (p <0.05) and from 3.5 s to 6.0 s (p <0.05), respectively. In the studies of gene expression of atrial ion channels and connexins, performed in 150 rats submitted to high-rate atrial pacing or short-term continuous autonomic stimulation, we demonstrated a reduction in the expression of connexin (Cx) 43 and Cx40 in both atria after 30 minutes of pacing. After 30 minutes of rapid pacing, there was a significant reduction in SCN5A, KCND2 and CACNA1 mRNA expression in both atria, KCNJ3 in LA, and KCND3 in RA. After 2 hours of pacing, the expression levels of SCNA5 and CACNA1 decreased in LA, and the KCND3 decreased in RA. After 4 hours, there was a significant reduction of SCNA5 and CFTR in both atria, KCNJ3, KCNJ6, KCND3 and KCNA5 in RA and CACNA1 in LA, while KCNJ6 e KCND3 expression levels increased in LA. With these experimental conditions there were no changes in the mRNA levels of KCNJ6 and KCND3 genes in LA. Continuous short duration stimulation of cardiac autonomic innervation also induced significant alterations in the atrial Cx43 and ion channel gene expression levels. Cx43 increased in the LA after direct thoracic sympathetic trunk stimulation and decreased after vagal or sympathovagal stimulation in both atria. There were no changes in the atrial expression of Cx40. With sympathetic stimulation, SCN5A expression increased in LA and KCND2 increased in LA and RA after 2 hours, and the SCN5A, KCND2, KCND3, KCNA5, KCNJ3 and CACNA1 levels increased in both atria after 4 hours. With vagal stimulation, KCNA5 expression decreased in RA and LA and KCNJ3 decreased in RA after 2 hours, whereas KCNA5 expression increased in both atria, with demonstration of significant and heterogeneous variations of KCND2, KCND3, SCN5A and CACNA1 after 4 hours. After 2 hours of sympathovagal stimulation, the mRNA expression of CACNA1 increased and the KCND3 expression decreased in both atria, while KCNA5 decreased in LA and KCNJ3 decreased in RA. After 4 hours, there was an increase of CACNA1 expression in RA and of SCN5A and KCNA5 in both atria. There was also a decrease of KCND3 expression in LA and KCND2 in RA. There were no significative changes in the expression levels of the CFTR gene. With sympathetic or vagal stimulation, LA showed larger ion channel and connexin expression changes after 2 hours, while RA had higher changes after 4 hours. These early heterogeneous modifications obtained in the gene expression of Cx43 and a number of major ion channels may have a role in the functional substrate underlying the initial changes in the electrophysiological properties of the atria related with the process of atrial remodeling. Further translational research is need to contribute to a better understanding of the multiple mechanisms with implications in the electrophysiological basis of the PAF pathophysiology, and in the development of the remodeling phenomena, in order to define strategies for development of long-term successful and safe strategies for the prevention and treatment of PAF.
Descrição: Tese de doutoramento, Medicina (Fisiologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2010
URI: http://hdl.handle.net/10451/2006
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