Efeitos agudos da exposição “in vitro” ao ferro (ii) sobre a função endotelial de aorta de ratos

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dc.contributor.advisor1Santos, Leonardo dos
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4340-6364
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4132087001362623
dc.contributor.authorCarnelli, Anderson Ramiro Rangel
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6170108738039122
dc.contributor.referee1Padilha, Alessandra Simão
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-9585-1347
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7658998034219799
dc.contributor.referee2Marques, Vinicius Bermond
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-3522-3867
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4197044018432036
dc.date.accessioned2024-05-30T01:41:53Z
dc.date.available2024-05-30T01:41:53Z
dc.date.issued2023-04-06
dc.description.abstractINTRODUCTION: Although iron is an essential mineral for homeostasis, excessive iron accumulation in our body can lead to intoxication or overload, since there are not regulated processes for its excretion. Oral intoxication, mainly by children due to accidental ingestion, or parenteral administration, due to high-dose infusions, exhibit high morbidity and mortality rates. In excess, free iron can damage organs and systems, especially the cardiovascular system. It is currently well known that not only chronic iron overload, but also acute incubation of rat myocardial tissue with ferrous ion (Fe2+) result in contractile dysfunction of the cardiac muscle. In addition, several studies also suggest significant vasculopathy in rats chronically overloaded with iron, related to intense oxidative stress. However, the “in vitro” effects of this metal on the vasculature have not been identified. Thus, due to the vasculopathy already described in chronic exposure "in vivo" models, and its oxidative potential, the hypothesis is that "in vitro" exposure of aortic segments to Fe2+ is capable of altering the endothelial structure and function, in its modulatory role on vascular tone. OBJECTIVE: To evaluate whether “in vitro” exposure to high concentrations of Fe2+ induce morphofunctional changes in the vascular endothelium of rat aortic segments. MATERIAL AND METHODS: Aortic rings isolated from male Wistar rats (250-350g) were used to evaluate the vascular reactivity to phenylephrine after incubation with a standard nutrient solution added with ferrous sulfate (FeSO4 10, 25, 100, 250, and 1000 µM) for 30 minutes. the vasodilatory responses to acetylcholine or a nitric oxide donor, sodium nitroprusside, were evaluated in rings previously pre-contracted with phenylephrine. In addition, the role of the endothelium in the effects of Fe2+ 100 and 1000 µM on vascular reactivity was analyzed by mechanical injury of the intimal layer. Furthermore, some segments with intact endothelium were pre-incubated with an inhibitor of nitric oxide synthase, a cyclooxygenase inhibitor, a hydroxyl radical scavenger, and a hydrogen peroxide inactivator (L-NAME, indomethacin, DMSO and catalase, respectively). Finally, samples of aortic segments were analyzed by scanning electron microscopy and energydispersive spectroscopy for evaluation of the morphology and elemental mapping of the endothelial surface; in addition to the extraction of vascular tissue for analysis of advanced protein oxidation products and the main product of lipid peroxidation, malondialdehyde. RESULTS: “In vitro” exposure to Fe2+ increased vascular reactivity to phenylephrine after 30 minutes, from 25 µM, with more significant effects observed after exposure to concentrations of 100, 250, and 1000 µM. In the acetylcholine curves, aortic rings exposed to high Fe2+ had a lower vasodilatory response, while the response sodium nitroprusside was preserved, suggesting an impairment in endothelial function. Removal of the endothelium and incubation with L-NAME increased vasoconstrictive response in all rings. However, the magnitude of this increase was lower in those arterial segments exposed to Fe2+ , indicating a reduction in endothelial modulation and participation of nitric oxide, which was confirmed with DAF fluorescence that evidenced reduced NO bioavailability in samples incubated with Fe2+ . In the presence of indomethacin, vasoconstriction of aortic rings exposed to Fe2+ 1000 µM decreased, suggesting a role of the AA-COX pathway in hypercontractility at higher concentration of Fe2+ . After incubation with catalase and DMSO, there was a decrease in the contractile response of segments exposed to Fe2+, indicating a role of reactive oxygen species (ROS) in this effect. Despite this, there was no significant difference in AOPP or MDA in the rings incubated with Fe2+, suggesting that, despite the effect on vascular reactivity, the increase in ROS at 30 minutes should occur at levels still undetectable by the techniques used and do not cause sufficient damage. Qualitative microanalysis spectroscopy showed significant variations in iron concentration among the studied groups. The control group had low or no presence of iron, while the Fe-incubated groups showed a considerable and even greater increase.. CONCLUSION: “In vitro” incubation with high concentrations of Fe2+ is sufficient to damage to endothelial cells, resulting in impaired endothelial modulation. The mechanisms appear to be related to the exacerbation of contractile pathways derived from COX and a decrease in the bioavailability of NO in association with the production of ROS.
dc.description.resumoINTRODUÇÃO: Apesar de ser um mineral essencial para a homeostase, aumentos excessivos no ganho de ferro no nosso organismo cursa com risco de intoxicação ou sobrecarga, visto que não há processos reguláveis para sua excreção. A intoxicação por via oral, principalmente entre crianças por ingestão acidental; ou por via parenteral, em decorrência de infusões com altas doses, têm taxas elevadas de morbimortalidade. Em excesso, o ferro livre pode danificar órgãos e sistemas, em especial o cardiovascular. Atualmente é bem sabido que não somente a sobrecarga crônica de ferro, mas também a incubação aguda de tecido miocárdico de ratos ao íon ferroso (Fe2+) cursa com disfunção contrátil do músculo cardíaco. Além disso, vários estudos também sugerem uma vasculopatia importante em roedores cronicamente sobrecarregados com ferro, relacionada ao intenso estresse oxidativo gerado. Nesse sentido, é preciso aprimorar a investigação dos efeitos agudos desse metal sobre a vasculatura, pois ainda não foram adequadamente identificados. Assim, devido à vasculopatia já descrita nos modelos de exposição crônica “in vivo”, e ao seu potencial oxidativo, nossa hipótese é que a exposição “in vitro” de segmentos aórticos ao Fe2+ seja capaz de alterar a estrutura e função endotelial no seu papel modulatório sobre o tônus vascular. OBJETIVO: Avaliar se a exposição “in vitro” a altas concentrações de Fe2+ produz alterações morfofuncionais no endotélio vascular de segmentos aórticos de ratos. MATERIAL E MÉTODOS: Foram utilizados anéis isolados de artéria aorta de ratos Wistar machos (250-350g), nos quais foi avaliada a reatividade vascular à fenilefrina após incubação com solução nutriente padrão ou adicionada de sulfato ferroso (FeSO4 10, 25, 100, 250, e 1000 µM) por 30 minutos. Em outro conjunto de experimentos, foram avaliadas as respostas vasodilatadoras à acetilcolina ou a um doador de óxido nítrico, o nitroprussiato de sódio em anéis previamente pré-contraídos com fenilefrina; além da análise do papel do endotélio nos efeitos do Fe2+ 100 e 1000 µM sobre a reatividade vascular, pela lesão mecânica da camada íntima. Ademais, alguns segmentos com endotélio íntegro foram incubados previamente com um inibidor da sintase de óxido nítrico; um inibidor da ciclooxigenase; um “varredor” de radical hidroxila OH• ou uma inativadora do peróxido de hidrogênio (L-NAME, indometacina, DMSO e catalase, respectivamente). Finalmente, amostras de segmentos aórticos também foram analisadas por microscopia eletrônica por varredura e espectroscopia por energia dispersiva para avaliação da morfologia e mapeamento elementar da superfície endotelial; além da extração do tecido vascular para análise de produtos de oxidação avançada de proteínas (AOPP) e do principal produto de peroxidação lipídica, malondialdeído (MDA). RESULTADOS: A exposição ao Fe2+ aumentou a reatividade vascular à fenilefrina após 30 minutos, a partir de 25 µM, sendo mais significativos os efeitos quando a exposição foi nas concentrações de 100, 250 e 1000 µM. Por essa razão, a fim de simplificar os estudos seguintes, somente foram utilizadas as concentrações de 100 e 1000 µM incubadas por 30 minutos. Nas curvas de ACh, concentrações de Fe2+ 100 e Fe 1000 µM, tiveram uma menor resposta vasodilatadora enquanto na presença de NPS não houve diferença na vasodilatação independente do endotélio, inferindo que o prejuízo na modulação está relacionado a função endotelial. A retirada do endotélio e a incubação com L-NAME aumentaram a resposta vasoconstrictora em todos os anéis. Porém, a magnitude desse aumento foi menor naqueles expostos ao Fe2+ , corroborando a redução na modulação endotelial e sugerindo menor participação do óxido nítrico, confirmada com DAF que indicou biodisponibilidade de NO reduzida nas incubações com ferro. Na presença de indometacina, a vasoconstrição dos anéis incubados com Fe2+ 1000 µM reduziu, sugerindo papel da via AA-COX para a hipercontratilidade em altas concentrações de Fe2+ . Nas incubações prévias com catalase e DMSO, houve diminuição da resposta contrátil dos segmentos expostos ao Fe2+, indicando também um papel das espécies reativas do oxigênio (EROs) nesse efeito. Apesar disso, não houve diferença significativa no AOPP ou MDA nos anéis incubados com Fe2+, sugerindo que, apesar do efeito sobre a reatividade vascular, o aumento de EROs aos 30 minutos deve ocorrer em níveis ainda incapazes de serem detectados pelas técnicas utilizadas e que não causam danos suficiente. A espectroscopia de microanálise qualitativa evidenciou baixa ou nenhuma presença de ferro no grupo controle, enquanto os grupos incubados com Fe2+ apresentaram um aumento considerável. CONCLUSÃO: A incubação “in vitro” com Fe2+ foi suficiente para causar danos nas células endoteliais de maneira concentração-dependente, acarretando em prejuízo na modulação endotelial. Os mecanismos parecem estar relacionados à exacerbação de vias contráteis derivadas da COX, e diminuição da biodisponibilidade de NO em associação a produção de EROs.
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/16937
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Ciências Fisiológicas
dc.publisher.departmentCentro de Ciências da Saúde
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciências Fisiológicas
dc.rightsopen access
dc.subjectHemocromatose
dc.subjectAnemia
dc.subjectPolitransfusões
dc.subjectFerro-heme
dc.subjectEstresse oxidativo
dc.subjectRadicais livres
dc.subjectEndotélio
dc.subjectReatividade vascular
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqFisiologia
dc.titleEfeitos agudos da exposição “in vitro” ao ferro (ii) sobre a função endotelial de aorta de ratos
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typemasterThesis
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