Influence of apamin on the extracellularly recorded action potentials profiles of subepicardial cardiomyocytes of the rat heart in myocardial infarction

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The role of small-conductance Ca²⁺-activated K⁺-channels (SK channels) in the pathogenesis of cardiomyopathies of various etiologies remains poorly understood. The purpose of this work was to evaluate the effect of the blocker of SK channels, apamin, on the extracellularly recorded action potentials (eAPs) of subepicardial myocytes in the left ventricles of sham-operated rats and rats with myocardial infarction caused by ischemia-reperfusion. It was found that local delivery of the SK channel blocker apamin at a concentration of 500 nM to the eAP recording area did not affect the eAP profiles in the group of sham-operated rats but caused a significant slowdown in the repolarization time and a decrease in the afterhyperpolarization phase of eAPs in the group of rats with myocardial infarction. These data suggest that changes in the waveform of eAPs after infarction are associated with increased expression and/or activity of SK channels in subepicardial myocytes. The possible role of these channels in the structural and functional remodeling of the myocardium of the left ventricle of the heart after ischemia-reperfusion is discussed.

Full Text

Сокращения: ИМ — инфаркт миокарда; ИР — ишемия-реперфузия; вПД — внеклеточный потенциал действия; ЛО — ложнооперированные; ЛЖ — левый желудочек; ISK — ток через SK-каналы; СГ — следовая гиперполяризация; ХСН — хроническая сердечная недостаточность; РТ — раствор Тироде; BDM – 2,3-бутандион моноксим; РТА — раствор Тироде с апамином; следовая деполяризации.

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что ассоциированное с инфарктом миокарда (ИМ) и ишемией увеличение концентрации внутриклеточного Ca²⁺ происходит вследствие утечки ионов Ca²⁺ из дисфункционального саркоплазматического ретикулума и притока внеклеточного Ca²⁺ [1–4]. Выраженное повышение содержания внутриклеточного Ca²⁺ может инициировать обширную активацию K⁺-тока через SK-каналы (Ca²⁺-активируемые калиевые каналы низкой проводимости), приводящую к сокращению продолжительности ПД и эффективного рефрактерного периода. Сокращение длительности ПД и гетерогенность реполяризации являются хорошо известными факторами, способствующими развитию аритмий, что указывает на значимость тока через SK-каналы (ISK) при желудочковых аритмиях, вызванных ИМ [1].

Известно, что SK-каналы экспрессируются во многих тканях, в том числе в сердце. В кардиомиоцитах предсердий эти каналы представлены в значительном количестве [5–7], тогда как в желудочках SK-каналы представлены незначительно или вообще отсутствуют [8–10]. Однако при кардиомиопатиях различной этиологии у человека и в различных животных моделях (хроническая сердечная недостаточность (ХСН) [11, 12], инфаркт миокарда (ИМ) [13, 14], диабетическая кардиомиопатии [15]) наблюдается повышение вклада SK-каналов в реполяризацию желудочков. Кардиомиоциты экспрессируют SK1-, SK2- и SK3-изоформы SK-каналов [5], и все эти три изоформы блокируются апамином, являющимся их селективным блокатором [16, 17]. Было показано, что применение апамина для блокирования SK-каналов предотвращало и подавляло предсердную [18] и желудочковую фибрилляцию [10] на разных животных моделях, что подтверждает участие ISK в развитии аритмий в патологических условиях. В то же время есть работы, в которых применение апамина в модели сердечной недостаточности демонстрировало проаритмическое действие, нарушая реполяризацию, что приводило к развитию ранней постдеполяризации Это может указывать на то, что апамин-чувствительный K⁺-ток при ХСН поддерживает реполяризационный резерв кардиомиоцитов и предотвращает развитие полиморфной желудочковой тахикардии по типу “пируэт” (torsades de pointes) [19].

В наших недавних исследованиях с использованием метода внеклеточной регистрации ПД с использованием стеклянных электродов с тонким (наружный диаметр примерно 5 мкм) кончиком [20] было обнаружено, что после ИМ, вызванного ишемией-реперфузией (ИР) левого желудочка (ЛЖ) сердца крысы, наблюдаются изменения профилей внеклеточно регистрируемых ПД (вПД) субэпикардиальных кардиомиоцитов, заключающиеся в формировании сопровождающих их фазы следовой гиперполяризации (СГ). Было выдвинуто предположение, что фаза СГ может быть обусловлена появлением дополнительного входящего тока через SK-каналы. С целью проверки данной гипотезы с использованием этого же метода было проведено исследование влияния блокатора SK-каналов апамина на профили вПД желудочковых кардиомиоцитов при ИМ и вкладе этих каналов в реполяризацию и СГ. Поскольку данная методика позволяет осуществлять регистрацию вПД от различных компартментов клеточной мембраны субэпикардиальных кардиомиоцитов (участки, включающие выходы t-трубочек и свободные от них), другой целью было определить локализацию этих каналов в соответствующих мембранных компартментах.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования выполнялись на сердцах лабораторных крыс-самцов линии Wistar (возраст и вес на начало эксперимента 3–4 месяца и 250–300 г соответственно). Во время эксперимента животные содержались в виварии ИЭФБ РАН в стандартных условиях и при свободном доступе к воде и пище. Всего в исследовании было использовано 36 животных: 15 ложнооперированных крыс (ЛО-группа) и 21 крыса с ишемией и реперфузией (ИР-группа). Из 15 крыс ЛО-группы у всех животных производилась регистрация ЭКГ; 5 крыс были взяты на электрофизиологические исследования с последующим планиметрическим анализом для подтверждения отсутствия зон некроза. Из 21 крысы ИР-группы у всех животных была произведена регистрация ЭКГ; 17 крыс были использованы в планиметрическом исследовании для оценки доли рубцовой ткани; из них 5 крыс предварительно были взяты на электрофизиологические эксперименты.

В качестве модели ИМ применялась модель ИР. Коронароокклюзия с последующей реперфузией (ИР-группа) выполнялась на животных, наркотизированных с помощью золетила (40 мг/кг веса животного; Virbac, Франция) с добавлением ксиланита (10 мг/кг веса животного; Нита-Фарм, Россия) в соответствии с ранее описанной методикой [21]. В группе ИР-крыс лигатуру снимали через 45 мин после окклюзии левой коронарной артерии. У животных ЛО-группы лигатура вокруг артерии размещалась в точности, как и в случае с ИР, но без окклюзии артерии. Для проведения искусственной вентиляции легких с помощью аппарата ИВЛ (Kent Scientific TOPOTM Dual Mode Ventilator, США; частота дыхания — 60/мин, дыхательный объем в пределах от 1.5 до 3 мл/ 100 г массы) проводилась интубация трахеи с предварительной обработкой гортани 2 % раствором лидокаина. Окклюзия артерии подтверждалась подъемом сегмента ST на ЭКГ [22].

ЭКГ-исследование проводилось на крысах, обездвиженных с помощью ингаляции изофлурана (Laboratories Karizoo, S.A., Испания) через маску. Данный тип наркоза был выбран в соответствии с ранее опубликованными рекомендациями для проведения ЭКГ-исследований на крысах [23]. Регистрация ЭКГ осуществлялась в трёх стандартных отведениях с использованием подкожных игольчатых электродов, подключённых к электрокардиографу Поли-Спектр — 8/В (Россия). Во время регистрации ЭКГ животных размещали на подогреваемом столике (38 °C). Регистрация кардиограмм осуществлялась во время операции для определения качества наложения лигатуры и подтверждения развития ишемии и через 4 недели после операции. Длительность регистрации составляла 5 мин, а усреднённые параметры ЭКГ рассчитывались с использованием программы, разработанной в нашей лаборатории в среде MatLab. В полученных для каждого животного записях ЭКГ осуществлялось усреднение PQRST комплексов для более точной оценки исследуемых параметров (амплитуды основных зубцов и длительности интервалов).

Через 4 недели после операции наркотизированные золетилом и ксилазином (см. выше) крысы ЛО- и ИР-групп выводились из эксперимента; сердца извлекались для проведения электрофизиологических экспериментов и оценки размера рубца после ИР.

Для оценки размера ИМ сердце разрезали на 5–6 поперечных срезов, которые после окраски трифенилтетразолием хлористым (1 % раствор трифенилтетразолия хлористого в 0.2 М Tris, pH 7.8) в соответствии с ранее описанной методикой [24] визуализировались под цифровым USB-микроскопом со штативом (модель МИКМЕД 5.0, Россия). Аналогичным образом исследовались сердца крыс ЛО-группы. Анализ полученных изображений проводился планиметрическим методом при помощи программы Fiji – ImageJ. Доля рубцовой ткани миокарда ЛЖ определялась как отношение площади рубцовой ткани к общей площади стенок ЛЖ для каждого поперечного среза. Затем производился расчёт среднего значения для всего сердца.

Электрофизиологические исследования проводились на изолированных сердцах ЛО- и ИР-крыс в условиях сохраненного синусового ритма при постоянной перфузии сердца аэрируемым физиологическим раствором по методу Лангендорфа: сердце извлекалось и помещалось на установку для ретроградной перфузии, совмещенную с системой для микроэлектродной регистрации [25]. Перфузионный раствор представлял собой аэрированный карбогеном (95 % О2 и 5 % СО2) раствор Тироде со следующим составом: 140 мМ NaCl, 5.4 мМ KCl, 1 мМ CaCl2, 1 мМ MgCl2, 10 мМ HEPES, 5.6 мМ глюкозы, pH 7.4. Эксперименты проводили с подогревом перфузирующего раствора до 36–37°С. Скорость перфузии составляла 5–7 мл/мин. Удаление из экспериментальной камеры избыточного раствора осуществляли через силиконовую трубочку диаметром 1 мм, подключенную к аспиратору. Изготовление микроэлектродов (патч-пипеток) с диаметром кончика 5 мкм производили с использованием программируемого пуллера (Sutter Jnstr., Model P-1000, США) из трубочек боросиликатного стекла с наружным диаметром 1.5 мм и внутренним диаметром 0.86 мм. После этого микроэлектрод заполняли раствором Тироде (РТ) или раствором Тироде с добавлением блокатора SK-каналов апамина (Tocris, США) в концентрации 500 нM (РТА). Сопротивление заполненного РТ микроэлектрода составляло около 2 МОм. Сократительная активность сердца блокировалась добавлением в перфузирующий раствор блокатора миозиновой АТФ-азы 2,3-бутандион моноксима (BDM, Sigma-Aldrich, США) в концентрации 30 мМ. Микроэлектрод, заполненный РТ или РТА и подключенный к входу усилителя AM-1500 (National Instruments, США), подводили к произвольно выбранным участкам поверхности ЛЖ исследуемых сердец ЛО- и ИР-групп крыс при помощи микроманипулятора Sensapex (Финляндия). При образовании устойчивого контакта кончика микроэлектрода на выбранном участке поверхности ЛЖ сердца нами регистрировались авторитмические систолические вПД субэпикардиальных миоцитов с частотой в диапазоне 0.3 — 1 Гц. Как было нами ранее показано, при использовании микроэлектрода с тонким кончиком, свыше 80% случайным образом регистрируемых ответов от субэпикарда ЛЖ относятся к вПД2 (два негативных пика, позиция кончика электрода в зоне кардиомиоцита, содержащей один или более выхода t-трубочек на поверхность клетки) [25]. Поэтому для регистрации достаточного для статистической обработки количества вПД1 (один негативный пик, кончик микроэлектрода находится в районе мембраны клетки, не содержащей выходов t-трубочек на поверхность) осуществлялся целенаправленный поиск именно таких ответов путем последовательного смещения (10–15 мкм) кончика микроэлектрода в соседние участки миоцитов субэпикарда до появления соответствующего ответа. При этом выбор мест регистрации вПД в сердцах ИР-группы определялся как в субэпикарде над зоной вероятного интрамурального инфаркта (ниже места перетяжки коронарной артерии), так и вне этой зоны. В среднем в каждом эксперименте выполнялось непрерывная 30-минутная регистрация 2–3 вПД1 или вПД2. После этого происходила замена микропипетки на микропипетку, заполненную альтернативным раствором, и последующая регистрация вПД по тому же алгоритму. Регистрируемые сигналы оцифровывались с частотой 10 кГц при помощи аналого-цифрового преобразователя NI USB-6211 (National Instruments, США) и анализировались с помощью программного пакета WinWCP 5 (SIPBS, Великобритания). Все данные проверяли на нормальность распределения (тест Шапиро–Уилка) и, в соответствии с результатами этой проверки, различия между значениями в ЛО- и ИР-группах оценивали как достоверные при p < 0.05, используя соответствующий параметрический или непараметрический тест. Представленные в тексте данные приведены в виде средних значений величин с их стандартными ошибками.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Электрокардиографические исследования.

Регистрация ЭКГ осуществлялась во время операции для определения точности наложения лигатуры: острая ишемия сопровождалась подъёмом ST-сегмента. Анализ записей II стандартного отведения ЭКГ крыс через 4 недели после операции в ИР-группе показал характерные достоверные изменения ряда амплитудных параметров по сравнению с крысами ЛО-группы, а именно снижение амплитуды S и T зубцов (рис. 1). Достоверных отличий амплитуды других зубцов показано не было. Также не было показано изменения длительности интервалов RR, QT и QTc в группе ИР-крыс по сравнению с крысами ЛО-группы.

 

Рис. 1. Усредненные QRST-комплексы ЛО- (а) и ИР-крыс (b) во II стандартном отведении и средние значения амплитуд зубцов Q, R, S, Т (с) по всей выборке через 4 недели после операции (красные столбцы – ЛО-группа (15 крыс); синие столбцы – ИР-группа (21 крыса).
(* – достоверное отличие от ЛО-группы, p < 0.05. Для зубцов Q, S и T – U-критерий Манна — Уитни; для зубца R – t-критерий Стьюдента).

 

Оценка размера инфарктной зоны.

У крыс ИР-группы после извлечения сердца и помещения в экспериментальную камеру зона инфаркта отчетливо визуализировалась в виде светлой области ниже области лигирования. Доля рубцовой ткани, рассчитанная на основе анализа поперечных срезов стенки ЛЖ, варьировала в диапазоне от 5% до 35% при среднем значении 15.6 ± 2.6% (17 крыс). При этом зона рубца, как правило, не затрагивала субэпикардиальные миоциты, от которых осуществлялось отведение вПД (рис. 2b), что согласуется с данными о том, что непродолжительная ишемия ( < 45 мин) сопровождается минимальной гибелью клеток субэпикарда [26, 27].

 

Рис. 2. Срезы сердец ЛО- (а) и ИР-крыс (b), окрашенные раствором трифенилтетразолия хлористого. Пунктиром обозначены границы рубцовой ткани.

 

В сердцах крыс ЛО-группы (5 крыс), использовавшихся в электрофизиологических экспериментах, зоны некроза на срезах выявлены не были, что позволяет говорить об отсутствии дополнительного, повреждающего миокард воздействия в период проведения электрофизиологических экспериментов на изолированном сердце (рис. 2a).

 

Рис. 3. Репрезентативные примеры профилей вПД1 (eAP1) и вПД2 (eAP2) субэпикарда ЛЖ крыс ЛО- (а) и ИР-групп (b). Все ответы нормализованы к величине их первого и единственного для вПД1 негативного пика (P1); P2 – отметка второго негативного пика в составе вПД2. Стрелками отмечена фаза СГ (afterhyperpolarization, AHP).

 

Электрофизиологические исследования: изменение профилей вПД после ИР.

В электрофизиологических экспериментах были исследованы изолированные сердца крыс ЛО- и ИР-групп (по 5 крыс в каждой группе). Регистрация ответов осуществлялась с использованием микроэлектродов, заполненных РТ. На рис. 3 представлены примеры индивидуальных вПД1 и вПД2 субэпикардиальных кардиомиоцитов ЛЖ. Как отмечалось ранее (см. Материалы и методы), профили вПД кардиомиоцитов ЛЖ сердца ЛО- (рис. 3а) и ИР-крыс (рис. 3b) представляли собой сигналы двух типов. Профили внеклеточных ответов, регистрируемые в ЛО- и ИР-группах, существенно различались между собой по времени реполяризации T₉₀ (время спада на 90% до базовой линии): T₉₀ вПД1 ИР-крыс было выше такового параметра в сердцах ЛО-крыс (12.2 ± 1.04 мс и 5.4 ± 0.5 мс соответственно; более 100 регистраций в каждом из 5 сердец в каждой группе), тогда как T₉₀ вПД2 в сердцах ИР-группы было ниже соответствующего значения в группе ЛО-животных (29.3 ± 1.5 мс и 46.7 ± 3.2 мс соответственно; более 100 регистраций в каждом из 5 сердец в каждой группе). Также вПД1 и вПД2 у крыс ИР-группы сопровождались выраженной позитивной фазой СГ. При этом указанные различия сохранялись вне зависимости от места регистрации ответов относительно зоны инфаркта.

Электрофизиологические эксперименты: изменения профилей вПД ЛО- и ИР-крыс при локальной доставке апамина.

Как показано на рис. 4, в ЛО-группе после формирования контакта кончика микропипетки, заполненной РТА, не наблюдалось достоверных изменений профилей вПД как 1-го, так и 2-го типа на протяжении 30-минутной непрерывной регистрации (p > 0.05).

 

Рис. 4. Апамин не влияет на спад вПД 1-го и 2-го типа эпикардиальных миоцитов ЛЖ сердца ЛО-крыс.

(a), (b) – репрезентативные примеры вПД1 (eAP1) и вПД2 (eAP2) соответственно в начале (сплошная линия) и через 30 минут (пунктирная линия) после контакта кончика микропипетки, заполненной РТА. Р1 и P2 – отметка пиков в составе профилей вПД.
(с), (d) – средние значения T₉₀ вПД1 (eAP1) и вПД2 (eAP2) соответственно в начале (T₀) и через 30 минут (T₃₀) непрерывной регистрации (парный t-критерий Стьюдента, p > 0.05).
(e), (f) – средние значения амплитуды СГ (AHP) вПД1 (eAP1) и вПД2 (eAP2) соответственно, нормированные к первому негативному пику P1, в начале (T₀) и через 30 мин (T₃₀) непрерывной регистрации (T-критерий Вилкоксона для связных выборок, p > 0.05).
(n – число регистраций в группе из 5 животных).

 

Однако, как показано на рис. 5, в ИР-группе к 30-й минуте после формирования контакта кончика микропипетки, заполненной РТА, наблюдалось подавление фазы СГ у вПД1 и вПД2 и увеличение их T₉₀. Одновременно у вПД2 наблюдалось формирование повторных негативных пиков постдеполяризация (afterdepolarization, AD), формирующихся как на спаде, так и после окончания вПД2.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Полученные в представленных исследованиях данные ЭКГ (достоверное снижение амплитуды S- и T-зубцов) и данные планиметрического анализа поперечных срезов сердца подтверждают ранее опубликованные нами результаты по развитию ИМ в модели ИР [20]. Как в вышеуказанной, так и в данной работе для регистрации вПД мы использовали электроды с тонким кончиком (наружный диаметр 5 мкм). В отличие от традиционной внутриклеточной регистрации или внеклеточной регистрации сигналов электродами с бо́льшим диаметром кончика, этот метод позволяет осуществлять регистрацию вПД от разных мембранных компартментов индивидуальных кардиомиоцитов. С помощью данного метода было показано, что ИМ у крыс сопровождается разнонаправленными изменениями вПД1, отражающих активность ионных токов через наружную плазматическую мембрану, и вПД2, отражающих активность ионных токов мембраны T-системы кардиомиоцитов. А именно, у вПД1 время реполяризации (T₉₀) по сравнению с ЛО-крысами увеличивалось, тогда как вПД2 демонстрировали ее существенное укорочение. Скорость реполяризации кардиомиоцитов является одним из критических параметров для поддержания нормальной сердечной активности и определяется во многом активностью K⁺-каналов “реполяризационного” резерва. Основными реполяризующими токами в миокарде взрослых крыс являются Ito (transient outward K⁺ current) и IKur (ultrarapid delayed rectifier current) [28, 29]. Показано, что при инфаркте миокарда происходит значительное снижение Ito [30], что может приводить к удлинению ПД. Увеличение длительности вПД1, показанное в нашем исследовании, вероятнее всего, и определялось снижением реполяризующего Ito. В свою очередь, снижение длительности вПД2, наблюдаемое нами в модели ИР, опосредовалось, по всей вероятности, активацией SK-каналов, локализованных преимущественно в районе T-трубочек [31]. Причём ISK компенсировал и превышал снижение Ito.

Роль SK-каналов в формировании СГ и в определении длительности вПД кардиомиоцитов ЛЖ сердец постинфарктных крыс (по сравнению с ЛО-крысами) в данном исследовании подтверждается нашими экспериментами с локальной аппликацией блокатора SK-каналов апамина. Наблюдавшееся в этих экспериментах удлинение спада вПД1 и вПД2 не может быть объяснено блокированием других типов K⁺-токов реполяризационного резерва, поскольку апамин является высокоселективным блокатором именно SK-каналов [32]. Единственный известный ток, блокируемый апамином, — это ток через Ca²⁺-каналы L-типа сердца куриного эмбриона [33]. Однако блокада этого деполяризующего тока, если бы происходила в сердечной мышце крысы, привела бы к укорочению, но не удлинению вПД2 и не оказывала бы влияния на вПД1, формирующийся активностью преимущественно натриевых и калиевых каналов поверхностной мембраны клетки.

 

Рис. 5. Апамин модулирует спад вПД 1-го и 2-го типа эпикардиальных миоцитов ЛЖ сердца крыс ИР-группы.

(a), (b) – репрезентативные примеры вПД1 (eAP1) и вПД2 (eAP2) соответственно в начале (сплошная линия) и через 30 минут (пунктирная линия) после контакта кончика микропипетки, заполненной РТА. Р1 и P2 – отметка пиков в составе профилей вПД. Стрелками отмечены СГ (AHP) и постдеполяризация (AD).
(c), (d) – соответственно средние значения T₉₀ и амплитуды СГ (AHP), нормированной к величине P1, в ходе непрерывной регистрации вПД1 и вПД2 в начале (T₀) и через 30 минут (T₃₀) после контакта кончика микропипетки, заполненной РТА (n – число регистраций в группе из 5 животных).
* – достоверные отличия средних значений параметров вПД1и вПД2 при T₃₀ от среднего значения аналогичных параметров при T₀ (p < 0.05; парный t-критерий Стьюдента).

 

Важно то, что апамин не изменял профили вПД вентрикулярных кардиомиоцитов ЛО-крыс, но блокировал СГ и продлевал фазу спада как вПД1, так и вПД2 кардиомиоцитов ИР-группы. Это наблюдение предполагает, что ИР ассоциируется с увеличением экспрессии/активности SK каналов как в поверхностном, так и в тубулярном компартментах субэпикардиальных миоцитов ЛЖ сердца крысы. Продление спада вПД2 апамином сопровождалось также во многих случаях формированием дополнительных пиков постдеполяризация (afterdepolarization, AD; рис 5b). Одной из возможных причин формирования этих пиков может быть избыточная электрогенная активность Na+/Ca²⁺-обменника, преимущественно локализованного на мембране тубулярного компартмента [34]. Показано, что такая активность может являться триггером желудочковой тахикардии, развивающейся на поздних сроках после ИМ и сердечной недостаточности [35]. Наблюдаемые в наших экспериментах повторные пики деполяризации на фоне действия апамина могут отражать входящие токи через Na+/Ca²⁺-обменник, вызванные как спонтанным освобождением Ca²⁺ из саркоплазматического ретикулума (задержанная постдеполяризация), так и накоплением этих ионов в субмембранном пространстве T-системы (ранняя постдеполяризация) [20, 36]. Однако данное предположение требует дополнительной проверки. Вместе с тем тот факт, что эти пики деполяризации регистрируются только у вПД2, но не вПД1, свидетельствует об их активации именно в тубулярном компартменте мембраны, и в наших условиях они не приводят к развитию полноценной желудочковой тахикардии.

Стоит отметить, что BDM, применяемый в наших экспериментах для предотвращения сердечных сокращений, может модулировать некоторые ионные токи. Было показано, что BDM подавляет Ito и снижает активность Na+/Ca²⁺-обменника [37, 38]. В связи с этим стоит иметь в виду, что применение BDM может влиять на абсолютные значения ряда параметров ПД, включая его длительность. Однако в наших экспериментах BDM добавлялся во все растворы (РТ и РТА) при исследовании сердец обеих экспериментальных групп (ЛО и ИР). Поэтому описанные изменения профилей вПД в группе ИР-крыс по сравнению с ЛО-группой вряд ли могут быть отнесены к неспецифическим эффектам BDM.

В заключение отметим, что, согласно представленным данным, усиление экспрессии и/или активности SK-каналов в субэпикардиальных миоцитах является одной из составляющих структурно-функционального ремоделирования миокарда ЛЖ сердца после ИМ. Значение (компенсаторное или патологическое) этого изменения для функции миокарда нуждается в дальнейшем исследовании.

ВКЛАДЫ АВТОРОВ

Идея работы, планирование эксперимента (И.В.К.), сбор данных (А.В.С., И.В.К., Ю.А.Ф.), обработка данных (А.В.С., И.В.К., Ю.А.Ф.), написание и редактирование манускрипта (А.В.С., М.Г.Д., И.В.К.).

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены. Все процедуры, выполненные в исследованиях с участием животных, соответствовали этическим стандартам, утвержденным правовыми актами РФ, принципам Базельской декларации и рекомендациям, разработанным и утвержденным локальным этическим комитетом ИЭФБ РАН (Протокол № 5/2021 от 27.05.2021 г.).

ИСТОЧНИКИ ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена в рамках Государственного задания № 075-00264-24-00.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией данной статьи.

×

About the authors

A. V. Stepanov

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: botanik2407@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

M. G. Dobretsov

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: botanik2407@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

Yu. A. Filippov

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: botanik2407@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

I. V. Kubasov

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: botanik2407@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Hundahl LA, Sattler SM, Skibsbye L, Diness JG, Tfelt-Hansen J, Jespersen T (2017) Pharmacological blockade of small conductance Ca²⁺-activated K⁺ channels by ICA reduces arrhythmic load in rats with acute myocardial infarction. Pflugers Arch 469: 739–750. https://doi.org/10.1007/S00424-017-1962-6
  2. Krause S, Hess ML (1984) Characterization of cardiac sarcoplasmic reticulum dysfunction during short-term, normothermic, global ischemia. Circ Res 55: 176–184.https://doi.org/10.1161/01.RES.55.2.176
  3. Steenbergen C, Murphy E, Levy L, London RE (1987) Elevation in cytosolic free calcium concentration early in myocardial ischemia in perfused rat heart. Circ Res 60: 700–707.https://doi.org/10.1161/01.RES.60.5.700
  4. Tsujii E, Tanaka H, Oyamada M, Fujita K, Hamamoto T, Takamatsu T (2003) In situ visualization of the intracellular Ca²⁺ dynamics at the border of the acute myocardial infarct. Mol Cell Biochem 248: 135–139.https://doi.org/10.1023/A:1024188302849
  5. Xu Y, Tuteja D, Zhang Z, Xu D, Zhang Y, Rodriguez J, Nie L, Tuxson HR, Young JN, Glatter KA, Vázquez AE, Yamoah EN, Chiamvimonvat N (2003) Molecular identification and functional roles of a Ca(2+)-activated K⁺ channel in human and mouse hearts. J Biol Chem 278: 49085–49094.https://doi.org/10.1074/jbc.M307508200
  6. Tuteja D, Xu D, Timofeyev V, Lu L, Sharma D, Zhang Z, Xu Y, Nie L, Vázquez AE, Nilas Young J, Glatter KA, Chiamvimonvat N (2005) Differential expression of small-conductance Ca²⁺-activated K⁺ channels SK1, SK2, and SK3 in mouse atrial and ventricular myocytes. Am J Physiol Heart Circ Physiol 289: 2714–2723.https://doi.org/10.1152/AJPHEART.00534.2005
  7. Li N, Timofeyev V, Tuteja D, Xu D, Lu L, Zhang Q, Zhang Z, Singapuri A, Albert TR, Rajagopal A V., Bond CT, Periasamy M, Adelman J, Chiamvimonvat N (2009) Ablation of a Ca²⁺-activated K⁺ channel (SK2 channel) results in action potential prolongation in atrial myocytes and atrial fibrillation. J Physiol 587: 1087–1100.https://doi.org/10.1113/JPHYSIOL.2008.167718
  8. Tuteja D, Rafizadeh S, Timofeyev V, Wang S, Zhang Z, Li N, Mateo RK, Singapuri A, Young JN, Knowlton AA, Chiamvimonvat N (2010) Cardiac small conductance Ca²⁺-activated K⁺ channel subunits form heteromultimers via the coiled-coil domains in the C termini of the channels. Circ Res 107: 851–859.https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.109.215269
  9. Nagy N, Szuts V, Horváth Z, Seprényi G, Farkas AS, Acsai K, Prorok J, Bitay M, Kun A, Pataricza J, Papp JG, Nánási PP, Varró A, Tóth A (2009) Does small-conductance calcium-activated potassium channel contribute to cardiac repolarization? J Mol Cell Cardiol 47: 656–663.https://doi.org/10.1016/J.YJMCC.2009.07.019
  10. Chua SK, Chang PC, Maruyama M, Turker I, Shinohara T, Shen MJ, Chen Z, Shen C, Rubart-Von Der Lohe M, Lopshire JC, Ogawa M, Weiss JN, Lin SF, Ai T, Chen PS (2011) Small-Conductance Calcium-Activated Potassium Channel and Recurrent Ventricular Fibrillation in Failing Rabbit Ventricles. Circ Res 108: 971–979.https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.110.238386
  11. Chang PC, Turker I, Lopshire JC, Masroor S, Nguyen BL, Tao W, Rubart M, Chen PS, Chen Z, Ai T (2013) Heterogeneous upregulation of apamin-sensitive potassium currents in failing human ventricles. J Am Heart Assoc 2:. https://doi.org/10.1161/JAHA.112.004713
  12. Bonilla IM, Long VP, Vargas-Pinto P, Wright P, Belevych A, Lou Q, Mowrey K, Yoo J, Binkley PF, Fedorov V V., Györke S, Janssen PML, Kilic A, Mohler PJ, Carnes CA (2014) Calcium-Activated Potassium Current Modulates Ventricular Repolarization in Chronic Heart Failure. PLoS One 9: e108824. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0108824
  13. Lee YS oo, Chang PC, Hsueh CH, Maruyama M, Park HW ook, Rhee KS, Hsieh YC, Shen C, Weiss JN, Chen Z, Lin SF, Chen PS (2013) Apamin-Sensitive Calcium-Activated Potassium Currents in Rabbit Ventricles with Chronic Myocardial Infarction. J Cardiovasc Electrophysiol 24: 1144–1153. https://doi.org/10.1111/JCE.12176
  14. Gui L, Bao Z, Jia Y, Qin X, Cheng ZJ, Zhu J, Chen QH (2013) Ventricular tachyarrhythmias in rats with acute myocardial infarction involves activation of small-conductance Ca²⁺-activated K⁺ channels. Am J Physiol Heart Circ Physiol 304:.https://doi.org/10.1152/AJPHEART.00820.2011
  15. Kubasov IV, Stepanov AV, Panov AA, Chistyakova OV, Sukhov IB, Dobretsov MG (2021) Role of Potassium Currents in the Formation of After-Hyperpolarization Phase of Extracellular Action Potentials Recorded from the Control and Diabetic Rat Heart Ventricular Myocytes. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology 2021 57:6 57: 1511–1521. https://doi.org/10.1134/S0022093021060272
  16. Grunnet M, Jensen BS, Olesen SP, Klaerke DA (2001) Apamin interacts with all subtypes of cloned small-conductance Ca²⁺-activated K⁺ channels. Pflugers Arch 441: 544–550. https://doi.org/10.1007/S004240000447
  17. Kuzmenkov AI, Peigneur S, Nasburg JA, Mineev KS, Nikolaev M V., Pinheiro-Junior EL, Arseniev AS, Wulff H, Tytgat J, Vassilevski AA (2022) Apamin structure and pharmacology revisited. Front Pharmacol 13: 977440. https://doi.org/10.3389/FPHAR.2022.977440
  18. Skibsbye L, Diness JG, Sørensen US, Hansen RS, Grunnet M (2011) The duration of pacing-induced atrial fibrillation is reduced in vivo by inhibition of small conductance Ca²⁺-activated K⁺ channels. J Cardiovasc Pharmacol 57: 672–681. https://doi.org/10.1097/FJC.0B013E318217943D
  19. Chang PC, Hsieh YC, Hsueh CH, Weiss JN, Lin SF, Chen PS (2013) Apamin induces early afterdepolarizations and torsades de pointes ventricular arrhythmia from failing rabbit ventricles exhibiting secondary rises in intracellular calcium. Heart Rhythm 10: 1516–1524. https://doi.org/10.1016/J.HRTHM.2013.07.003
  20. Stepanov AV, Dobretsov MG, Novikova EV, Filippov YuA, Kubasov IV (2023) Remodeling of Extracellularly Recorded Action Potentials of Rat Heart Subepicardial Cardiomyocytes after Ischemia Reperfusion Injury. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology 2023 59:5 59: 1497–1509. https://doi.org/10.1134/S0022093023050046
  21. Zhang R, Han D, Li Z, Shen C, Zhang Y, Li J, Yan G, Li S, Hu B, Li J, Liu P (2018) Ginkgolide C alleviates myocardial ischemia/reperfusion-induced inflammatory injury via inhibition of CD40-NF-κB pathway. Front Pharmacol 9: 327207. https://doi.org/10.3389/FPHAR.2018.00109
  22. Ciuffreda MC, Tolva V, Casana R, Gnecchi M, Vanoli E, Spazzolini C, Roughan J, Calvillo L (2014) Rat Experimental Model of Myocardial Ischemia/Reperfusion Injury: An Ethical Approach to Set up the Analgesic Management of Acute Post-Surgical Pain. PLoS One 9: e95913. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0095913
  23. Murakami M, Niwa H, Kushikata T, Watanabe H, Hirota K, Ono K, Ohba T (2014) Inhalation Anesthesia Is Preferable for Recording Rat Cardiac Function Using an Electrocardiogram. Biol Pharm Bull 37: 834–839. https://doi.org/10.1248/BPB.B14-00012
  24. Fishbein MC, Meerbaum S, Rit J, Lando U, Kanmatsuse K, Mercier JC, Corday E, Ganz W (1981) Early phase acute myocardial infarct size quantification: Validation of the triphenyl tetrazolium chloride tissue enzyme staining technique. Am Heart J 101: 593–600. https://doi.org/10.1016/0002-8703(81)90226-X
  25. Kubasov I V., Stepanov A, Bobkov D, Radwanski PB, Terpilowski MA, Dobretsov M, Gyorke S (2018) Sub-cellular electrical heterogeneity revealed by loose patch recording reflects differential localization of sarcolemmal ion channels in intact rat hearts. Front Physiol 9: 309292. https://doi.org/10.3389/FPHYS.2018.00061
  26. Tejada T, Tan L, Torres RA, Calvert JW, Lambert JP, Zaidi M, Husain M, Berce MD, Naib H, Pejler G, Abrink M, Graham RM, Lefer DJ, Naqvi N, Husain A (2016) IGF-1 degradation by mouse mast cell protease 4 promotes cell death and adverse cardiac remodeling days after a myocardial infarction. Proc Natl Acad Sci U S A 113: 6949–6954. https://doi.org/10.1073/PNAS.1603127113
  27. Shimizu Y, Nicholson CK, Lambert JP, Barr LA, Kuek N, Herszenhaut D, Tan L, Murohara T, Hansen JM, Husain A, Naqvi N, Calvert JW (2016) Sodium sulfide attenuates ischemic-induced heart failure by enhancing proteasomal function in an Nrf2-dependent manner. Circ Heart Fail 9:. https://doi.org/10.1161/CIRCHEARTFAILURE.115.002368
  28. Abramochkin D V., Moiseenko LS, Kuzmin VS (2009) The effect of hydrogen sulfide on electrical activity of rat atrial myocardium. Bull Exp Biol Med 147: 683–686. https://doi.org/10.1007/s10517-009-0607-y
  29. Pustovit KB, Kuzmin VS, Abramochkin DV (2016) Diadenosine tetra- and pentaphosphates affect contractility and bioelectrical activity in the rat heart via P2 purinergic receptors. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol 389: 303–313. https://doi.org/10.1007/s00210-015-1199-x
  30. Rozanski GJ, Xu Z, Zhang K, Patel KP (1998) Altered K⁺ current of ventricular myocytes in rats with chronic myocardial infarction. Am J Physiol Heart Circ Physiol 274:. https://doi.org/10.1152/ajpheart.1998.274.1.H259
  31. Zhang XD, Coulibaly ZA, Chen WC, Ledford HA, Lee JH, Sirish P, Dai G, Jian Z, Chuang F, Brust-Mascher I, Yamoah EN, Chen-Izu Y, Izu LT, Chiamvimonvat N (2018) Coupling of SK channels, L-type Ca²⁺ channels, and ryanodine receptors in cardiomyocytes. Scientific Reports 2018 8:1 8: 1–13. https://doi.org/10.1038/s41598-018-22843-3
  32. Ishii TM, Maylie J, Adelman JP (1997) Determinants of apamin and d-tubocurarine block in SK potassium channels. Journal of Biological Chemistry 272: 23195–23200. https://doi.org/10.1074/jbc.272.37.23195
  33. Bkaily G, Sculptoreanu A, Jacques D, Economos D, Menard D (1992) Apamin, a highly potent fetal L-type Ca²⁺ current blocker in single heart cells. Am J Physiol Heart Circ Physiol 262 https://doi.org/10.1152/AJPHEART.1992.262.2.H463
  34. Scriven DRL, Dan P, Moore EDW (2000) Distribution of Proteins Implicated in Excitation-Contraction Coupling in Rat Ventricular Myocytes. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(00)76506-4
  35. Hegyi B, Bossuyt J, Griffiths LG, Shimkunas R, Coulibaly Z, Jian Z, Grimsrud KN, Sondergaard CS, Ginsburg KS, Chiamvimonvat N, Belardinelli L, Varró A, Papp JG, Pollesello P, Levijoki J, Izu LT, Boyd WD, Bányász T, Bers DM, Chen-Izu Y (2018) Complex electrophysiological remodeling in postinfarction ischemic heart failure. Proc Natl Acad Sci U S A 115: E3036–E3044. https://doi.org/10.1073/PNAS.1718211115/SUPPL_FILE/PNAS.201718211SI.PDF
  36. Weber CR, Piacentino V, Ginsburg KS, Houser SR, Bers DM (2002) Na+-Ca²⁺ Exchange Current and Submembrane [Ca²⁺] During the Cardiac Action Potential. Circ Res 90: 182–189. https://doi.org/10.1161/HH0202.103940
  37. Coulombe A, Lefevre IA, Deroubaix E, Thuringer D, Coraboeuf E (1990) Effect of 2,3-butanedione 2-monoxime on slow inward and transient outward currents in rat ventricular myocytes. J Mol Cell Cardiol 22: 921–932. https://doi.org/10.1016/0022-2828(90)90123-J
  38. Watanabe Y, Iwamoto T, Matsuoka I, Ohkubo S, Ono T, Watano T, Shigekawa M, Kimura J (2001) Inhibitory effect of 2,3-butanedione monoxime (BDM) on Na+/Ca²⁺ exchange current in guinea-pig cardiac ventricular myocytes. Br J Pharmacol 132: 1317–1325. https://doi.org/10.1038/SJ.BJP.0703926

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Averaged QRST complexes of LO (a) and IR (b) rats in standard lead II and average values ​​of the amplitudes of the Q, R, S, T waves (c) for the entire sample 4 weeks after surgery (red columns – LO group (15 rats); blue columns – IR group (21 rats).

Download (187KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Sections of the hearts of LO- (a) and IR-rats (b), stained with a solution of triphenyltetrazolium chloride. The dotted line indicates the boundaries of scar tissue.

Download (265KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Representative examples of the eAP1 and eAP2 profiles of the LV subepicardium in rats of the LO- (a) and IR-groups (b). All responses are normalized to the value of their first and only negative peak for eAP1 (P1); P2 is the mark of the second negative peak in eAP2. The arrows indicate the AHP phase (afterhyperpolarization).

Download (206KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Apamin does not affect the decline in the 1st and 2nd type of LV epicardial myocytes in the heart of LO rats.

Download (784KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Apamin modulates the decline in ePP of type 1 and 2 epicardial myocytes of the left ventricle of the heart of IR-group rats.

Download (386KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».