Отправить статью по E-mail 
Внеклеточные потенциалы действия кардиомиоцитов желудочков в изолированном сердце крыс, содержащихся на высокожировой/высокосахарозной диете
- Авторы: Кубасов И.В.1, Степанов А.В.1, Филиппов Ю.А.1, Карнишкина О.Ю.1, Панов А.А.1, Добрецов М.Г.1
-
Учреждения:
- Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
- Выпуск: Том 60, № 6 (2024)
- Страницы: 626–636
- Раздел: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-4529/article/view/276217
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044452924070056
- EDN: https://elibrary.ru/KKCCFH
- ID: 276217
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
Крысы, содержащиеся на высокожировой/высокосахарозной диете (ВЖСД) в течение 10–12 недель, демонстрировали развитие гипергликемии и признаки висцерального ожирения. Субэпикардиальные миоциты левого желудочка (ЛЖ) сердец этих крыс отличались от контроля существенно увеличенной фракцией внеклеточных потенциалов действия (вПД) сердца, характеризующихся выраженной фазой следовой гиперполяризации (СГ) и ускоренным спадом вПД. Локальная доставка в зону регистрации вПД апамина (блокатора Са2+-зависимых К+-каналов низкой проводимости (IKCa, SK-каналы) в концентрации 500 нМ в составе раствора внутри пипетки сопровождалась подавлением фазы СГ и продлением спада вПД. Полученные данные предполагают, что потребление ВЖСД ведет к увеличению экспрессии и/или активности SK-каналов и, как результат, к развитию СГ и укорочению вПД эпикардиальных кардиомиоцитов ЛЖ сердца крыс.
Полный текст
Об авторах
И. В. Кубасов
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
Email: botanik2407@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
А. В. Степанов
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: botanik2407@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
Ю. А. Филиппов
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
Email: botanik2407@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
О. Ю. Карнишкина
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
Email: botanik2407@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
А. А. Панов
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
Email: botanik2407@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
М. Г. Добрецов
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
Email: botanik2407@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Kubasov IV, Chistyakova OV, Sukhov IB, Panov AA, Dobretsov MG (2020) Functional changes in the T-system of cardiomyocytes of the isolated rat heart during development of streptozotocin-induced diabetes. Russ J Physiol 106:1266–1277. https://doi.org/10.31857/s0869813920100052
- 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. J Evol Biochem Physiol 57:1511–1521. https://doi.org/10.1134/s0022093021060272
- Dedov II, Shestakova MV, Vikulova OK, Zheleznyakova AV, Isakov MA, Sazonova DV, Mokrysheva NG (2023) Diabetes Mellitus in the Russian Federation: Dynamics of Epidemiological Indicators According To the Federal Register of Diabetes Mellitus for the Period 2010–2022. Diabetes Mellit 26:104–123. https://doi.org/10.14341/DM13035
- American Diabetes Association (2023) Standards of Care in Diabetes. Diabetes Care 46:S1–S291
- Saklayen MG (2018) The Global Epidemic of the Metabolic Syndrome. Curr Hypertens Rep 20:1–8. https://doi.org/10.1007/s11906-018-0812-z
- Dobrowolski P, Prejbisz A, Kuryłowicz A, Baska A, Burchardt P, Chlebus K, Dzida G, Jankowski P, Jaroszewicz J, Jaworski P, Kamiński K, Kapłon-Cieślicka A, Klocek M, Kukla M, Mamcarz A, Mastalerz-Migas A, Narkiewicz K, Ostrowska L, Śliż D, Tarnowski W, Wolf J, Wyleżoł M, Zdrojewski T, Banach M, Januszewicz A, Bogdański P (2022) Metabolic syndrome – a new definition and management guidelines. Arch Med Sci 18:1133–1156. https://doi.org/10.5114/aoms/152921
- Rodríguez-Correa E, González-Pérez I, Clavel-Pérez PI, Contreras-Vargas Y, Carvajal K (2020) Biochemical and nutritional overview of diet-induced metabolic syndrome models in rats: what is the best choice? Nutr Diabetes 10:. https://doi.org/10.1038/s41387-020-0127-4
- Peris-Sampedro F, Mounib M, Schéle E, Edvardsson CE, Stoltenborg I, Adan RAH, Dickson SL (2019) Impact of Free-Choice Diets High in Fat and Different Sugars on Metabolic Outcome and Anxiety-Like Behavior in Rats. Obesity 27:409–419. https://doi.org/10.1002/oby.22381
- Ahmed H, Hannan JL, Apolzan JW, Osikoya O, Cushen SC, Romero SA, Goulopoulou S (2019) A free-choice high-fat, high-sucrose diet induces hyperphagia, obesity, and cardiovascular dysfunction in female cycling and pregnant rats. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 316:R472–R485. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00391.2018
- La Fleur SE, Luijendijk MCM, Van Rozen AJ, Kalsbeek A, Adan RAH (2011) A free-choice high-fat high-sugar diet induces glucose intolerance and insulin unresponsiveness to a glucose load not explained by obesity. Int J Obes 35:595–604. https://doi.org/10.1038/ijo.2010.164
- Kubasov IV, 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 9:1–9. https://doi.org/10.3389/fphys.2018.00061
- Kuzmenkov AI, Peigneur S, Nasburg JA, Mineev KS, Nikolaev MV, 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
- Seferović PM, Petrie MC, Filippatos GS, Anker SD, Rosano G, Bauersachs J, Paulus WJ, Komajda M, Cosentino F, de Boer RA, Farmakis D, Doehner W, Lambrinou E, Lopatin Y, Piepoli MF, Theodorakis MJ, Wiggers H, Lekakis J, Mebazaa A, Mamas MA, Tschöpe C, Hoes AW, Seferović JP, Logue J, McDonagh T, Riley JP, Milinković I, Polovina M, van Veldhuisen DJ, Lainscak M, Maggioni AP, Ruschitzka F, McMurray JJV (2018) Type 2 diabetes mellitus and heart failure: a position statement from the Heart Failure Association of the European Society of Cardiology. Eur J Heart Fail 20:853–872. https://doi.org/10.1002/ejhf.1170
- Fontes-Carvalho R, Ladeiras-Lopes R, Bettencourt P, Leite-Moreira A, Azevedo A (2015) Diastolic dysfunction in the diabetic continuum: Association with insulin resistance, metabolic syndrome and type 2 diabetes. Cardiovasc Diabetol 14:1–9. https://doi.org/10.1186/s12933-014-0168-x
- Kubasov IV, Stepanov AV, Györke S (2017) Action potential heterogeneity as revealed by extracellular microelectrode recording from the surface of the isolated rat heart. J Evol Biochem Physiol 53:515–518. https://doi.org/10.1134/S0022093017060102
- Kubasov IV, Bobkov DE, Stepanov AV, Sukhov IB, Chistyakova OV, Dobretsov MG (2020) Evaluation of the t-system of rat cardiomyocytes during early stages of streptozotocin-induced diabetes. Российский Физиологический Журнал Им И М Сеченова 106:1098–1108. https://doi.org/10.31857/s0869813920090046
- Zhang X-D, Thai PN, Lieu DK, Chiamvimonvat N (2021) Cardiac small-conductance calcium-activated potassium channels in health and disease. Pflüg Arch - Eur J Physiol 473:477–489. https://doi.org/10.1007/s00424-021-02535-0
- Yi F, Ling TY, Lu T, Wang XL, Li J, Claycomb WC, Shen WK, Lee HC (2015) Down-regulation of the small conductance calcium-activated potassium channels in diabetic mouse atria. J Biol Chem 290:7016–7026. https://doi.org/10.1074/jbc.M114.607952
- Fu X, Pan Y, Cao Q, Li B, Wang S, Du H, Duan N, Li X (2018) Metformin restores electrophysiology of small conductance calcium-activated potassium channels in the atrium of GK diabetic rats. BMC Cardiovasc Disord 18:1–8. https://doi.org/10.1186/s12872-018-0805-5
- Liu CH, Hua N, Fu X, Pan YL, Li B, Li XD (2018) Metformin regulates atrial SK2 and SK3 expression through inhibiting the PKC/ERK signaling pathway in type 2 diabetic rats. BMC Cardiovasc Disord 18:1–9. https://doi.org/10.1186/s12872-018-0950-x
- Kanaporis G, Blatter LA (2023) Activation of small conductance Ca²⁺-activated K+ channels suppresses Ca²⁺ transient and action potential alternans in ventricular myocytes. J Physiol 601:51–67. https://doi.org/10.1113/JP283870
- 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 304:118–130. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00820.2011
- Chang P-C, Hsieh Y-C, Hsueh C-H, Weiss JN, Lin S-F, Chen P-S (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
- Chang P-C, Chen P-S (2015) SK Channels and Ventricular Arrhythmias in Heart Failure. Trends Cardiovasc Med 25:508. https://doi.org/10.1016/j.tcm.2015.01.010
- Terentyev D, Rochira JA, Terentyeva R, Roder K, Koren G, Li W (2014) Sarcoplasmic reticulum Ca. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00621.2013
- 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
- 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. https://doi.org/10.1038/sj.bjp.0703926
- Stepanov AV, Dobretsov MG, Filippov YuA, Kubasov IV (2024) Influence of Apamin on the Extracellularly Recorded Action Potentials Profiles of Subepicardial Cardiomyocytes of the Rat Heart in Myocardial Infarction. J Evol Biochem Physiol 60:1317–1327. https://doi.org/10.1134/S0022093024040057
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1. Репрезентативные примеры непрерывной записи авторитмических вПД1 (a) и примеры индивидуальных профилей нормализованных вПД1 (b) и вПД2 (c) кардиомиоцитов сердец контрольных крыс. Профили индивидуальных вПД были нормализованы к величине их первого негативного пика (P1). Р2 – метка второго негативного пика вПД2. Штриховыми линиями представлены примеры сигналов, сопровождающихся фазой СГ (afterhyperpolarization, AHP). Обратите внимание, что вПД2, указанный штриховой линией, хотя и не имеет отчетливого второго негативного пика, характеризуется выраженным изломом на спаде своего единственного негативного пика (стрелка) и, поэтому тоже классифицирован, как вПД2.
Скачать (154KB)
3.
Рис. 2. Усредненные характеристики вПД субэпикарда ЛЖ сердец контрольных (10 сердец, белые столбцы) и ВЖСД (9 сердец, серые столбцы) крыс. (а) – Доля вПД1 (eAP1) по отношению к всем зарегистрированным вПД. (b) – Доля вПД1 без СГ (eAP1AHP=0) по отношению ко всем зарегистрированным вПД1. (с) – Амплитуда СГ вПД1. (d) – Т₉₀ вПД1. (e) – соотношение P2/P1 в вПД2 (eAP2). (f) – Доля вПД2 без СГ (eAP2AHP=0) по отношению ко всем зарегистрированным вПД2. (g) – Амплитуда СГ вПД2. (h) – Т₉₀ вПД2. * – t-критерий Стьюдента, p < 0.05; # – U-критерий Манна–Уитни, p < 0.05
Скачать (279KB)
4.
Рис. 3. Взаимоотношения характеристик вПД субэпикарда ЛЖ индивидуальных сердец контрольных (белые символы, n = 10) и ВЖСД (черные символы, n = 9) крыс. Каждый символ представляет среднюю по всем вПД1 (n = 4 – 12) или вПД2 (n = 14 – 46) регистрациям данного типа сигнала, осуществленным в данном сердце. (а) – Взаимоотношение между пиковой амплитудой СГ вПД1 (eAP1 AHP) и Т₉₀ вПД1 (eAP1 T₉₀) сигналов. Линия – примерная линия соответствия. (b) – Взаимоотношение между пиковой амплитудой СГ вПД2 (eAP2 AHP) и Т₉₀ вПД2 (eAP2 T₉₀) сигналов. Линия – результат регрессионного анализа всех данных (контроль и ВЖСД). Параметры линии регрессии: y = -333.4*x + 87.28; R² = 0.903. (с) – Взаимоотношение между пиковой амплитудой СГ и P2/P1 (eAP2 P2/P1 ratio) вПД2 сигналов. Линия – результат регрессионного анализа всех данных (контроль и ВЖСД). Параметры линии регрессии: y = -3.427*x + 0.8259; R² = 0.801.
Скачать (109KB)
5.
Рис. 4. Примеры изменений профилей нормализованных вПД1 и вПД2, без СГ (a, b) и с выраженной СГ (c, d) во время непрерывной регистрации с использованием микропипетки, содержащей апамин. На каждом из графиков интервал между показанными треками вПД 5-10 мин. Треки сигналов, зарегистрированных сразу после первого контакта пипетки с миоцитом и через 30 мин регистрации, показаны штриховыми линиями.
Скачать (215KB)
6.
Рис. 5. Подавление СГ вПД1 (а) и вПД2 (b) в течение 30-минутной регистрации микропипеткой с РТА в зависимости от исходной амплитуды СГ регистрируемого сигнала. На рисунках каждый символ представляет индивидуальную регистрацию от кардиомиоцита ЛЖ сердец контрольных (белые символы; (a) – 3 крысы, 9 измерений; (b) – 4 крысы, 12 измерений) или ВЖСД (черные символы; (a) – 3 крысы, 8 измерений; (b) – 4 крысы, 9 измерений) крыс. Сплошные линии – линии регрессии, рассчитанные для всех (контрольных и ВЖСД) данных, представленных на рисунке. Параметры регрессионных линий представлены в тексте.
Скачать (111KB)
7.
Рис. 6. Параметры вПД1 и вПД2 ВЖСД-крыс в начале регистрации и через 30 минут после начала аппликации апамина: (a) – Т₉₀ вПД1; (b) – амплитуда СГ вПД1; (c) – Т₉₀ вПД2; (d) – амплитуда СГ вПД2. (a, b) – 3 крысы, 8 измерений; (c, d) – 4 крысы, 9 измерений). * – парный t-критерий Стьюдента, p < 0.05; # – парный критерий Уилкоксона, p < 0.05.
Скачать (223KB)
