Features of length-dependent changes in calcium transients in the ventricular myocardium in rats of different ages

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The problem of cardiovascular regulation during aging has received insufficient attention, despite its high social significance. The common pathogenesis of cardiovascular regulation disorders in experimental animals and in elderly people makes it relevant to study the mechanisms of myocardial contractility regulation in a comparative experiment on laboratory animals of different ages. In order to establish the features of length-dependent mechanisms of healthy myocardial contractility regulation during aging, length-dependent changes in the characteristics of force, electrical activity and changes in the intracellular concentration of calcium ions (calcium transient or CaT) in the myocardium of the right ventricle of groups of young (1 month) and old (2.5 years) rats were assessed. The experiments were carried out on the trabeculae of the right ventricle of the hearts of male Wistar rats. In the isometric contraction mode, with varying degrees of stretching, the indices of mechanical tension, CaT and transmembrane action potentials (AP) were recorded. It has been experimentally established that old animal has a smaller amplitude of isometric tension, a lower rate of development of isometric tension, and a longer AP in comparison with young animals. For the first time, age-related features of length-dependent changes in the CaT curves obtained at different preloads of the ventricular myocardium, with their superposition, have been established. In old animals, the duration of the CaT decline by 30% of its amplitude is significantly greater than in young animals. The effect of the degree of acto-myosin overlap on the intracellular kinetics of calcium ions in the ventricular myocardium strips of rats of different ages has been shown, using the developed method of the difference of the curves of calcium transients. The relative amplitude and area of segment III of the CaT difference curves are significantly greater in young animals, in comparison with old ones.

About the authors

R. V. Lisin

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: lisin.ruslan@gmail.com
Yekaterinburg, Russia

A. A. Balakin

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Yekaterinburg, Russia

D. A. Kuznetsov

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Yekaterinburg, Russia

A. I. Zudova

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Yekaterinburg, Russia

Yu. L. Protsenko

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Yekaterinburg, Russia

References

  1. Saner H (2005) [Cardiovascular system and aging]. Ther Umsch 62: 827–835. https://doi.org/10.1024/0040-5930.62.12.827
  2. Иванов ДО, Орел ВИ, Александрович ЮС, Пшениснов КВ, Ломовцева РХ (2019) Заболевания сердечно сосудистой системы как причина смертности в Российской Федерации: пути решения проблемы. Медицина и организация здравоохранения 4: 4–12. [Ivanov DO, Orel VI, Aleksandrovich YuS, Pshenisnov KV, Lomovceva RH (2019) Cardiovascular diseases as a cause of mortality in the Russian Federation: ways to solve the problem. Medicina i organizaciya zdravoohraneniya 4: 4–12. (In Russ)].
  3. Herman AB, Occean JR, Sen P (2021) Epigenetic dysregulation in cardiovascular aging and disease. J Cardiovasc Aging 1: 10. https://doi.org/10.20517/jca.2021.16
  4. Lakatta EG, Yin FC (1982) Myocardial aging: functional alterations and related cellular mechanisms. Am J Physiol 242: H927–H941. https://doi.org/10.1152/ajpheart.1982.242.6.H927
  5. Weisser-Thomas J, Nguyen Q, Schuettel M, Thomas D, Dreiner U, Grohé C, Meyer R (2007) Age and hypertrophy related changes in contractile post-rest behavior and action potential properties in isolated rat myocytes. Age (Dordr) 29: 205–217. https://doi.org/10.1007/s11357-007-9040-1
  6. Kusunose K, Yamada H, Nishio S, Ishii A, Hirata Y, Seno H, Saijo Y, Ise T, Yamaguchi K, Yagi S, Soeki T, Wakatsuki T, Sata M (2017) RV Myocardial Strain During Pre-Load Augmentation Is Associated With Exercise Capacity in Patients With Chronic HF. JACC Cardiovasc Imaging 10: 1240–1249. https://doi.org/10.1016/j.jcmg.2017.03.022
  7. Schwinger RH, Böhm M, Koch A, Schmidt U, Morano I, Eissner HJ, Uberfuhr P, Reichart B, Erdmann E (1994) The failing human heart is unable to use the Frank-Starling mechanism. Circulat Res 74(5): 959–969. https://doi.org/10.1161/01.RES.74.5.959
  8. Kosta S, Dauby PC (2021) Frank-Starling mechanism, fluid responsiveness, and length-dependent activation: Unravelling the multiscale behaviors with an in silico analysis. PLoS Comput Biol 17: e1009469. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1009469
  9. Wang X, Kallish N, Solaro RJ, Dong W-J (2025) Ca2+ sensitivity changes in skinned myocardial fibers induced by myosin–actin crossbridge-independent sarcomere stretch: Role of N-domain of MyBP-C. J Mol Cell Cardiol 202: 24–34. https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2025.03.004
  10. Лисин РВ, Балакин АА, Зудова АИ, Проценко ЮЛ (2025) Исследование влияния длинозависимых изменений кинетики миозиновых мостиков на переходные процессы Са2+ в миокарде правого предсердия и правого желудочка крыс. Рос физиол журн им ИМ Сеченова 111(3): 522–541. [Lisin RV, Balakin AA, Zudova AI, Protsenko YuL (2025) Effect of Length-Dependent Changes in Myosin Cross-Bridge Kinetics on Calcium Transients in Right Atrial and Right Ventricular Myocardium of Rats. Russ J Physiol 111(3): 522–541. (In Russ)]. https://doi.org/10.31857/S0869813925030102
  11. The length-dependent activation of contraction is equally impaired in impuberal male and female rats in monocrotaline-induced right ventricular failure – Lookin – 2015 – Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology – Wiley Online Library. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1440-1681.12471. Accessed 7 Aug 2025
  12. Blanchard EM, Smith GL, Allen DG, Alpert NR (1990) The effects of 2,3-butanedione monoxime on initial heat, tension, and aequorin light output of ferret papillary muscles. Pflugers Arch 416: 219–221. https://doi.org/10.1007/BF00370248
  13. Kettlewell S, Walker NL, Cobbe SM, Burton FL, Smith GL (2004) The electrophysiological and mechanical effects of 2,3-butane-dione monoxime and cytochalasin-D in the Langendorff perfused rabbit heart. Exp Physiol 89: 163–172. https://doi.org/10.1113/expphysiol.2003.026732
  14. Lookin O (2020) The use of Ca-transient to evaluate Ca2+ utilization by myofilaments in living cardiac muscle. Clin Exp Pharmacol Physiol 47: 1824–1833. https://doi.org/10.1111/1440-1681.13376
  15. Kiriazis H, Gibbs CL (2000) Effects of aging on the work output and efficiency of rat papillary muscle. Cardiovasc Res 48: 111–119. https://doi.org/10.1016/s0008-6363(00)00144-9
  16. Weisser-Thomas J, Nguyen Q, Schuettel M, Thomas D, Dreiner U, Grohé C, Meyer R (2007) Age and hypertrophy related changes in contractile post-rest behavior and action potential properties in isolated rat myocytes. Age (Dordr) 29: 205–217. https://doi.org/10.1007/s11357-007-9040-1
  17. Huang C, Ding W, Li L, Zhao D (2006) Differences in the aging-associated trends of the monophasic action potential duration and effective refractory period of the right and left atria of the rat. Circ J 70: 352–357. https://doi.org/10.1253/circj.70.352
  18. Szegedi V, Tiszlavicz Á, Furdan S, Douida A, Bakos E, Barzo P, Tamas G, Szucs A, Lamsa K (2024) Aging-associated weakening of the action potential in fast-spiking interneurons in the human neocortex. J Biotechnol 389: 1–12. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2024.04.020
  19. Escande D, Loisance D, Planche C, Coraboeuf E (1985) Age-related changes of action potential plateau shape in isolated human atrial fibers. Am J Physiol 249: H843–H850. https://doi.org/10.1152/ajpheart.1985.249.4.H843
  20. Walker KE, Lakatta EG, Houser SR (1993) Age associated changes in membrane currents in rat ventricular myocytes. Cardiovasc Res 27: 1968–1977. https://doi.org/10.1093/cvr/27.11.1968
  21. Kaplan P, Jurkovicova D, Babusikova E, Hudecova S, Racay P, Sirova M, Lehotsky J, Drgova A, Dobrota D, Krizanova O (2007) Effect of aging on the expression of intracellular Ca(2+) transport proteins in a rat heart. Mol Cell Biochem 301: 219–226. https://doi.org/10.1007/s11010-007-9414-9
  22. Taffet GE, Tate CA (1993) CaATPase content is lower in cardiac sarcoplasmic reticulum isolated from old rats. Am J Physiol 264: H1609–H1614. https://doi.org/10.1152/ajpheart.1993.264.5.H1609
  23. Xu A, Narayanan N (1998) Effects of aging on sarcoplasmic reticulum Ca2+-cycling proteins and their phosphorylation in rat myocardium. Am J Physiol 275: H2087–H2094. https://doi.org/10.1152/ajpheart.1998.275.6.H2087
  24. Froehlich JP, Lakatta EG, Beard E, Spurgeon HA, Weisfeldt ML, Gerstenblith G (1978) Studies of sarcoplasmic reticulum function and contraction duration in young adult and aged rat myocardium. J Mol Cell Cardiol 10: 427–438. https://doi.org/10.1016/0022-2828(78)90364-4
  25. Orchard CH, Lakatta EG (1985) Intracellular calcium transients and developed tension in rat heart muscle. A mechanism for the negative interval-strength relationship. J Gen Physiol 86: 637–651. https://doi.org/10.1085/jgp.86.5.637
  26. Xiao RP, Spurgeon HA, O’Connor F, Lakatta EG (1994) Age-associated changes in beta-adrenergic modulation on rat cardiac excitation-contraction coupling. J Clin Invest 94: 2051–2059. https://doi.org/10.1172/JCI117559
  27. Nitahara JA, Cheng W, Liu Y, Li B, Leri A, Li P, Mogul D, Gambert SR, Kajstura J, Anversa P (1998) Intracellular calcium, DNase activity and myocyte apoptosis in aging Fischer 344 rats. J Mol Cell Cardiol 30: 519–535. https://doi.org/10.1006/jmcc.1997.0616
  28. Fitzsimons DP, Patel JR, Moss RL (1999) Aging-dependent depression in the kinetics of force development in rat skinned myocardium. Am J Physiol 276: H1511–H1519. https://doi.org/10.1152/ajpheart.1999.276.5.H1511
  29. Van der Velden J, Moorman AF, Stienen GJ (1998) Age-dependent changes in myosin composition correlate with enhanced economy of contraction in guinea-pig hearts. J Physiol 507(Pt 2): 497–510. https://doi.org/10.1111/j.1469-7793.1998.497bt.x

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 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».