Káliumáramok szerepe kutya bal kamrai szívizomsejtek repolarizációjában

Absztrakt

A kamrai szívizomsejtek akciós potenciálja alatt folyó káliumáramok részt vesznek a sejtmembrán repolarizációjában, azonban az egyes áramok pontos szerepét még nem sikerült tisztázni. Ezt a témakörben fellelhető tanulmányok sokasága ellenére az okozza, hogy a hagyományos feszültség-clamp körülmények között végzett vizsgálatokból csak feltételezéseket tehetünk az akciós potenciál alatt ténylegesen folyó káliumáramok profiljára. Kísérleteink célja a kutya bal kamrai szívizomsejtekben megtalálható négy káliumáram (Ito, IKr, IKs, IK1) repolarizációban játszott pontos szerepének tisztázása volt. Ezt elsősorban az élettani viszonyokat leginkább tükröző akciós potenciál clamp körülmények között kívántuk elvégezni. Továbbá vizsgálni kívántuk az egyes ionáramok frekvenciafüggő sajátosságait is. Vizsgálatainkhoz a patch-clamp egészsejtes elrendezésének feszültség-clamp és akciós potenciál clamp módszerét, konvencionális mikroelektróda-technikát és matematikai modellezést alkalmaztuk. Valamennyi in vitro mérésünket kutyák bal kamrájából enzimatikusan izolált szívizomsejteken végeztük. Eredményeink alapján az Ito kizárólag az akciós potenciál kezdetén, 20–30 ms ideig aktív, és a korai repolarizáció létrehozásáért felelős. Az Ito nem vesz részt az akciós potenciál hosszának meghatározásában. Az IKr folyamatosan növekedik a plateau fázis során, és maximumát röviddel a repolarizáció legnagyobb meredeksége előtt éri el, mintegy triggerelve az IK1 csúcsának létrejöttét. Az IK1 a diastole alatt is aktív, azonban az akciós potenciál felszálló szára alatt deaktiválódik. Később a repolarizáció ütemének növekedésével az IK1 is egyre nagyobbá válik. Az IK1 határozza meg a repolarizáció legnagyobb meredekségét, tehát az akciós potenciál végső repolarizációjáért felelős. Vizsgálataink során az IKr illetve IK1 áramamplitúdók függetlennek bizonyultak az ingerlési frekvenciától. Kimutattuk, hogy az IKs normál körülmények között is hozzájárul a repolarizációhoz. Méréseink során az IKs növekedését tapasztaltuk mind az akciós potenciál hosszának növekedése, mind a plateau fázis magasságának emelkedése hatására. Kísérleteink alapján az IKs nagyságát elsősorban az akciós potenciál plateau fázisának amplitúdója határozza meg. Az L 364,373 anyaggal kapcsolatos vizsgálataink nem támasztották alá a molekula IKs-t aktiváló hatását. A kamrai akciós potenciál létrehozásában szerepet játszó ionáramok tulajdonságainak pontos ismerete a későbbiekben lehetővé teheti hatékonyabb, és kevesebb proarrhythmiás mellékhatással rendelkező antiarrhythmiás gyógyszerek fejlesztését.

Potassium currents flowing during a ventricular action potential contribute to the repolarization of the cell membrane, however the exact role of each current has not been cleared yet. Although there are many studies in this topic most of them were carried out with conventional voltage-clamp technique. With this method only presumptions can be made regarding a current flowing during an action potential in reality. The goal of our experiments were to clarify the exact role of four potassium currents (Ito, IKr, IKs, IK1) found in canine left ventricular myocardium. For this reason, action potential clamp method has been used. Furthermore the frequency dependent properties of the currents were studied as well. During our experiments conventional microelectrode technique, voltage-clamp and action potential clamp method in whole-cell configuration of the patch-clamp technique and mathematical modeling has been used. All of our in vitro experiments were carried out on enzimatically isolated canine left ventricular cardiomyocytes. According to our results Ito is flowing only in the beginning of the action potential for about 20 ms, and is responsible for the early repolarization phase. Ito does not play a role in determining the length of the action potential. IKr is gradually increasing during the plateau phase, reaching its peak shortly before the maximal rate of repolarization as it were triggering the peak of IK1. The IK1 is also active in the period of diastole but it is deactivated by the rising phase of the action potential. Later together with the gradually increasing rate of repolarization IK1 is becoming larger determining the maximal rate of repolarization, so thus governing the terminal repolarization. Neither IKr nor IK1 showed frequency dependent changes in our experiments. We demonstrated that IKs contributes to the normal repolarization. During our measurements IKs appeared to increase together with the longer action potential duration and with the higher amplitude of the plateau phase. However our results suggest that primarily the amplitude of the plateau determines the amplitude of IKs. We could not confirm the IKs activating effect of the L-364,373 compound previously obtained by others. Drugs with higher effectiveness and with less proarrhythmic adverse effects can be developed by knowing the exact properties of the ionic curents establishing the action potential.

Leírás
Kulcsszavak
elektrofiziológia, electrophysiology, káliumáram, potassium current, akciós potenciál, action potential, akciós potenciál clamp, action potential clamp, kamrai repolarizáció, venticular repolarization, kutya szívizomsejt, canine cardiomytocyte, frekvenciafüggés, ferquency dependence
Forrás