Deranged sodium to sudden death

In February 2014, a group of scientists convened as part of the University of California Davis Cardiovascular Symposium to bring together experimental and mathematical modelling perspectives and discuss points of consensus and controversy on the topic of sodium in the heart. This paper summarizes the topics of presentation and discussion from the symposium, with a focus on the role of aberrant sodium channels and abnormal sodium homeostasis in cardiac arrhythmias and pharmacotherapy from the subcellular scale to the whole heart. Two following papers focus on Na⁺ channel structure, function and regulation, and Na⁺/Ca²⁺ exchange and Na⁺/K⁺ ATPase. The UC Davis Cardiovascular Symposium is a biannual event that aims to bring together leading experts in subfields of cardiovascular biomedicine to focus on topics of importance to the field. The focus on Na⁺ in the 2014 symposium stemmed from the multitude of recent studies that point to the importance of maintaining Na⁺ homeostasis in the heart, as disruption of homeostatic processes are increasingly identified in cardiac disease states. Understanding how disruption in cardiac Na⁺-based processes leads to derangement in multiple cardiac components at the level of the cell and to then connect these perturbations to emergent behaviour in the heart to cause disease is a critical area of research. The ubiquity of disruption of Na⁺ channels and Na⁺ homeostasis in cardiac disorders of excitability and mechanics emphasizes the importance of a fundamental understanding of the associated mechanisms and disease processes to ultimately reveal new targets for human therapy.Centro de Investigaciones Cardiovasculare

Rôle du courant entrant lent I-si dans la détermination de la durée de potentiels d'action ventriculaires de rats nouveaux-nés

Le but de ce travail est d'abord de mettre en évidence et de caractériser la contribution du courant lent I-si à la durée des potentiels d'action ventriculaires de rats nouveaux-nés. Nous allons également tracer un tableau sommaire des courants, autres que I-si, qui contribuent à la génèse et à la repolarisation de ces potentiels d'action. Nous avons effectué des études de potentiels d'action à partir de tissu ventriculaire, à l'aide de microélectrodes de verre et des études de courants ioniques mesurés sur des myocytes isolés de rats nouveaux-nés par la technique de patch clamp. Les résultats montrent que les potentiels d'action ventriculaires enregistrés sur du tissu ventriculaire ou des myocytes isolés de rats nouveaux-nés possèdent des caractéristiques comparables. Ces potentiels d'action se distinguent par une phase de montée rapide inhibée par la TTX et déterminée par le courant sodique rapide I-Na. La repolarisation de ces potentiels d'action se décompose en trois phases distinctes: une phase rapide (phase 1) inhibée par la 4-AP et déterminée par un courant potassique sortant de nature transitoire semblable au courant I-Eo décrit par JOSEPHSON et coll. (1984) pour le rat adulte, une phase de plateau importante (phase 2) abolie par le cobalt et déterminée par le courant lent I-si et une phase 3 de repolarisation terminale déterminée probablement par un courant potassique indépendant du temps, correspondant à la description de I-K1. Pour des hyperpolarisations importantes à partir du potentiel d'inversion, ce courant montre une relaxation qui dépend du temps. Il n'existe apparemment pas de courant sortant qui s'active en fonction du potentiel et du temps dans cette préparation. Nos résultats montrent également que l'inactivation du courant lent I-si ne dépend pas uniquement du potentiel et du temps mais aussi de la nature de l'ion divalent qui passe par le canal. Ainsi une augmentation de la concentration externe en calcium à 10mM raccourcit la durée du plateau et allonge la phase terminale de repolarisation alors qu'une réduction de la concentration externe à 0.25mM produit un allongement de la durée au plateau. La substitution du calcium par le strontium dans le milieu externe provoque un allongement important de la durée mesurée à 30% et à 90% de repolarisation. Au niveau des courants on observe que l’inactivation du courant I-si est beaucoup plus lente en strontium et en barium qu'en présence de calcium dans le milieu externe. Ces résultat se reflètent par une constante de temps d'inactivation beaucoup plus élevée pour le strontium et le barium que pour le calcium. L'addition de calcium à un milieu contenant déjà du strontium accélère l'inactivation du courant transporté par le strontium. Ces résultats indiquent que le mécanisme de régulation lié au calcium de la phase d’inactivation du courant lent va jouer un rôle prépondérant dans la détermination de la durée des potentiels d'action mesurés lorsque le calcium est le transporteur de charge. Finalement nos résultats rendent très improbable l'existence de deux types de canaux calciques différents dans notre préparation de myocytes isolés de rats nouveaux-nés

Influence des procédures d'explantation sur les cellules ventriculaires de rats nouveau-nés en culture

Les propriétés morphologiques et électrophysiologiques du ventricule isolé de rat nouveau-né sont étudiées avant et après la mise en culture. Les cellules en culture sont dissociées, soit avec trypsine, soit en collagénase avec ou sans agitation mécanique et étudiées 10 heures, et 3 jours et plus après l'explantation. Les cellules du ventricule isolé montrent une organisation structurale importante caractérisée par des myofibrilles arrangées en parallèle et elles possèdent une électrogénèse déterminée par un courant rapide sodique sensible à la tétrodotoxine (TTX), un bloqueur spécifique du canal sodique rapide. Dix heures après la mise en culture, l'électrogénèse de ces cellules est toujours déterminée par un courant entrant rapide, sauf dans les préparations dissociées en collagénase avec agitation mécanique qui sont dépolarisées et inexcitables, cependant les myofibrilles ne sont plus arrangées en parallèle, mais dispersées d'une façon alléatoire à l'intérieur de la cellule. Quelques jours après l'explantation, et indépendamment de la méthode de dispersion utilisée, toutes les préparations montrent des myofibrilles parallèles avec des sarcomères bien différenciés, une organisation similaire à celle observée dans le ventricule isolé avant l'explantation. Ces cellules montrent un potentiel d'action à phase de montée lente, insensible à la TTX et de l'activité spontanée. Nos résultats indiquent que la désorganisation des myofibrilles, observée peu de temps après la mise en culture, ne réflète pas un endommagement cellulaire. De plus, la trypsine et la collagénase ne semblent pas avoir d'effets différents sur les propriétés morphologiques et électrophysiologiques de ces cellules en culture et le traitement à la trypsine paraît mieux préserver les préparations que celui à la collagénase, en présence d'agitation mécanique. L'agitation mécanique semble donc être un facteur important qui détermine l'état des cellules myocardiques en culture

Rôle du courant entrant lent I-si dans la détermination de la durée de potentiels d'action ventriculaires de rats nouveaux-nés

Le but de ce travail est d'abord de mettre en évidence et de caractériser la contribution du courant lent I-si à la durée des potentiels d'action ventriculaires de rats nouveaux-nés. Nous allons également tracer un tableau sommaire des courants, autres que I-si, qui contribuent à la génèse et à la repolarisation de ces potentiels d'action. Nous avons effectué des études de potentiels d'action à partir de tissu ventriculaire, à l'aide de microélectrodes de verre et des études de courants ioniques mesurés sur des myocytes isolés de rats nouveaux-nés par la technique de patch clamp. Les résultats montrent que les potentiels d'action ventriculaires enregistrés sur du tissu ventriculaire ou des myocytes isolés de rats nouveaux-nés possèdent des caractéristiques comparables. Ces potentiels d'action se distinguent par une phase de montée rapide inhibée par la TTX et déterminée par le courant sodique rapide I-Na. La repolarisation de ces potentiels d'action se décompose en trois phases distinctes: une phase rapide (phase 1) inhibée par la 4-AP et déterminée par un courant potassique sortant de nature transitoire semblable au courant I-Eo décrit par JOSEPHSON et coll. (1984) pour le rat adulte, une phase de plateau importante (phase 2) abolie par le cobalt et déterminée par le courant lent I-si et une phase 3 de repolarisation terminale déterminée probablement par un courant potassique indépendant du temps, correspondant à la description de I-K1. Pour des hyperpolarisations importantes à partir du potentiel d'inversion, ce courant montre une relaxation qui dépend du temps. Il n'existe apparemment pas de courant sortant qui s'active en fonction du potentiel et du temps dans cette préparation. Nos résultats montrent également que l'inactivation du courant lent I-si ne dépend pas uniquement du potentiel et du temps mais aussi de la nature de l'ion divalent qui passe par le canal. Ainsi une augmentation de la concentration externe en calcium à 10mM raccourcit la durée du plateau et allonge la phase terminale de repolarisation alors qu'une réduction de la concentration externe à 0.25mM produit un allongement de la durée au plateau. La substitution du calcium par le strontium dans le milieu externe provoque un allongement important de la durée mesurée à 30% et à 90% de repolarisation. Au niveau des courants on observe que l’inactivation du courant I-si est beaucoup plus lente en strontium et en barium qu'en présence de calcium dans le milieu externe. Ces résultat se reflètent par une constante de temps d'inactivation beaucoup plus élevée pour le strontium et le barium que pour le calcium. L'addition de calcium à un milieu contenant déjà du strontium accélère l'inactivation du courant transporté par le strontium. Ces résultats indiquent que le mécanisme de régulation lié au calcium de la phase d’inactivation du courant lent va jouer un rôle prépondérant dans la détermination de la durée des potentiels d'action mesurés lorsque le calcium est le transporteur de charge. Finalement nos résultats rendent très improbable l'existence de deux types de canaux calciques différents dans notre préparation de myocytes isolés de rats nouveaux-nés

Influence des procédures d'explantation sur les cellules ventriculaires de rats nouveau-nés en culture

Les propriétés morphologiques et électrophysiologiques du ventricule isolé de rat nouveau-né sont étudiées avant et après la mise en culture. Les cellules en culture sont dissociées, soit avec trypsine, soit en collagénase avec ou sans agitation mécanique et étudiées 10 heures, et 3 jours et plus après l'explantation. Les cellules du ventricule isolé montrent une organisation structurale importante caractérisée par des myofibrilles arrangées en parallèle et elles possèdent une électrogénèse déterminée par un courant rapide sodique sensible à la tétrodotoxine (TTX), un bloqueur spécifique du canal sodique rapide. Dix heures après la mise en culture, l'électrogénèse de ces cellules est toujours déterminée par un courant entrant rapide, sauf dans les préparations dissociées en collagénase avec agitation mécanique qui sont dépolarisées et inexcitables, cependant les myofibrilles ne sont plus arrangées en parallèle, mais dispersées d'une façon alléatoire à l'intérieur de la cellule. Quelques jours après l'explantation, et indépendamment de la méthode de dispersion utilisée, toutes les préparations montrent des myofibrilles parallèles avec des sarcomères bien différenciés, une organisation similaire à celle observée dans le ventricule isolé avant l'explantation. Ces cellules montrent un potentiel d'action à phase de montée lente, insensible à la TTX et de l'activité spontanée. Nos résultats indiquent que la désorganisation des myofibrilles, observée peu de temps après la mise en culture, ne réflète pas un endommagement cellulaire. De plus, la trypsine et la collagénase ne semblent pas avoir d'effets différents sur les propriétés morphologiques et électrophysiologiques de ces cellules en culture et le traitement à la trypsine paraît mieux préserver les préparations que celui à la collagénase, en présence d'agitation mécanique. L'agitation mécanique semble donc être un facteur important qui détermine l'état des cellules myocardiques en culture

Rôle du courant entrant lent Isi dans la détermination de la durée de potentiels d'action ventriculaires de rats nouveaux-nés

Le but de ce travail est d'abord de mettre en évidence et de caractériser la contribution du courant lent Isi à la durée des potentiels d'action ventriculaires de rats nouveaux-nés. Nous allons également tracer un tableau sommaire des courants, autres que Isi, qui contribuent à la génèse et à la repolarisation de ces potentiels d'action. Nous avons effectué des études de potentiels d'action à partir de tissu ventriculaire, à l'aide de microélectrodes de verre et des études de courants ioniques mesurés sur des myocytes isolés de rats nouveaux-nés par la technique de patch clamp. Les résultats montrent que les potentiels d'action ventriculaires enregistrés sur du tissu ventriculaire ou des myocytes isolés de rats nouveaux-nés possèdent des caractéristiques comparables. Ces potentiels d'action se distinguent par une phase de montée rapide inhibée par la TTX et déterminée par le courant sodique rapide INa. La repolarisation de ces potentiels d'action se décompose en trois phases distinctes : une phase rapide (phase 1) inhibée par la 4-AP et déterminée par un courant potassique sortant de nature transitoire semblable au courant IEo décrit par JOSEPHSON et coll. (1984) pour le rat adulte, une phase de plateau importante (phase 2) abolie par le cobalt et déterminée par le courant lent Isi et une phase 3 de repolarisation terminale déterminée probablement par un courant potassique indépendant du temps, correspondant à la description de IK1. Pour des hyperpolarisations importantes à partir du potentiel d'inversion, ce courant montre une relaxation qui dépend du temps. Il n'existe apparemment pas de courant sortant qui s'active en fonction du potentiel et du temps dans cette préparation. Nos résultats montrent également que l'inactivation du courant lent Isi ne dépend pas uniquement du potentiel et du temps mais aussi de la nature de l'ion divalent qui passe par le canal. Ainsi une augmentation de la concentration externe en calcium à 10mM raccourcit la durée du plateau et allonge la phase terminale de repolarisation alors qu'une réduction de la concentration externe à 0.25mM produit un allongement de la durée au plateau. La substitution du calcium par le strontium dans le milieu externe provoque un allongement important de la durée mesurée à 30% et à 90% de repolarisation. Au niveau des courants on observe que l'inactivation du courant Isi est beaucoup plus lente en strontium et en barium qu'en présence de calcium dans le milieu externe. Ces résultat se reflètent par une constante de temps d'inactivation beaucoup plus élevée pour le strontium et le barium que pour le calcium. L'addition de calcium à un milieu contenant déjà du strontium accélère l’inactivation du courant transporté par le strontium. Ces résultats indiquent que le mécanisme de régulation lié au calcium de la phase d'inactivation du courant lent va jouer un rôle prépondérant dans la détermination de la durée des potentiels d'action mesurés lorsque le calcium est le transporteur de charge. Finalement nos résultats rendent très improbable l'existence de deux types de canaux calciques différents dans notre préparation de myocytes isolés de rats nouveaux-nés