Can the electrophysiological action of rosiglitazone explain its cardiac side effects?

L

Utódepolarizációk ionmechanizmusainak vizsgálata akciós potenciál clamp módszerrel = Afterdepolarization, Cellular electrophysiology, Action Potential Clamp

A project célja az volt, hogy megismerjük az utódepolarizációk által kiváltott ritmuszavarok hátterében álló ionmechanizmusokat. Hagyományos- és akciós potenciál feszültség clamp technika segítségével tanulmányoztuk az akciós potenciál alatt folyó ionáramok tulajdonságait emlős miocardiumban. Matematikai modellek alkalmazásával a tanulmányozott ionáramok viselkedése az akciós potenciál formájából prediktálható volt. - Vizualizáltuk és analizáltuk az akciós potenciál alatti lefutását a következő áramoknak: klorid áram, L-tipusú kalcium áram és a késői egyenirányító kálium áram lassú komponense. A klorid áram az akciós potenciál korai fázisában kifelé irányul, majd irányt vált. Gátlása az akciós potenciált nyújtja és fokozza az utódepolarizációk jelentkezésének gyakoriságát. Az L-tipusú kalcium áram az akciós potenciál első 20 milliszekunduma alatt eléri maximumát, majd platófázis nélkül igen gyorsan lecseng. Megfigyelésünk szerint a késői egyenirányító kálium áram lassú komponense a terminális repolarizáció igen fontos tényezője. - Vizsgáltuk az emlős szívizomzat ioncsatornáinak aszimmetrikus megoszlását. Összehasonlítottuk az ionáramokat és az akciós potenciál morfológiáját az szivizomzat különböző régióiban. Azt találtuk, hogy a tranziens outward K+ áram és a késői egyenirányító K+ áram lassú komponense jelentősen nagyobb az epicardiumban mint a midmyocardiumban mind humán mind kutya szívizom esetén. A Kv4.3, Kv1.4, KchIP2 és KvLQT1 csatornaproteinek expressziója ugyancsak jelentősen magasabb volt az epicardiumban. | The goal of this project was to obtain information on the ionic mechanism of cardiac arrhythmias caused different types of afterdepolarizations. We used traditional and action potential voltage clamp methods to understand the behavior of ionic currents during the action potential in mammalian myocardium. Using mathematical models we could predict the profile of ionic currents studied from the contour of action potential. - We visualized and analyzed the profile of the chloride current, the L-type calcium current and the slow component of delayed rectifier potassium current during the action potential. The chloride current showed an outward peak during the early phase of action potential, but later it became inward. Inhibition of the chloride current prolonged the action potential and facilitated the development of afterdepolarizations. The L-type calcium current showed an early peak during the firs 20 milliseconds of the action potential and decayed quickly without a plateau phase. The slow component of the delayed rectifier potassium current was found to be a crucial component of terminal repolarization. - We studied the asymmetrical distribution of ion channels in mammalian myocardium. We compared the ionic currents and the morphology of action potential in the different regions of the myocardium. We found that the amplitude of the transien outward K+ current and the slow componenet of the delayed rectifier K+ current was significanly larger in epicardiac than in midmyocardiac cells in both human and canine heart. Expression of Kv4.3, Kv1.4, KchIP2 and KvLQT1 was singificantly higher in epicardium

Effect of thymol on kinetic properties of Ca and K currents in rat skeletal muscle

BACKGROUND: Thymol is widely used as a general antiseptic and antioxidant compound in the medical practice and industry, and also as a stabilizer to several therapeutic agents, including halothane. Thus intoxication with thymol may occur in case of ingestion or improper anesthesia. In the present study, therefore, concentration-dependent effects of thymol (30–600 micro-grams) were studied on calcium and potassium currents in enzymatically isolated rat skeletal muscle fibers using the double vaseline gap voltage clamp technique. RESULTS: Thymol suppressed both Ca and K currents in a concentration-dependent manner, the EC(50 )values were 193 ± 26 and 93 ± 11 μM, with Hill coefficients of 2.52 ± 0.29 and 1.51 ± 0.18, respectively. Thymol had a biphasic effect on Ca current kinetics: time to peak current and the time constant for inactivation increased at lower (100–200 μM) but decreased below their control values at higher (600 μM) concentrations. Inactivation of K current was also significantly accelerated by thymol (200–300 μM). These effects of thymol developed rapidly and were partially reversible. In spite of the marked effects on the time-dependent properties, thymol caused no change in the current-voltage relationship of Ca and K peak currents. CONCLUSIONS: Present results revealed marked suppression of Ca and K currents in skeletal muscle, similar to results obtained previously in cardiac cells. Furthermore, it is possible that part of the suppressive effects of halothane on Ca and K currents, observed experimentally, may be attributed to the concomitant presence of thymol in the superfusate

A humán szívizom ioncsatornáinak ontogenezise = Ontogenesis of ion channels of human cardiac muscle

A project célja az volt, hogy egészséges adult humán és embrionális kamrai preparátumokon immunbiokémiai ill. immunhisztokémiai módszerekkel, voltage-clamp, akciós potenciál clamp technikákkal feltérképezzük a felszíni membrán legfontosabb ioncsatornáit és azok regionális eltéréseit. A kísérleteket kutya szívizomsejteken is elvégeztük, mert a humán szívizomminták korlátozott hozzáférése miatt egy, a humán szívizom elektrofiziológiai tulajdonságaihoz leginkább hasonlító állatmodellt is kerestünk. A humán embrionális szívizommintákkal végzett kísérletek során magunknak kellett a molekuláris biológiai módszereket humán embrionális szívizomra applikálnunk, hiszen korábban hasonló méréseket senki nem végzett. Western blot technikával sikeresen kimutattuk humán és kutya szívizomban az alábbi csatornaproteineket: Kv4.3, KChip2, MiRP1, KvLQT1, MinK, ?1C, Kir2.1, Kv1.4, HERG. Megállapítottuk, hogy egészséges humán és kutya kamra szívizomban az ioncsatornát alkotó fehérjék eloszlása apiko-bazális és endo-epikardiális inhomogenitást mutat. A csatorna fehérjék eloszlásával összhangban, a szívizom különböző régióiból származó sejteken eltérő az ionáramok denzitása és ez tükröződik az akciós potenciálok morfológiájában is. Az ionáram denzitás és a csatornafehérjék menyisége szoros korrelációt mutat mind humán, mind kutya szívizomsejteken. Az egyes szívterületek ioncsatorna inhomogenitása megegyezik a humán és a kutya szívizomsejteken. Ez alapján elmondhatjuk, hogy a kutya szívizom elektrofiziológiai sajátságok tekintetében jó modellje a humán szívizomnak. | The aim of this project was to detect the major ion channels of the surface membrane of healthy adult human and embryonic cardiomyocytes. Our goal was to explore the possible regional differences of the ion channel distribution of the ventricular wall using immunobiochemical, histochemical voltage-clamp and action potential-clamp techniques. The experiments were done on canine heart, too, because of the limited number of healthy human cardiac tissue samples, we tried to find a good model of the human cardiac myocytes. After collecting human cardiac tissue samples the known immunobiochemical methods were adjusted to the human embryonic cardiac cells, because no one has done such experiments before. Using the Western blot technique we detected the following channel proteins in human and in canine myocardium: Kv4.3, KChip2, MiRP1, KvLQT1, MinK, ?1C, Kir2.1, Kv1.4, HERG. Our experiments revealed that the distribution of the ion channel proteins of the left ventricular wall shows an apico-basal and an endocardial to epicardial inhomogenity. According to this finding we detected unequal ion current density on isolated cardiomyocytes from the different region of the left ventricle. In human and in canine myocardium the density of ion current and the expression of ion channel proteins has a strong correlation. Our results clearly show that the ion channel densities of the various regions of the ventricular wall of human and canine heart are very similar. These results prove that the canine heart is a good model to study the electrophysiological properties of human heart

Az emlős és humán szívizom ioncsatornáinak vizsgálata a kamrafal különböző régióiban = Study of ion channels in various regions of the venticular wall in mammalian and human myocardium

A kardiális akciós potenciál és az annak hátterében lévő ionáramok regionális eltérésekeit vizsgáltuk kutya és egészséges humán szivekből izolált szívizomsejteken patch-clamp és Western-blott technikával, melynek során az alábbi fontosabb különbségeket kaptuk. 1. Az apicalis akciós potenciálok időtartama rövidebb, korai repolarizációjuk kifejezettebb, mint a basalisoké. Ennek hátterében két káliumáram: az Ito és az IKs, valamint az ezeket mediáló ioncsatornák fokozott apicalis expressziója áll. 2. A midmyocardiális sejtekről elvezetett akciós potenciálok amplitúdója, időtartama és maximális depolarizációs sebessége nagyobb, míg korai repolarizációjuk amplitúdója kisebb, mint az epikardiális sejtekre jellemző értékek. Epicardiális sejteken az Ito és az Iks erősebb, míg midmyocardiális sejteken a nátriumáramért felelős ioncsatornák expressziója dominál. 3. Akciós potenciál clamp technikával jelentős transzmurális különbségeket tártunk fel a kalciumáram lefutásában: epicardiális sejteken a kalciumáram két egymást követő aktivációs csúcsot mutat, míg endocardiális sejtek esetében az áram egyetlen maximummal jellemezhető. Kimutattuk, hogy epicardiális sejteken a már inaktiválódott ill. deaktiválódott kalcium-csatornák újranyílnak, amelynek oka az epicardiális sejtre jellemző spike-and-dome akciós potenciál konfiguráció. | Inhomogeneous distribution of the ventricular action potential and the underlying ion currents and ion channel proteins was studied in canine and human ventricular myocardium using patch clamp and Western blot techniques. The following regional differences were obtained. 1. Myocytes of apical origin had shorter action potentials with larger phase-1 repolarization than the basal ones due to the more pronounced expression of two potassium currents (Ito and IKs) in the epicardial region. 2. Duration, amplitude and maximum rate of depolarization was larger, but phase-1 repolarization was weaker in midmyocardial than in epicardial myocytes. Accordingly, expression of Ito and IKs was weaker, but density of the sodium current was greater in midmyocardial than epicardial cells. 3. Marked transmural differences in the kinetics of the L-type calcium current were explored using action potential clamp techniques. Densities and kinetics of the channels are similar in the two cell types, the twin-peaked appearance of epicardial calcium current is due to the reopening of the deactivated and inactivated calcium channels during the incisura of epicardial action potential

Efficacy of selective NCX inhibition by ORM-10103 during simulated ischemia/reperfusion.

In this study we evaluated the effects of selective Na+/Ca2+ exchanger (NCX) inhibition by ORM-10103 on the [Ca2+]i transient (CaT), action potential (AP), and cell viability in isolated canine ventricular cardiomyocytes exposed to a simulated ischemia/reperfusion protocol performed either alone (modeling moderate low-flow ischemia) or with simultaneous strophantidine challenge (modeling more severe low-flow ischemia). CaTs were monitored using a Ca2+-sensitive fluorescent dye, APs were recorded by intracellular microelectrodes, and anaerobic shifts in cellular metabolism were verified via monitoring native NADH fluorescence. Simulated ischemia increased the NADH fluorescence, reduced the amplitudes of the AP and CaT and induced membrane depolarization. APs moderately shortened, CaTs prolonged. Diastolic [Ca2+]i ([Ca2+]iD) level increased significantly during ischemia and further elevated following strophantidine application. Reperfusion normalized the NADH level, the amplitude of the AP and duration of the [Ca2+]i transient, but only partially restored action potential triangulation and the amplitude of the CaT. [Ca2+]iD decreased in untreated, but further increased in strophantidine-treated cells. 10microM ORM-10103 significantly reduced the ischemic [Ca2+]i raise in both untreated and strophantidine-treated cells. During reperfusion ORM-10103 decreased [Ca2+]i and eliminated its diastolic elevation in untreated and strophantidine-treated cardiomyocytes. Following the application of ORM-10103 the detrimental effect of ischemia/reperfusion on cell viability and the reperfusion-induced increase in AP and CaT variabilities were substantially reduced, but ischemia-induced shifts in AP morphology were barely influenced. In conclusion, selective NCX inhibition by ORM-10103 is highly effective against ischemia/reperfusion induced pathologic alterations in [Ca2+]i homeostasis, however, it fails to normalize untoward arrhythmogenic changes in AP morphology

Time Course of Low-Frequency Oscillatory Behavior in Human Ventricular Repolarization Following Enhanced Sympathetic Activity and Relation to Arrhythmogenesis

L