Calorimetry of isolated hearts (I) a method to study the energetic of CA 2+ homeostasis during physiological and pathological conditions

Calorimetry has been applied to skeletal and cardiac muscle from many years ago, andthere were intents to calculate the heat fractions associated to basal metabolism (restingheat rate, Hr) and the active heat (Ha). This review explains the principles and evolution of cardiac energetic, measured by calorimetry and the advantages with respect to the measurement of oxygen consumption. Moreover, the methods to estimate separately the fractions of tension-dependent (TDH) and tension-independent heat (TIH) were described, as well as the characterization of each one. A method to determine 4 heat components in a single beat in the presence of contraction in perfused rat ventricles was revised, as well as the properties of the long-duration fourth fraction not previously seen with other methods.The advantages and limitations of each method were analyzed. Calorimetry allows toevaluate the occurrence degree of certain exothermic processes such as ionic fluxes can be studied by comparing the heat released with the energetic equivalent and the stoichiometry of the process with the ATP hydrolysis. Calorimetry is a sensitive and useful methodology to evaluate the "in situ" incidence of exothermic mechanisms in the heart.Facultad de Ciencias Exacta

Sedative and cardiovascular effects of Aloysia citriodora Palau, on mice and rats

Aloysia citriodora Palau, Verbenaceae (“cedrón”) is widely used as infusion or decoction in South America to treat indigestion, tachycardia and anxiety. We previously demonstrated its antispasmodic effect on rat duodenum. Now, its aqueous extract (AEC) from 1 to 10 mg/kg was sedative in mice on the open-field, effect which was potentiated by diazepam and sensitive to flumazenil. In normotensive rats, 1 to 30 mg AEC/kg induced a transitory hypotension, insensitive to atropine and L-NAME. Regarding an effect on α-adrenergic receptors, AEC non-competitively blocked the phenylephrine contraction on vas deferens. In isolated rat hearts, AEC induced negative inotropism, as well as vitexin, the main component. Then, the benzodiazepine-like sedation, negative inotropism and antispasmodic effect preclinically justify its popular use for abdominal cramps and as coadjuvant for anxiety and angor.Fil: Ragone, María Inés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; ArgentinaFil: Sella, Mariana. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; ArgentinaFil: Pastore, Agustín. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; ArgentinaFil: Consolini, Alicia Elvira. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; Argentin

ESTUDIO DEL MECANISMO CARDIOPROTECTOR DEL TRATAMIENTO ORAL SUBCRÓNICO CON PRODUCTOS NATURALES QUE POSEEN ISOFLAVONAS, SOJA Y MACA (Lepidium meyenii), EN LA ISQUEMIA Y REPERFUSIÓN CARDÍACA”

Las enfermedades crónicas cardiovasculares son las más frecuentes entre las causas de muerte, cuando el flujo coronario disminuye o es suspendido provoca isquemia miocárdica (I), que reduce la oferta cardíaca de oxígeno, con una disfunción que se desarrolla en la reperfusión (R). Las plantas medicinales pueden aportar una estrategia cardioprotectora preventiva. En mi Tesis de Maestría en Plantas medicinales he demostrado que la administración oral de 1 g/kg/día de la raíz pulverizada de maca (Lepidium meyenii Walp.) durante 7 días fue cardioprotectora en un modelo de atontamiento moderado por I/R en corazones aislados de ratas, al igual que con isoflavonas de soja (IS). Tanto el efecto de la maca como de las IS no fue inhibido por bloqueo de las PKC, la NOS o los canales mKATP. El objetivo de mi plan de tesis doctoral es investigar el mecanismo de acción cardioprotector de la maca y de las IS en un modelo de I/R severo. Se hipotetiza que la cardioprotección frente a I/R podría asociarse a otro mecanismo que supera al bloqueo de dichas vías y podría estar relacionado a la activación de las vías antiapoptóticas de PI3K/Akt y/o GSK-3β; la inhibición de la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS); o la reducción de la sobrecarga de calcio mitocondrial. Métodos Corazones se perfundirán arterialmente con solución Krebs según técnica de Langendorff, y estimulados a 5 Hz en el interior de un calorímetro de flujo. Se registrará continuamente la presión intraventricular isovolumétrica izquierda (P) mediante un globo conectado a un transductor de presión y se medirá el calor liberado por los corazones. Tratamientos: IS oral a una dosis de 100 mg/kg/día durante 1 semana y maca oral 1 g/kg/día durante 1 semana. Los corazones aislados perfundidos de ratas control y tratadas se expondrán a 30 minutos de I y 60 min de reperfusión (R) (atontamiento severo). Se evaluará la recuperación contráctil y calorimétrica, y el grado de infarto con cloruro de tetrazolio. Caracterización de los mecanismos de acción: se perfundirán intervenciones selectivas previo a la I/R con wortmanina (100 μM, inhibidor de la PI3K/Akt); ciclosporina-A (inhibidor del poro de permeabilidad mitocondrial, mPTP); emetina (para reducción del estrés del RS); reperfusión con cafeína 10 mM y 36 mM [Na]o para evaluar el contenido de Ca2+ del retículo sarcoplásmico (RS); 17-beta-estradiol (250 μg/kg i.p 24 hs antes) para evaluar si hay sinergismo con las isoflavonas como fitoestrógenos. Medición de la expresión de P-PI3K/Akt, P-GSK-3β y MnSOD por western blot en una porción del ventrículo izquierdo; evaluación del estrés oxidativo de un homogenato de ventrículo izquierdo utilizando ácido tiobarbitúrico (TBARS) y Glutatión reducido (GSH), y la determinación de la concentración de proteínas por el método de Bradford. Efectos de la maca en la homeostasis de calcio en cardiomiocitos por medición de señales de Ca2+ citosólica (Fluo-4) y mitocondrial (Rhod-2) en microscopio confocal

Calorimetry of isolated hearts (II) energetic of ca 2+ homeostasis in different animal models and during ischemia-reperfusion

This review describes the application of calorimetry to study cardiac energetics in physiological, pharmacological and pathophysiological conditions of a perfused heart preparation. In particular, the factors influencing the resting heat rate (Hr), such asspecies differences among rat, mouse and guinea-pig hearts, as well as the mechanismsunderlying the increased resting heat rate under a high [K+]-cardioplegia were discussed. Our results give support to a functional interaction between the sarcoplasmic reticulum and mitochondria for myocardial Ca2+ movements. Finally, it is briefly commented the application of calorimetry to study Ca2+ homeostasis during a model of stunning induced by no-flow ischemia and reperfusion in entire hearts by usingselective inhibitors of cellular Ca2+ transporters. Either in the presence or absence ofperfusion, calorimetry allows to evaluate the total muscle economy. As application, calorimetry allows to detect a cardiac dysfunction still under unaltered contractility, demonstrating that it is a very sensitive methodology for studying pathological situations and pharmacological consequences.Facultad de Ciencias Exacta

Farmacodinamia general e interacciones medicamentosas : Mecanismos de acción de fármacos y metodologías de estudio experimental

Este libro aúna la experiencia docente y de investigación de los autores, que además de enseñar Farmacología ejercemos tareas de tiempo completo en distintos ámbitos de aplicación, como son tres diversos laboratorios de investigación de la Facultad de Ciencias Exactas de UNLP, dos centros de investigación de las facultades de Medicina de la UBA y de UNLP respectivamente, la pertenencia al CONICET y un sector de Farmacología y Toxicología de la industria farmacéutica. Aspiramos a que nuestra experiencia asista al alumno en la construcción de los primeros conceptos farmacológicos, y en la interpretación o realización de experimentos básicos de laboratorio. En este sentido, en la cátedra venimos observando que el proceso de adquisición de los conceptos farmacológicos es algo así como el aprendizaje de la lectura en un niño: al inicio hay gran dificultad en articular los diversos conceptos estudiados separadamente, hasta que se hace una repentina integración de los mismos y se empieza a pensarlos, a trabajarlos, a interpretar algunos resultados experimentales, a hipotetizar otros, y a generar protocolos de evaluación de efectos y mecanismos. Creemos que estos capítulos ayudarán a adquirir estos hábitos junto a la discusión oral en talleres y trabajos prácticos, con el último objetivo de que la Farmacología sea una asignatura adquirible en modo más razonado que memorístico, y que inspire al futuro profesional a ahondar el conocimiento farmacológico mediante la participación en equipos multidisciplinarios para el estudio preclínico de nuevos fármacos en la investigación, la industria o en organismos estatales de investigación y control farmacológico y toxicológico. En el último capítulo, este libro brindará nuestra experiencia en la compilación y comprensión de mecanismos que originan interacciones medicamentosas, tema en el que hemos dado varios cursos de posgrado, y que representa otra dificultad al alumno. Esto es debido a que las mismas se citan en diversos capítulos de los libros de texto y no siempre se describe claramente el origen y significación clínica de los mismos. El futuro profesional participará del equipo de salud que evalúa estudios clínicos junto al médico, en los cuales pueden aparecer o evaluarse las interacciones medicamentosas. Además, deberá detectar o prevenir interacciones medicamentosas durante el seguimiento farmacoterapéutico de sus pacientes o en el consejo en la dispensa de un medicamento.Facultad de Ciencias Exacta

Sedative and antispasmodic effects of Stevia rebaudiana and noncompetitive inhibition of intestinal contractility by stevioside

Stevia rebaudiana (Asteraceae) is a shrub native from Paraguay whose leaves are used as sweetener due to the presence of stevioside and others. It has also hypoglycemic, hypotensor and diuretic effects. This work studied the effects of both, an aqueous crude extract of Stevia rebaudiana (A.c.e) and the stevioside (Stv) in isolated rat thin intestine, and the effects of A.c.e in mice on the open-field-test. The A.c.e of Stevia rebaudiana reduced the spontaneous locomotion and exploration of mice, at doses between 40 to 975 mg lyophilized/ Kg. In the isolated ileons and duodenums, the A.c.e induced a synergism of the acetylcholine doseresponse curve (ACh-DRC) at 0.1-0.3 mg lyophilized/mL and a non-competitive inhibition at higher concentrations (IC50: 1.22±0.16 mg lyoph/ml, n=6). Stv also non-competitively inhibited the ACh-DRC (IC50: 0.84 ± 0.22 mg/ml). Both, A.c.e and Stv inhibited the Ca2+-DRC in 40 mM K+-media in non-competitive way with IC50 of 1.01 ± 0.13 and 1.73 ± 0.47 mg/mL, respectively. Results suggest that Stevia extract exhibited sedative effect and important antispasmodic effect due to non-competitive antagonism of acetylcholine and Ca2+-influx to smooth muscle.Fil: Matera, Soledad Inés. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Piersante, María Victoria. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; ArgentinaFil: Ragone, María Inés. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Consolini, Alicia Elvira. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; Argentin

Antispasmodic effects of <i>Aloysia polystachya</i> and <i>A. gratissima</i> tinctures and extracts are due to non-competitive inhibition of intestinal contractility induced by acethylcholine and calcium

The antispasmodic effects of acqueous extracts (AE) and tinctures (T) of Aloysia polystachya (Griseb.) Moldenke and Aloysia gratissima (Gillies & Hook.) Tronc., Verbenaceae, were studied on rat isolated ileum and duodenum. These plants are used for gastrointestinal disorders and as eupeptic in South America. Both AE non-competitively inhibited the dose-response curves (DRC) of ACh and the DRC of Ca2+ in high-[K+]o, as well as the T. The T of A. polystachya and A. gratissima respectively inhibited the ACh-DRC at the IC50 of 3.15±0.57 and 6.46±2.28 mg leaves/mL. The Ca2+-antagonist activity of both T occurred with IC50 respectively similar to those of the ACh-DRC, and was potentiated by the depolarization produced by 10 mM TEA, a blocker of K+-channels. The spasmolytic effect of T does not involve DA release and binding to D2, since it was not reduced by 10 μM metoclopramide. Also, T induced dose-dependent relaxation on the tonic contracture produced by high-[K+]o and ACh. By TLC there were detected in the leaves the presence of carvone, and flavonoids such as quercetin and hesperidin. By HPLC there were not found vitexin nor isovitexin, identified in A. citriodora. The monoterpene (-)-carvone non-competitively inhibited the ACh-DRC (pD ́2 of 4.0±0.1) and the DRC of Ca2+ (pD ́2 of 3.86±0.19), suggesting that the Ca2+-influx blockade is the mechanism of its antispasmodic effect. Results suggest that the antispasmodic effect of A. polystachya and A. gratissima are mostly explained by the non-competitive blockade of Ca+2 influx. It could be associated to the presence of flavonoids, and in the tinctures to some spasmolytic components of the essential oil such as carvone.Facultad de Ciencias Exacta

Sedative and antispasmodic effects of Stevia rebaudiana and noncompetitive inhibition of intestinal contractility by stevioside

Stevia rebaudiana (Asteraceae) is a shrub native from Paraguay whose leaves are used as sweetener due to the presence of stevioside and others. It has also hypoglycemic, hypotensor and diuretic effects. This work studied the effects of both, an aqueous crude extract of Stevia rebaudiana (A.c.e) and the stevioside (Stv) in isolated rat thin intestine, and the effects of A.c.e in mice on the open-field-test. The A.c.e of Stevia rebaudiana reduced the spontaneous locomotion and exploration of mice, at doses between 40 to 975 mg lyophilized/ Kg. In the isolated ileons and duodenums, the A.c.e induced a synergism of the acetylcholine doseresponse curve (ACh-DRC) at 0.1-0.3 mg lyophilized/mL and a non-competitive inhibition at higher concentrations (IC50: 1.22±0.16 mg lyoph/ml, n=6). Stv also non-competitively inhibited the ACh-DRC (IC50: 0.84 ± 0.22 mg/ml). Both, A.c.e and Stv inhibited the Ca2+-DRC in 40 mM K+-media in non-competitive way with IC50 of 1.01 ± 0.13 and 1.73 ± 0.47 mg/mL, respectively. Results suggest that Stevia extract exhibited sedative effect and important antispasmodic effect due to non-competitive antagonism of acetylcholine and Ca2+-influx to smooth muscle.Fil: Matera, Soledad Inés. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Piersante, María Victoria. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; ArgentinaFil: Ragone, María Inés. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Consolini, Alicia Elvira. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; Argentin

Cardioprotective Mechanisms of Hypothyroidism on Ischemia/Reperfusion in Rats and Effects of Carvedilol: Energetic Study

Hypothyroidism is considered a cardiac risk factor, but there is controversial evidence about its effects on coronary disease. The aim of this work was to evaluate the influence of hypothyroidism in rat hearts exposed to 2 degrees of stunning due to ischemia and reperfusion (I/R) as well as the underlying mechanisms. Hypothyroid (HypoT) rats were obtained by drinking 0.02% methimazole during 15 days. Isolated hearts were perfused and introduced in a flow calorimeter to measure contractile performance (P), total heat rate (Ht), and muscle economy (P/Ht). Hearts were exposed to 2 models of I/R, moderate and severe (respectively 20 or 30 minutes I/45 minutes R). Moreover, free cytosolic and mitochondrial calcium changes were measured by confocal fluorometry on cardiomyocytes. Comparison to euthyroid (EuT) hearts was done. Hypothyroidism was cardioprotective, but HypoT hearts were more sensitive than EuT hearts to the preischemic blockade of mitochondrial transporters mNCX and mKATP channels. Moreover, the postischemic recovery of P and P/Ht in HypoT hearts was strongly reduced by inhibition of the cellular pathways of PI3K/Akt and protein kinase C (PKC), and it was increased by nitric oxide synthase (NOS) inhibition. However, physiological concentrations of adrenaline reduced the cardioprotection of HypoT, but oral treatment with 20 mg/kg/day carvedilol prevented it. Results show that hypothyroidism reduces the mitochondrial Ca2+ overload during I/R by mKATP channel activation and Ca2+ extrusion through mNCX, while the PI3K/Akt and PKC pathways are involved in that cardioprotection. Contrarily, NOS activation and adrenaline blunt such cardioprotection, but carvedilol prevented the adrenergic dysfunction. These results would explain why hypothyroidism is a clinical risk factor in angor patients under adrenergic exacerbation but reduced the incidence of acute episodes of coronary syndrome in hospitalized patients. Results suggest that a treatment with carvedilol could be a potential therapeutic agent to prevent cardiac postischemic dysfunction in hypothyroid patients.Fil: Ragone, María Inés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; ArgentinaFil: Bayley, Matias. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; ArgentinaFil: Colareda, German Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; ArgentinaFil: Bonazzola, Patricia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones Cardiológicas. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones Cardiológicas; ArgentinaFil: Consolini, Alicia Elvira. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Farmacología; Argentin

INFLUENCIA DEL HIPOTIROIDISMO EN EL ATONTAMIENTO MIOCÁRDICO POR ISQUEMIA-REPERFUSIÓN: ENERGÉTICA DE LA PARTICIPACIÓN MITOCONDRIAL Y FARMACOLOGÍA CARDIOPROTECTORA

La disfunción tiroidea tanto clínica como subclínica es objeto de estudios que la relacionan con el aumento de la morbi-mortalidad asociada con episodios cardiovasculares (Klein y Danzi, 2007). Las alteraciones en los niveles de T3 y T4 plasmática afectan la homeostasis de Ca2+ y predisponen a largo plazo a patologías cardíacas. Clínicamente, el hipotiroidismo se caracteriza por síntomas y signos cardiovasculares que incluyen bradicardia, hipertensión diastólica suave, y fatiga (Levey y Klein 1994). Recientes estudios clínicos indican que se produce un hipotiroidismo subclínico posterior a una isquemia cardiaca aguda que se asocia a mayor mortalidad, y el tratamiento con T4 reduce el riesgo (Jabbar y col. 2015).&nbsp; Por otra parte, si bien el hipotiroidismo tiene una sencilla corrección por la medicación con T4, crece la importancia de la detección de interacciones con medicamentos. Clínicamente se plantea que el antiarrítmico amiodarona potencia el hipotiroidismo, porque su molécula posee átomos de Iodo. Considerando que amiodarona es un buen antiarrítmico, lusitrópico negativo e hipotensor (Salgado y col., 2007) por inhibir a las corrientes de Na+, K+ y Ca2+, y prolongar el intervalo QT como el hipotiroidismo, es de interés evaluar sus efectos por administración en el corazón de ratas hipotiroideas en I/R. Es interesante comparar sus efectos mecánico-energéticos con los producidos por dronedarona, otro antiarrítmico clase III de estructura y mecanismos parecidos a amiodarona pero que carece de átomos de iodo en su molécula, por lo que se presume menor interacción con las alteraciones tiroideas. Objetivos: estudiar las consecuencias del hipotiroidismo en la energética y la recuperación de corazones de rata expuestos a isquemia y reperfusión (I/R); la interacción funcional entre mitocondrias, retículo sarcoplásmico y citosol (Mitocondria -Retículo Sarcoplásmico -citosol) en la homeostasis de calcio; y los mecanismos implicados en la disfunción, mediante el tratamiento con herramientas farmacológicas selectivas; evaluar las consecuencias energéticas y los mecanismos cardioprotectores de los antiarrítmicos amiodarona y dronedarona en ratas hipotiroideas (HipoT) y controles eutiroideas (EuT). Métodos: Se estudiarán dos modelos: de atontamiento y de I/R severa, integrando la metodología mecánico-calorimétrica de los corazones enteros perfundidos con mediciones bioquímicas de vías celulares cardioprotectoras y estimación de cambios de [Ca2+] en compartimentos celulares de cardiomiocitos aislados. Se generarán modelos de ratas HipoT (por administración de metimazol vía oral) y controles no tratados (C). Los corazones aislados y perfundidos por técnica de Langendorff se introducirán en un calorímetro de flujo y se expondrán a uno de los dos modelos de I/R, sin y con herramientas farmacológicas. Se evaluarán tratamientos con amiodarona y dronedarona por perfusión de los corazones previo a la I/R, y por administración oral subaguda durante 1 semana