α1-Адренорецепторы регулируют пейсмекерную функцию синоатриального узла сердца, оказывая влияние на хлорный трансмембранный транспорт

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Норадреналин, высвобождаемый симпатическими нервными окончаниями, приводит к увеличению частоты спонтанных потенциалов действия в т.н. «пейсмекерных» кардиомиоцитах ритмоводителя сердца – синоатриальном узле (САУ), и соответственно увеличению частоты сердечных сокращений (ЧСС). Известно, что эффекты норадреналина могут быть опосредованы постсинаптическими адренорецепторами (АР) α1- и β-типа. Роль α1-АР в симпатическом контроле ЧСС и автоматии САУ, а также мембранные механизмы, опосредующие эффекты α1-АР в ритмоводителе сердца не исследованы.

В данной работе с помощью иммунофлуоресцентной конфокальной микроскопии изучено распределение α1А-АР в срезах САУ сердца крысы (сток Wistar, самцы, 250 ± 20 г). С помощью ПЦР в реальном времени проведена оценка уровня экспрессии мРНК α1А-АР в ткани САУ. При использовании метода перфузии изолированного сердца проведено исследование влияния стимуляции α1-АР на такие функциональные показатели ритмоводителя как (корригированное) время восстановления функции САУ (ВВФСУ/кВВФСУ) и аккомодация САУ. С помощью метода картирования электрической активности перфузируемых тканевых препаратов изучено влияние стимуляции α1-АР на пространственно-временные характеристики (паттерн) возбуждения САУ. Исследовано влияние блокады хлорной проводимости на функциональные показатели, паттерн возбуждения САУ и эффекты, вызываемые в САУ стимуляцией α1-АР.

Установлено, что в кардиомиоцитах центральной части САУ обнаруживаются флуоресцентные сигналы, соответствующие α1А-АР. Экспрессия α1А-АР в ткани САУ подтверждена на уровне мРНК. Показано, что стимуляция α1-АР оказывает влияние на функционирование САУ: агонист α1-АР фенилэфрин (ФЭ) приводит к уменьшению ВВФСУ и кВВФСУ, а также ускорению аккомодации САУ. Эти эффекты зависят от режима работы САУ, поскольку являются значимыми только при высокой частоте электрической стимуляции ритмоводителя. ФЭ вызывает изменения паттерна возбуждения САУ. Влияние ФЭ на функциональные показатели и паттерн возбуждения САУ подавляется блокатором анионных каналов (NPPB), но не ингибитором протеинкиназы С (BIM).

Таким образом, α1-АР кардиомиоцитов важны для поддержания пейсмекерной функции САУ при высокой частоте сердечных сокращений. Результаты наших экспериментов позволяют предположить, что хлорные каналы являются мишенью сигнальных каскадов α1-АР в САУ и вовлечены в α1-адренергическую модуляцию электрофизиологических свойств ритмоводителя сердца.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Я. А. Воронина

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии имени академика Е.И. Чазова

Автор, ответственный за переписку.
Email: voronina.yana.2014@post.bio.msu.ru
Россия, 119234, Москва; 121552, Москва

А. В. Федоров

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: voronina.yana.2014@post.bio.msu.ru
Россия, 119234, Москва

М. А. Челомбитько

Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского

Email: voronina.yana.2014@post.bio.msu.ru
Россия, 119992, Москва

У. Е. Пиунова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: voronina.yana.2014@post.bio.msu.ru
Россия, 119234, Москва

В. С. Кузьмин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии имени академика Е.И. Чазова

Email: voronina.yana.2014@post.bio.msu.ru
Россия, 119234, Москва; 121552, Москва

Список литературы

  1. Chandler N., Greener I., Tellez J., Inada S., Musa H., Molenaar P., DiFrancesco D., Baruscotti M., Longhi R., Anderson R., Billeter R., Sharma V., Sigg D., Boyett M., Dobrzynski H. 2009. Molecular architecture of the human sinus node insights into the function of the cardiac pacemaker. Circulation. 119 (12), 1562–1575.
  2. Lakatta E., Maltsev V., Vinogradova T. 2010. A Coupled SYSTEM of intracellular Ca2+ clocks and surface membrane voltage clocks controls the timekeeping mechanism of the heart’s pacemaker. Circ. Res. 106 (4), 659–673.
  3. Keith A., Flack M. 1907. The form and nature of the muscular connections between the primary divisions of the vertebrate heart. J. Anat. Physiol. 41 (3), 172–189.
  4. James T. 1961. Anatomy of the human sinus node. Anat. Rec. 141 (2), 109–139.
  5. Dobrzynski H., Li J., Tellez J., Greener I., Nikolski V., Wright S., Parson S., Jones S., Lancaster M., Yamamoto M., Honjo H., Takagishi Y., Kodama I., Efimov I., Billeter R., Boyett M. 2005. Computer three-dimensional reconstruction of the sinoatrial node. Circulation. 111 (7), 846–854.
  6. Boyett M., Honjo H., Kodama I. 2000. The sinoatrial node, a heterogeneous pacemaker structure. Cardiovasc. Res. 47 (4), 658–687.
  7. Fahrenbach J., Mejia-Alvarez R., Banach K. 2007. The relevance of non-excitable cells for cardiac pacemaker function. J. Physiol. 585 (2), 565–578.
  8. Кузьмин В.С., Каменский А.А. 2021. Молекулярные механизмы онтогенеза ритмоводителя сердца у позвоночных животных. Вестник МГУ. Серия 16. Биология. 76 (4), 183–201.
  9. Csepe T., Kalyanasundaram A., Hansen B., Zhao J., Fedorov V. 2015. Fibrosis: A structural modulator of sinoatrial node physiology and dysfunction. Front. Physiol. 6, 1–9.
  10. Csepe T., Zhao J., Hansen B., Li N., Sul L., Lim P., Wang Y., Simonetti O., Kilic A., Mohler P., Janssen P., Fedorov V. 2016. Human sinoatrial node structure: 3D microanatomy of sinoatrial conduction pathways. Prog. Biophys. Mol. Biol. 120 (1–3), 164–178.
  11. Kamkin A., Kiseleva I., Wagner K., Pylaev A., Leiterer K., Theres H., Scholz H., Günther J., Isenberg G., 2002. A possible role for atrial fibroblasts in postinfarction bradycardia. Am.J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 282 (3), H842–849.
  12. Dobrzynski H., Boyett M., Anderson R. 2007. New insights into pacemaker activity: Promoting understanding of sick sinus syndrome. Circulation. 115 (14), 1921–1932.
  13. Fedorov V., Schuessler R., Hemphill M., Ambrosi C., Chang R., Voloshina A., Brown K., Hucker W., Efimov I. 2009. Structural and functional evidence for discrete exit pathways that connect the canine sinoatrial node and atria. Circ. Res. 104 (7), 915–923.
  14. Fedorov V., Glukhov A., Chang R. 2012. Conduction barriers and pathways of the sinoatrial pacemaker complex: Their role in normal rhythm and atrial arrhythmias. Am.J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 302 (9), 1773–1783.
  15. MacDonald E., Rose R., Quinn T. 2020. Neurohumoral control of sinoatrial node activity and heart rate: Insight from experimental models and findings from humans. Front. Physiol. 11, 1–26.
  16. Saito K., Suetsugu T., Oku Y., Kuroda A., Tanaka H. 1994. α 1‐Adrenoceptors in the conduction system of rat hearts. Br.J. Pharmacol. 111 (2), 465–468.
  17. Michel M., Hanft G., Groß G. 1994. Functional studies on α1‐adrenoceptor subtypes mediating inotropic effects in rat right ventricle. Br.J. Pharmacol. 111 (2), 539–546.
  18. Коротаева Ю.В., Циркин В.И. 2015. Альфа2-адренорецепторы миокарда. Изв. Коми научного центра УРО РАН. 2 (22), 57–64.
  19. Motiejunaite J., Amar L., Vidal-Petiot E. 2021. Adrenergic receptors and cardiovascular effects of catecholamines. Ann. Endocrinol. (Paris). 82 (3–4), 193–197.
  20. Saitoh H., Nomura A., Osaka M., Sasabe N., Atarashi H., Hayakawa H. 1995. Developmental changes of α1-adrenergic chronotropic action on human sinus node. Am.J. Cardiol. 76 (1–2), 89–91.
  21. Posner P., Baney R., Prestwich K. 1984. The electrophysiological actions of phenylephrine on the rabbit S-A node. Res. Commun. Chem. Pathol. Pharmacol. 44 (2), 315–318.
  22. Hewett, K., Rosen M. 1985. Developmental changes in the rabbit sinus node action potential and its response to adrenergic agonists. J. Pharmacol. Exp. Ther. 235 (2), 308–312.
  23. Hashimoto K., Chiba S., Hashimoto K. 1971. Negative chronotropic response to phenylephrine of the canine S-A node. Tohoku J. Exp. Med. 105 (1), 1–9.
  24. Khabibrakhmanov I., Ziyatdinova N., Khisamieva L., Krulova A., Zefirov T. 2019. Age-related features influence of alpha (1) — adrenoceptor stimulation on isolated rat heart. Biosci. Biotechnol. Res. Commun. 12 (5), 351–354.
  25. Khabibrakhmanov I., Ziyatdinova N., Kuptsova A., Zefirov T. 2018. Effect of α1A-adrenergic receptors stimulation to the isolated rat hearts. Res. J. Pharm., Biol. Chem. Sci. 9 (525), 525–529.
  26. Mommersteeg M., Domínguez J., Wiese C., Norden J., De Gier-De Vries C., Burch J., Kispert A., Brown N., Moorman A., Christoffels V. 2010. The sinus venosus progenitors separate and diversify from the first and second heart fields early in development. Cardiovasc. Res. 87 (1), 92–101.
  27. Ivanova A., Filatova T., Abramochkin D., Atkinson A., Dobrzynski H., Kokaeva Z., Merzlyak E., Pustovit K., Kuzmin V. 2021. Attenuation of inward rectifier potassium current contributes to the α1-adrenergic receptor-induced proarrhythmicity in the caval vein myocardium. Acta Physiol. 231 (4), 1–17.
  28. Ivanova A., Kuzmin V. 2018. Inhibition of inward rectifier potassium currents by chloroquine causes significant electrophysiological changes in the rat thoracic veins myocardium. Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 160 (4), 645–653.
  29. Ivanova A., Kuzmin V. 2018. Electrophysiological characteristics of the rat azygos vein under electrical pacing and adrenergic stimulation. J. Physiol. Sci. 68 (5), 617–628.
  30. Kuzmin V., Ivanova A., Potekhina V., Samoilova D., Ushenin K., Shvetsova A., Petrov A. 2021. The susceptibility of the rat pulmonary and caval vein myocardium to the catecholamine-induced ectopy changes oppositely in postnatal development. J. Physiol. 599 (11), 2803–2821.
  31. Pustovit K., Samoilova D., Abramochkin D., Filatova T., Kuzmin V. 2022. α1-adrenergic receptors accompanied by GATA4 expression are related to proarrhythmic conduction and automaticity in rat interatrial septum. J. Physiol. Biochem. 78 (4), 793–805.
  32. Gould D., Hill C. 1996. α-Adrenoceptor activation of a chloride conductance in rat iris arterioles. Am.J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 271 (40), 2469–2476.
  33. Lamb F., Kooy N., Lewis S. 2000. Role of Cl-channels in α-adrenoceptor-mediated vasoconstriction in the anesthetized rat. Eur. J. Pharmacol. 401 (3), 403–412.
  34. Duan D. 2013. Phenomics of cardiac chloride channels. Compr. Physiol. 3 (2), 667–692.
  35. Ramteke V., Tandan S., Kumar D., Aruna Devi R., Shukla M., Ravi Prakash V. 2009. Increased hyperalgesia by 5-nitro-2, 3-(phenylpropylamino)-benzoic acid (NPPB), a chloride channel blocker in crush injury-induced neuropathic pain in rats. Pharmacol. Biochem. Behav. 91 (3), 417–422.
  36. Glukhov A., Fedorov V., Anderson M., Mohler P., Efimov I. 2010. Functional anatomy of the murine sinus node: High-resolution optical mapping of ankyrin-B heterozygous mice. Am.J. Physiol. — Hear. Circ. Physiol. 299 (2), 482–491.
  37. Abramochkin D., Kuzmin V., Sukhova G., Rosenshtraukh L. 2009. Modulation of rabbit sinoatrial node activation sequence by acetylcholine and isoproterenol investigated with optical mapping technique. Acta Physiol. 196 (4), 385–394.
  38. Lang D., Petrov V., Lou Q., Osipov G., Efimov I. 2011. Spatiotemporal control of heart rate in a rabbit heart. J. Electrocardiol. 44 (6), 626–634.
  39. Chakraborti S., Chakraborti T., Shaw G. 2000. β-Adrenergic mechanisms in cardiac diseases: A perspective. Cell Signal. 12 (8), 499–513.
  40. Ivanova A., Filatova T., Abramochkin D., Atkinson A., Dobrzynski H., Kokaeva Z., Merzlyak E., Pustovit K., Kuzmin V. 2021. Attenuation of inward rectifier potassium current contributes to the α1-adrenergic receptor-induced proarrhythmicity in the caval vein myocardium. Acta Physiol. 231 (4), 1–17.
  41. Wu S., O’Connell T. 2015. Nuclear compartmentalization of a1-adrenergic receptor signaling in adult cardiac myocytes. J. Cardiovasc. Pharmacol. 65 (2), 91–100.
  42. Roth N., Campbell P., Caron M., Lefkowitz R., Lohse M. 1991. Comparative rates of desensitization of β-adrenergic receptors by the β-adrenergic receptor kinase and the cyclic AMP-dependent protein kinase. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 88 (14), 6201–6204.
  43. Mahmood A., Ahmed K., Zhang Y. 2022. β-Adrenergic receptor desensitization/down-regulation in heart failure: A friend or foe? Front. Cardiovasc. Med. 9 (July), 1–5.
  44. Motiejunaite J., Amar L., Vidal-Petiot E. 2021. Adrenergic receptors and cardiovascular effects of catecholamines. Ann. Endocrinol. (Paris). 82 (3–4), 193–197.
  45. Berg J., Yang H., Jan L. 2012. Ca2+-activated Cl-channels at a glance. J. Cell Sci. 125 (6), 1367–1371.
  46. Hume J., Duan D., Collier M., Yamazaki J., Horowitz B. 2000. Anion transport in heart. Physiol. Rev. 80 (1), 31–81.
  47. Burashnikov A., Antzelevitch C. 1999. Differences in the electrophysiologic response of four canine ventricular cell types to α1-adrenergic agonists. Cardiovasc. Res. 43 (4), 901–908.
  48. Duan D. 2009. Phenomics of cardiac chloride channels: The systematic study of chloride channel function in the heart. J. Physiol. 587 (10), 2163–2177.
  49. Tapilina S., Abramochkin D., Sukhova G., Rosenshtraukh L. 2010. Cholinergic inexcitability in the sinoatrial node of the mouse. Dokl. Biol. Sci. 435 (1), 393–397.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. ЭГМ – электрограмма, S1S1 – межстимульный интервал, ВВФСУ – время восстановления функции синусного узла, S1 – стимуляция, aa10 – длительность 10-го кардиоцикла, aaN – длительность последнего кардиоцикла.

Скачать (150KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспрессия α1А-адренорецепторов (α1А-АР) в синоатриальном узле сердца крысы. а — Репрезентативное конфокальное изображение, демонстрирующее флуоресцентные сигналы (красный псевдоцвет, Cy3) антител, специфически связывающих α1А-АР, в области ветвей артерии САУ. Эндо, эпи — эндокардиальная и эпикардиальная поверхность стенки правого предсердия; ЭЭ — эндокардиальный эндотелий; СА — ветви артерии САУ; ГМК — гладкомышечная обкладка артериальной стенки. Белыми стрелками указаны кардиомиоциты в центральной части на периферии САУ, экспрессирующие α1А-АР. Синий псевдоцвет — клеточные ядра (DAPI). б — То же, что и на а, но при большем увеличении. в — Экспрессия транскриптов мРНК α1А-АР в ткани синоатриального узла (САУ) и левого предсердия (ЛП), непарный t-test, p < 0.05.

Скачать (528KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние стимуляции α1-адренорецепторов на автоматию сердца. а — Увеличение ЧСС изолированного сердца крысы при действии 10 мкМ фенилэфрина (ФЭ), парный t-test, p < 0.05. б — Влияние ФЭ на время восстановления функции синусного узла. в — Влияние ФЭ на корригированное время восстановления функции синусного узла (кВВФСУ), двухфакторная ANOVA, поправка на множественное сравнение Holm-Sidak’a, p < 0.05. г1–г3 — Репрезентативные примеры записей, демонстрирующие восстановление спонтанной активности САУ (после прекращения стимуляции) в контроле и при действии ФЭ. На всех панелях сверху оригинальная запись предсердной электрограммы; снизу — частота спонтанных возбуждений САУ. д — Влияние ФЭ на скорость аккомодации САУ. Регрессионные уравнения показаны рядом с кривыми.

Скачать (427KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние блокады хлорных каналов на α1-адренергические эффекты в САУ. а — Репрезентативные примеры записей, демонстрирующие восстановление спонтанной активности САУ (после прекращения стимуляции) при действии фенилэфрина (ФЭ) (верхняя панель). При действии ФЭ на фоне NPPB наблюдается ступенчатый характер (средняя панель) возобновления ритма изолированного сердца (автоматии САУ). б — Влияние NPPB на снижение, кВВФСУ, вызываемое ФЭ, двухфакторная ANOVA с поправкой на множественное сравнение Tukey, p < 0.05. в — Влияние NPPB на увеличение аккомодации САУ, вызываемое ФЭ; верхняя панель - S1S1=100 мс, нижняя панель - S1S1=90 мс. Однофакторная ANOVA c поправкой на множественное сравнение Tukey, p < 0.05.

Скачать (467KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Паттерн активации САУ крысы при стимуляции α1-адренорецепторов (α1-АР) в контрольных условиях и при действии блокатора хлорной проводимости NPPB. а — Репрезентативные примеры активации САУ в контроле (К) и при действии фенилэфрина (ФЭ). Показана локализация и площадь точки первичной активации (*, ТПА), а также направление смещения ТПА (стрелка) при действии ФЭ. б — Точки первичной активации САУ в контроле (К, показаны зеленым) и при действии ФЭ (показаны синим). Смещение ТПА в направлении устья верхней полой вены для каждого эксперимента показано стрелкой. в — Репрезентативный пример паттерна активации САУ при действии NPPB, а также действия ФЭ на фоне NPPB. NPPB вызывает формирование в САУ невозбудимой зоны (показано штриховкой) и смещение ТПА за пределы невозбудимой зоны. На фоне NPPB не происходит увеличения площади ТПА при действии ФЭ. г — Частота спонтанных ПД (сверху), площадь ТПА (в центре), а также величина смещения ТПА (снизу) в тканевых препаратах САУ при действии ФЭ и NPPB, * — статистически значимое (p < 0.05) отличие от контроля, # — статистически значимое (p < 0.05) отличие от ФЭ, однофакторная ANOVA c поправкой на множественное сравнение Tukey. ВПВ — верхняя полая вена, ПП — ушко правого предсердия и пограничный гребешок (отграничено черным пунктиром), НПВ — нижняя полая вена, ОЯ — овальная ямка, ЕК — Евстахиев клапан, СА — рудиментарный гребешок синоатриального клапана (показано белым пунктиром); устья полых вен отграничены черным пунктиром.

Скачать (70KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024