VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Биомеханика. Биологическая подвижность

Региональные особенности нарушения сократительной функции кардиомиоцитов предсердий крыс при пароксизмальной форме фибрилляции предсердий

К.А. Бутова1*, П.П. Михрякова2, Т.А. Мячина1, Р.А. Симонова1, Д.В. Щепкин1, А.М. Кочурова1, Г.В. Копылова1, А.Д. Хохлова1,2

1.Институт иммунологии и физиологии УрО РАН;
2.Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина;

* x.butova(at)gmail.com

Фибрилляция предсердий (ФП) – наиболее распространенная форма сердечной аритмии, характеризующаяся неупорядоченной деполяризацией предсердий и, как следствие, их нескоординированным сокращением. В классификации ФП выделяют пароксизмальную (купируется самостоятельно или в результате вмешательства в течение 7 суток после ее начала) и персистирующие формы (длительностью более 7 суток) [1]. В отличие от структурных и функциональных последствий, вызванных персистирующими формами ФП, функциональным нарушениям миокарда, возникающим при пароксизмальной форме ФП, уделено мало внимания. Кроме того, структурно-функциональные различия левого и правого предсердия (ЛП, ПП) в норме, и их различная роль в возникновении и поддержании ФП [2], ставит необходимость в дифференциальной оценке изменения сократительной активности предсердных камер при пароксизмальной форме ФП.

Цель исследования заключалась в оценке нарушений сократительной активности ЛП и ПП крыс, а также изменения степени функциональной неоднородности между ними при пароксизмальной форме ФП на клеточном и молекулярном уровнях организации миокарда.

Эксперименты были выполнены на самцах крыс линии Вистар возрастом 10 недель в соответствии с положениями Директивы 2010/63/EU. Инициация пароксизмальной ФП выполняли внутривенным введением раствора, содержащего 60 мкг/мл AChCl и 10 мг/мл СаCl2 в дозировке 1.3 мл/кг веса в течение 7 дней [3]. Для выявления пароксизмов регистрировали ЭКГ в 3 отведениях (ECG300G-VET, Китай).

Одиночные кардиомиоциты ЛП и ПП изолировали методом перфузии сердца по Лангендорфу с авторскими модификациями. Измерения активности саркомеров в режиме механически ненагруженного укорочения и ауксотонической силы сокращения кардиомиоцитов при их механическом нагружении 4 карбоновыми волокнами [4] выполняли с помощью программно-аппаратного комплекса MCSYS-02 (IonOptix, США). Регистрацию динамического изменения концентрации ионов Са2+ в цитозоле ([Ca2+]i) выполняли с использованием кальций-чувствительного флюорофора Fluo-8AM (AAT Bioquest, США) на системе лазерной сканирующей конфокальной микроскопии LSM710 (Carl Zeiss, Германия). Все измерения были выполнены при 30 °С и частоте электрической стимуляции 1 Гц.

Выявление альтернансов сокращения саркомеров кардиомиоцитов предсердий (чередования минимальных (MIN) и максимальных (MAX) отклонений амплитуды длительностью более 5 сократительных циклов от псевдостационарного значения амплитуды) и анализ их параметров выполнялось при помощи ПО IonWizard (IonOptix, США). Морфометрические параметры изолированных кардиомиоцитов ЛП и ПП (длина и ширина клетки) оценивали при помощи программного пакета FIJI ImageJ (US National Institutes of Health, США).

Взаимодействие миозина с F-актином и нативными тонкими филаментами, экстрагированными из ЛП и ПП, изучали в in vitro подвижной системе. Определение степени фосфорилирования белков саркомера осуществляли при помощи гель-электрофореза с окрашиванием Pro-Q Diamond (Thermo Fisher Scientific, США) и SYPRO Ruby (Thermo Fisher Scientific, США).

При пароксизмальной форме ФП в обоих предсердиях возрастала длина кардиомиоцитов без изменения их ширины. При ФП в кардиомиоцитах ЛП уменьшалась амплитуды укорочения саркомера, а также снижались максимальные скорости достижения пика укорочения и расслабления саркомера. В миоцитах ПП при ФП достоверно возрастали конечно-диастолическая длина и максимальная скорость укорочения саркомера без изменений в амплитуде укорочения саркомера. Альтернансы механической функции саркомера с большей частотой обнаруживались в ЛП и имели большие величины MIN и MAХ отклонений амплитуды укорочения саркомера, по сравнению с обнаруженными в ПП. При этом, в группе ФП отмечалось исчезновение различий в величине амплитуды укорочения между ЛП и ПП, которые регистрировались в контрольной группе.

При ФП в кардиомиоцитах ЛП уменьшалась амплитуда [Ca2+]i, тогда как в миоцитах ПП кроме уменьшения амплитуды [Ca2+]i снижались также общая длительность и время достижения 50% спада [Ca2+]i. В группе ФП было отмечено наличие межкамерных различий по временным параметрам [Ca2+]i, которые отсутствовали в контрольной группе.

Сила ауксотонического сокращения кардиомиоцита при ФП уменьшалась относительно значений контрольной группы только в ПП, что вело к появлению различий в уровнях силы между ЛП и ПП, которые отсутствовали в контрольной группе.

Скорости скольжения F-актина и нативного тонкого филамента по миозину не изменялись при ФП относительно значений контрольной группы, однако в группе ФП исчезали различия между предсердными камерами, обнаруженные в контрольной группе для скорости скольжения F-актина. В ЛП при ФП выявлено уменьшение степени фосфорилирования cMyBP-C и TnI, тогда как в ПП – увеличение степени фосфорилирования RLC по сравнению с контрольной группой, что может обуславливать более выраженное влияние ФП на параметры укорочения саркомеров в ЛП по сравнению с ПП.

Таким образом, пароксизмальная форма ФП вызывает выраженные нарушения в динамике укорочения и фосфорилировании белков саркомера в ЛП, а также в параметрах изменения [Ca2+]i и ауксотонической силе кардиомиоцита в ПП. Выявленные изменения в геометрии кардиомиоцитов ЛП и ПП свидетельствуют о наличии эксцентрической гипертрофии предсердных камер при пароксизмальной форме ФП. Кроме того, пароксизмальная форма ФП ведёт к изменению исходного паттерна функциональной неоднородности, характерного для миокарда здоровых животных. Такие региональные различия в функциональном ремоделировании предсердий при ФП предполагают различие в возможных путях компенсации данного состояния в ЛП и ПП.

Эксперименты выполнены на оборудовании ЦКП ИИФ УрО РАН при поддержке гранта РНФ № 22-75-10134.

1. Hindricks G., Potpara T., Dagres N., et al. Eur Heart J 2020; 00; 1–126.

2. Chen P.S., Chen L.S., Fishbein M.C. et al. Circ Res 2014; 114; 1500–1515.

3. Zou D., Geng N., Chen Y. et al. Life Sci 2016; 156; 7–14.

4. Iribe G., Kaneko T., Yamaguchi Y. et al. Prog Biophys Mol Biol 2014; 115; 103–114.

Regional variances of the contractile function disturbance of atrial cardiomyocytes in rats with paroxysmal atrial fibrillation

X.A. Butova1*, P.P. Mikhryakova2, T.A. Myachina1, R.A. Simonova1, D.V. Shchepkin1, A.M. Kochurova1, G.V. Kopylova1, A.D. Khokhlova1,2

1.Institute of immunology and physiology UrB RAS;
2.Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin;

* x.butova(at)gmail.com

Atrial fibrillation (AF) is the most common arrhythmia and is characterized by very rapid and uncoordinated electrical and contractile atrial activity. AF often presents first in a paroxysmal form (defined by episodes that last <7 days and terminate spontaneously), then in persistent forms (duration of episodes >7 days) [1]. Unlike persistent AF, in which structural and functional changes in the heart are actively investigated, atrial contractile dysfunction in paroxysmal AF remains unclear. The left and right atria (LA, RA) have structural and functional features so that playing different roles in the onset and maintenance of AF [2]. Therefore, a differential assessment of the effect of paroxysmal AF on atrial contractility is required.

The aim of this study is to estimate disturbances in LA and RA contractile function and intra-atrial functional heterogeneity in paroxysmal AF of rats at the single cell and molecular levels of myocardial organization.

All experiments were performed using male Wistar rats (aged 10 weeks) according to Directive 2010/63/EU. Paroxysmal AF in rats was induced by daily injections with AChCl (60 μg/mL) and CaCl2 (10 mg/mL) via the tail vein at 1.3 mL/kg for 7 days [3]. To detect paroxysmal episodes, ECG was recorded using a three-channel electrocardiograph (ECG300G-VET, China).

Single cardiomyocytes from LA and RA were isolated using a standard technique of Langendorff perfusion with author's modifications. Sarcomere shortening-relengthening during mechanically non-loaded contractions and auxotonic cell force under mechanical load produced by 4 carbon fibers [4] were measured using the MCSYS-02 system (IonOptix, US). Intracellular calcium ([Ca2+]i) transients were recorded using Ca2+-sensitive fluorophore Fluo-8AM (AAT Bioquest, US) and LSM 710 scanning confocal system (Carl Zeiss, Germany). All experiments on single cardiomyocytes were carried out at 1 Hz and 30 °C.

Detection of the sarcomere shortening-relengthening alternans in LA and RA cardiomyocytes (defined as the visible beat-to-beat maximum (MAX) and minimum (MIN) alternations in sarcomere shortening amplitudes lasting more than 5 shortening-relengthening cycles from the amplitude value near to the steady-state) and analysis of their parameters were performed using the IonWizard software (IonOptix, US). Morphometric parameters of isolated LA and RA cardiomyocytes (cell length and width) were assessed using the FIJI ImageJ software (US National Institutes of Health, USA).

The interaction of myosin with native thin filaments (NTF) and F-actin, extracted from the LA and RA was studied in an in vitro motility assay. Phosphorylation proteins was analyzed by Pro-Q Diamond Phosphoprotein Gel Stain (Thermo Fisher Scientific, US) and SYPRO Ruby (Thermo Fisher Scientific, US).

Paroxysmal AF significantly increased cell length (without changing their width) for both LA and RA cardiomyocytes. In LA cardiomyocytes, AF decreased the amplitude of sarcomere shortening-relengthening as well as the maximal rates of sarcomere shortening and relengthening. In RA cardiomyocytes, AF decreased end-diastolic sarcomere length and maximal rate of sarcomere shortening. Alternans of the sarcomere shortening-relengthening were more common in LA and had larger MIN and MAX alternations in sarcomere shortening amplitudes compared to those in RA. In AF, the amplitudes of LA and RA sarcomere shortening did not differ, in contrast to the control group.

In LA cardiomyocytes, AF decreased an amplitude of [Ca2+]i transient. In RA cardiomyocytes, AF provoked a decrease in the total duration and time to a 50% decline of [Ca2+]i transient in addition to a depression in the [Ca2+]i transient amplitude.

Paroxysmal AF decreased the auxotonic force of cell contraction only in RA cardiomyocytes that led to the appearance of differences in auxotonic cell force between LA and RA, which were absent in the control group.

In the in vitro motility assay, the sliding velocity of F-actin and NTF did not differ between the AF and control groups. However, AF led to the disappearance of the intra-atrial differences in the sliding velocity of F-actin, which were found in the control group. In LA, AF decreased the phosphorylation levels of cMyBP-C and TnI. In RA, AF increased the RLC phosphorylation. These intra-atrial features in phosphorylation level in AF could explain the higher vulnerability of the sarcomere shortening-relenghtening parameters to paroxysmal AF in LA cardiomyocytes.

Thus, paroxysmal AF induced pronounced disturbances in the mechanics and phosphorylation levels of sarcomeric proteins in LA, and in parameters of [Ca2+]i transient and auxotonic cell force in RA. The revealed changes in the cell geometry of LA and RA cardiomyocytes indicated the presence of eccentric hypertrophy of the atria in paroxysmal AF. Moreover, paroxysmal AF caused a change in the initial pattern of functional heterogeneity detected in a healthy heart. These regional variances in the atrial functional remodeling in AF suggest a difference in the possible ways to compensate for the contractile disturbances in LA and RA.

This work was performed using the equipment of the Shared Research Center of Scientific Equipment of IIP UrB RAS and supported by the Russian Science Foundation #22-75-10134.

1. Hindricks G., Potpara T., Dagres N., et al. Eur Heart J 2020; 00; 1–126.

2. Chen P.S., Chen L.S., Fishbein M.C. et al. Circ Res 2014; 114; 1500–1515.

3. Zou D., Geng N., Chen Y. et al. Life Sci 2016; 156; 7–14.

4. Iribe G., Kaneko T., Yamaguchi Y. et al. Prog Biophys Mol Biol 2014; 115; 103–114.


Докладчик: Бутова К.А.
545
2023-02-15

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists