ИЗМЕНЕНИЯ ВНЕКЛЕТОЧНО РЕГИСТРИРУЕМЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ ДЕЙСТВИЯ ИЗОЛИРОВАННОГО СЕРДЦА КРЫСЫ ПРИ РАЗВИТИИ СТРЕПТОЗОТОЦИНОВОГО ДИАБЕТА
PDF

Ключевые слова

сахарный диабет 1-го типа
предиабет
диабетическая кардиомиопатия
кардиомиоцит
потенциал действия
Т-система

Как цитировать

Кубасов , И. В., Чистякова , О. В., Сухов, И. Б., Панов, А. А., & Добрецов , М. Г. (2020). ИЗМЕНЕНИЯ ВНЕКЛЕТОЧНО РЕГИСТРИРУЕМЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ ДЕЙСТВИЯ ИЗОЛИРОВАННОГО СЕРДЦА КРЫСЫ ПРИ РАЗВИТИИ СТРЕПТОЗОТОЦИНОВОГО ДИАБЕТА. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 106(10), 1266–1277. https://doi.org/10.31857/S0869813920100052

Аннотация

 

С использованием метода внеклеточной микроэлектродной регистрации (loose patch метод) были исследованы левые желудочки изолированных сердец контрольных крыс (n =7) и крыс, инъецированных стрептозотоцином в дозе 30-45 мг/кг массы тела (СТЗ крысы, n = 21).Через 4 недели после инъекции стрептозотоцина сахарный диабет развился у 3-х крыс (СТЗ-СД крысы, содержание случайной глюкозы в крови больше 11 мМ). Оставшиеся 18 крыс сохранили нормогликемичность (СТЗ-НГ; уровень случайной глюкозы в крови меньше 11 мМ). Было показано, что в сердцах как контрольных, так и СТЗ крыс регистрируются два типа внеклеточно регистрируемых потенциалов действия: сигналы, представленные одним или двумя негативными пиками (ПД1 и ПД2 соответственно). Временные характеристики ПД1 были сходны во всех исследованных группах животных. Однако время полуспада ПД2, регистрируемых от СТЗ-НГ и СТЗ-СД крыс, статистически значимо превышали аналогичные значения ПД2 контрольных животных. В 28% СТЗ-НГ и 67% СТЗ-СД сердец крыс дополнительно регистрировались аномальные потенциалы действия 3-го типа (ПД3). Их характерной особенностью была затянутая во времени и сложная негативная фаза, представляющая собой агломерат из трех-четырех пиков, и присутствие выраженной фазы следовой гиперполяризации. Появление ПД3 было связано с уменьшением числа регистрируемых ПД2 (с 80-85% до 55-60%). Встречаемость ПД1 оставалась постоянной (15-20%), вне зависимости от присутствия или отсутствия ПД3. Предположительно, наблюдаемые электрофизиологические изменения связаны с ремоделированием Т-системы вентрикулярных кардиомиоцитов СТЗ животных. Вне зависимости от справедливости данного предположения, представляется важным, что начало изменений в электрогенезе кардиомиоцитов фиксируется не только у СТЗ-СД крыс, но и у СТЗ-НГ животных с нормальным или умеренно повышенным уровнем глюкозы в крови, что соответствует стадии раннего предиабета.

https://doi.org/10.31857/S0869813920100052
PDF

Литература

Дедов И.И., Александров А.А. Диабетическое сердце: causa magna. Сердце: журн. для практикующих врачей. 3(1):5-8. 2004. [Dedov I.I., Alexandrov A.A. Diabetic Heart: causa magna. Heart: J. Pract. Physiсians. 3(1):5-8. 2004 (In Russ)].

Калашников В.Ю., Викулова О.К., Железнякова А.В., Исаков М.А., Бондаренко И.З., Шестакова М.В., Дедов И.И. Эпидемиология сердечно-сосудистых заболеваний у больных сахарным диабетом, по данным федерального регистра Российской Федерации (2013–2016 гг.). Сахарный диабет. 22(2):105-114. 2019. [Kalashnikov V.Y., Vikulova O.K., Zheleznyakova A.V., Isakov M.A., Bondarenko I.Z., Shestakova M.V., Dedov I.I. Epidemiology of cardiovascular diseases among patients with Diabetes Mellitus according to the Federal Diabetes Register of the Russian Federation (2013-2016). Diabetes Mellitus. 22(2):105-114. 2019. (In Russ)].

Малишевская А.С. Сахарный диабет 1 типа и сердечная недостаточность. Мед. наука и образование Урала. 19(2):172-177. 2018. [Malishevskaya A.S. Type 1 Diabetes Mellitus and cardiac failure. Med. Sci. and Education of Ural. 19(2):172-177. 2018 (In Russ)].

Celentano A., Vaccaro O., Tammaro P., Galderisi M., Crivaro M., Oliviero M., Imperatore G., Palmieri V., Iovino V., Riccardi G., de Divitiis О. Early abnormalities of cardiac function in non-insulin-dependent diabetes mellitus and impaired glucose tolerance. Am. J. Cardiol. 76:1173-1176. 1995.

Ren J., Sowers J.R., Walsh M.F., Brown R.A. Reduced contractile response to insulin and IGF-I in ventricular myocytes from genetically obese Zucker rats. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 279:H1708-H714. 2000.

Belke D.D., Swanson E.A., Dillmann W.H. Decreased Sarcoplasmic Reticulum Activity and Contractility in Diabetic db / db Mouse Heart. Diabetes 53:3201–3208. 2004.

Giunti S., Bruno G., Veglio M., Gruden G., Webb D.J., Livingstone S., Chaturvedi N., Fuller J.H., Perin P.C. Electrocardiographic Left Ventricular Hypertrophy in Type 1 Diabetes. Diabetes Care. 28: 2255-2257. 2005.

Kralik P.M., Ye G., Metreveli N.S., Shem X., Epstein P.N. Cardiomyocyte dysfunction in models of type 1 and type 2 diabetes. Cardiovasc.Toxicol. 5:285–292. 2005.

Castagno D., Baird-Gunning J., Jhund P.S., Biondi-Zoccai G., MacDonald M.R., Petrie M.C., Gaita F., McMurray J.J. Intensive glycemic control has no impact on the risk of heart failure in type 2 diabetic patients: evidence from a 37,229 patient meta-analysis. Am. Heart J. 162:938-948. 2011.

Nunes S., Soares E., Fernandes J., Viana S., Carvalho E., Pereira F.C., Reis F. Early cardiac changes in a rat model of prediabetes: Brain natriuretic peptide overexpression seems to be the best marker. Cardiovasc. Diabetol. 12:1–11. 2013.

Tadic M., Celic V., Cuspidi C., Ilic S., Pencic B., Radojkovic J., Ivanovic B., Stanisavljevic D., Kocabay G., Marjanovic T. Right heart mechanics in untreated normotensive patients with prediabetes and type 2 diabetes mellitus: A two- and three-dimensional echocardiographic study. J. Am. Soc. Echocardiogr. 28:317–327. 2015.

Kubasov I.V., Stepanov A., Bobkov D., Radwanski P.B., Terpilowski M.A., Dobretsov M., Gyorke S. Sub-cellular Electrical Heterogeneity Revealed by Loose Patch Recording Reflects Differential Localization of Sarcolemmal Ion Channels in Intact Rat. Front. Physiol. 2018.

Huang Y., Cai X., Mai W., Li M., Hu Y. Association between prediabetes and risk of cardiovascular disease and all-cause mortality: systematic review and meta-analysis. Bmj.5953. 2016.

Kubasov I.V., Dobretsov M. Two types of extracellular action potentials recorded with narrow-tipped pipettes in skeletal muscle of frog, Rana temporaria. J. Physiol. 590:937-944. 2012.

Dobretsov M., Backonja M., Romanovsky D., Stimers J.R. Animal Models of Diabetic Neuropathic Pain. In: Animal Models of Pain. Eds: Chao Ma, Jun-Ming Zhang. Springer. Series: Neuromethods. 49. 147-170. 2010.

Singh RM., Waqar T., Howarth F.C., Adeghate E., Bidasee K., Singh J. Hyperglycemia-induced cardiac contractile dysfunction in the diabetic heart. Heart Fail. Rev. 23:37–54. 2018.

Brette F., Orchard C. T-Tubule Function in Mammalian Cardiac Myocytes. Circ. Res. 92:1182-1192. 2003.

Hong T.T., Shaw R.M. Cardiac T-tubule microanatomy and function. Physiol. Rev. 97:227–252. 2017.

Jourdon P., Feuvray D. Calcium and potassium currents in ventricular myocytes isolated from diabetic rats. J. Physiol. 470:411-429. 1993.

Shimoni Y., Ewart H. S., Severson D. Type I and II models of diabetes produce different modifications of K+ currents in rat heart: role of insulin. J. Physiol. 507(2):485—496. 1998.

Shimoni Y., Ewart H. S., Severson D. Insulin stimulation of rat ventricular K+ currents depends on the integrity of the cytoskeleton. J. Physiol. 514(3):735—745. 1999.

Casis O., Gallego M., Iriarte M., Sunchez-Chapula J.A. Effects of diabetic cardiomyopathy on regional electrophysiologic characteristics of rat ventricle. Diabetologia. 43:101-109. 2000.

Grunnet M. Repolarization of the cardiac action potential. Does an increase in repolarization capacity constitute a new anti-arrhythmic principle? Acta Physiol.198 (Suppl. 676):1-53. 2010.

McMillan B., Gavaghan D.J., Mirams G.R. Early afterdepolarization tendency as a simulated pro-arrhythmic risk indicator. Toxicol. Res. 6:912–921. 2017.

Nygren A., Olson M.L., Chen K.Y., Emmett T., Kargacin G., Shimoni Y. Propagation of the cardiac impulse in the diabetic rat: reduced conduction reserve. J. Physiol. 580(2):543–560. 2007.

Xi F., Yilong P., Qian C., Bin L., Shuo W., Hongjiao D., Na D., Xiaodong L. Metformin restores electrophysiology of small conductance calcium-activated potassium channels in the atrium of GK diabetic rats. BMC Cardiovasc. Disorders. 2018. https://doi.org/10.1186/s12872-018-0805-5

Tuteja D., Xu D., Timofeyev V., Lu L., Sharma D., Zhang Z., Xu Y., Nie L, Va´zquez A.E., Young J.N., Glatter K. A, Chiamvimonvat N. Differential expression of small-conductance Ca2+-activated K+ channels SK1, SK2, and SK3 in mouse atrial and ventricular myocytes. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 289: H2714–H2723. 2005. doi: 10.1152/ajpheart.00534.2005

Wei A.D., Gutman G.A., Aldrich R., Chandy K.G., Grissmer W.H. International Union of Pharmacology. LII. Nomenclature and molecular relationships of calcium-activated potassium channels. Pharmacol. Rev. 57: 463–472. 2005.

Grunnet M., Jensen B.S., Olesen S.P., Klaerke D.A. Apamin interacts with all subtypes of cloned small-conductance Ca2+-activated K+ channels. Pflugers Arch. 441: 544–550. 2001.

Gui L., Bao Z., Jia. Y, Qin X., Cheng Z.J., Zhu J., Chen Q.H. Ventricular tachyarrhythmias in rats with acute myocardial infarction involves activation of small-conductance Ca2+-activated K+ channels. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 304: H118–H130. 2013.

Chang P.C., Turke I., Lopshire J.C., Masroor S., Nguyen B.L.,Tao W., Rubart M., Chen P.S., Chen Z., Ai T. Heterogeneous upregulation of apamin-sensitive potassium currents in failing human ventricles. J. Am. Heart Assoc. 2: e004713. 2013.

Chua S.K., Chang P.C., Maruyama M., Turker I., Shinohara T., Shen M.J., Chen Z., Shen C., Rubart-von der Lohe M., Lopshire J.C., Ogawa M., Weiss J.N., Lin S.F., Ai T., Chen P.S. Small-conductance calcium-activated potassium channel and recurrent ventricular fibrillation in failing rabbit ventricles. Circ. Res. 108: 971–979. 2011.

Bracken N.K., Woodall A.J., Howarth F.C., Singh. J. Voltage-dependence of contraction in streptozotocin-induced diabetic myocytes. Mol. Cell. Biochem. 261:235-243. 2004.