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UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE MEDICINA CENTRO UNIVERSITARIO DE INVESTIGACIONES BIOMEDICAS TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN LA ESPECIALIDAD EN FISIOLOGIA PRESENTA RICARDO ANTONIO NAVARRO POLANCO DIRECTOR DE TESIS: Dr. JOSE ANTONIO SANCHEZ CHAPULA Co DIRECTOR DE TESIS: Dr. ALEJANDRO MANUEL ELIZALDE LOZANO ENERO DE 1993

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UNIVERSIDAD DE COLIMAFACULTAD DE MEDICINA

CENTRO UNIVERSITARIO DE INVESTIGACIONES BIOMEDICAS

TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

MAESTRO EN CIENCIAS

EN LA ESPECIALIDAD EN FISIOLOGIA

PRESENTA

RICARDO ANTONIO NAVARRO POLANCO

DIRECTOR DE TESIS: Dr. JOSE ANTONIO SANCHEZ CHAPULACo DIRECTOR DE TESIS: Dr. ALEJANDRO MANUEL ELIZALDE LOZANO

ENERO DE 1993

I N D I C E

PAGINA

INTRODUCCION GENERAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

El potencial de acción en las célulascardiacas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Mecanismos ionices involucrados en elpotencial de acción cardiaco. . . . . . . . . . . . 9

Las corrientes repolarizantes en elpotencial de acción. . . . . . . . . . . . . . . . 12

- El rectificador anómalo (IK1). . . . . . . . . . 12

- El rectificador tardío (Q). . . . . . . . . . . 15

- La corriente transitoria de salida (Ita). . . . . 16

OBJETIVOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

M E T O D O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0

Preparación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Preparación multicelular. . . . . . . . . . . . . . ,20

- Estimulación eléctrica y registro delpotencial de acción. . . . . . . . . . . . . . . 21

Preparación de miocitos. . . . . . . . . . . . . . 23

- Registros electrofisiológicos. . . . . . . . . . 24

Protocolos experimentales . . . . . . . . . . . . . 24

Micropipetas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Soluciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

RESULTADOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.

La forma y duración del potencial de accióny la respuesta al cambio de frecuencia. . . . . . . 28

Respuesta de los potenciales de accióna la 4-amimopiridina (4-AP). . . . . . . . . . . . 30

Respuesta de los potenciales de acciánal sotalol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Identificación de las corrientes repolarizantesen los miocitos aislados. . . . . . . . . . . . . . 35

- La corriente de rectificación tardia (IK). . . . 42

- Bloqueo de IK por el sotalol. . . . . . . . . . . 43

- Bloqueo de la Itol por la 4-AP. . . . . . . . . . 43

- La corriente transitoria dependientede calcio (Ito2). . . . . . . . . . . . . . . . . 46

DISCUSION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

CONCLUSIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. . . . . . . . . . . . . . . 59

2

demostrado que cada célula está unida a otras por medio de

uniones especializadas llamadas discos intercalares. De esta

manera, cada célula se une con dos o mas células para formar

una malla tridimensional formándose asi láminas, haces o

fascPculos en los que las células cardIacas están

estrechamente unidas entre si. Estas unidades a su vez están

rodeadas de tejido conectivo y de vasos sanguíneos.

En el miocardio se distinguen básicamente tres

tipos de células musculares con estructura diferente: i)

las células de los nodos senoauricular (SA) Y

auriculoventricular (AV), que generan la actividad marcapaso

Y la conducen entre aurlcula y ventriculo respectivamente;

ii) las fibras de Purkinje, encargadas de la transmisión del

impulso desde el haz de Hiss a las células ventriculares;

iii) las células de las aurículas y los ventrículos

especializadas en la contracción son llamadas células de

trabajo (Sommer y Johnson, 1979).

Las células de las auriculas tienen ligeras

diferencias con las de los ventriculos (McNutt y Fawcett,

1974). Son de menor tamaño que las ventriculares y poseen un

escaso porcentaje de túbulos transversos (tubulos T).

Las células de los nodos son más pequeñas que las

células de trabajo del miocardio y forman una especie de red

rodeada de un tejido conectivo denso (James y Sherf, 1968).

Las células del tejido de conducción tienen una

estructura similar al tejido de trabajo. La diferencia más

importante radica en que poseen una distinta proporción de

3

los organelos intracelulares, lo que indica una diferente

especializacibn. En las fibras de Purkinje solo el

10% de su volumen es ocupado por mitocondrias, mientras que

las miofibrillas ocupan el 30% del volumen total; 20% menos

que en las células de trabajo. Esto explica la menor tensión

que desarrolla este tipo de células, comparadas con las de

trabajo.

El sarcolema en las células cardiacas no es una

envoltura completamente lisa sino que presenta varios tipos

de invaginaciones 0 irregularidades. El tipo de

invaginaciones más notable es el sistema de túbulos T. Estos

se encuentran en las células ventriculares de los mamiferos;

su presencia en las aurículas es poco frecuente. En general

no se encuentran tubos T en el sistema de conducción.

El retículo sarcoplásmico (RS) es un organelo

fundamental en la regulacibn de la concentración del calcio

intracelular. En las células cardiacas una parte del RS se

relaciona con el sarcolema, ya sea con el periférico

(superficial) o el de los tubos T. La otra, forma una red

estrechamente relacionada con el material contrScti1. En

esta red, los tubos forman una malla en forma de panal que

se extiende en segmentos planos con un ordenamiento respecto

a la sarcómera menos organizado o regular al que tiene el

retículo sarcoplásmico del mGscul0 esquelético. Estos

segmentos del RS están más desarrollados a nivel de la banda

M y de la línea 2. Ambas porciones del RS están

interconectadas.

4

El material contráctil ocupa aproximadamente el

50% del volúmen de una célula cardiaca de trabajo. Al igual

que en el músculo esquelético la actina y la miosina son las

principales proteinas que forman los miofilamentos que se

alternan y superponen entre SS, formando haces paralelos.

Las células cardíacas son capaces de conducir

impulsos eléctricos y de contraerse. Estos dos fenómenos; el

eléctrico y el mecánico estdn estrechamente relacionados. El

primero de estos, representado por el potencial de acción,

desencadena una serie de eventos que producen la contracción

muscular. A esta relación estimulo respuesta se le conoce

como acople excitacion-contraccion.

La conducción del potencial de acción a través de

regiones extensas del músculo cardiaco es posible debido a

la existencia de uniones comunicantes (nexus) entre las

células individuales. Estas regiones de contacto entre las

células cardiacas (Discos intercalares) son sitios de baja

resistencia eléctrica (de 1 a 3 5/cm2), aproximadamente 1000

veces menor que la resistencia de la membrana plasmática,

por lo cual la corriente puede fluír fácilmente de célula a

célula (Weidmann, 1970).

5

EL POTENCIAL DE ACCION EN LAS CELULAS CARDIACAS.

Los potenciales de acción de las células cardiacas

son más prolongados que los registrados en el nervio y el

mdsculo esquelético y presentan una meseta prominente . En

las fibras de Purkinje el potencial de acción dura

aproximadamente 300 ms y pueden ser definidas

morfológicamente cinco fases. La fase 0 se caracteriza por

una rápida despolarización e inversión del potencial de

membrana y la velocidad máxima de la despolarización (V,,,)

es de aproximadamente 500 V/s. La siguiente fase (fase 1)

consiste en una repolarización inicial de corta duración,

que es seguida por una meseta 0 fase 2, la cual es

principalmente responsable de la prolongada duración del

potencial de acción cardíaco. Durante la fase 3 el potencial

de membrana es llevado hacia su potencial de reposo

(repolarización). En estas células la fase 4 corresponde a

la despolarización diastólica espontánea.

Los potenciales de acción cardiacos varian en

forma y duración dependiendo del tejido donde sean

registrados (Hoffman y Cranefield, 1960). Las células de los

nodos SA y AV tienen una fase 0 de ascenso muy lento (l-3

V/s) y las fases 1, 2 y 3 no pueden distinguirse claramente.

Durante la fase 4 presentan característicamente el fenómeno

de despolarización diastólica espontánea (fis. 1).

5

EL POTENCIAL DE ACCION EN LAS CELULAS CARDIACAS.

Los potenciales de acción de las células cardiacas

son mas prolongados que los registrados en el nervio y el

musculo esquelético y presentan una meseta prominente . En

las fibras de Purkinje el potencial de acción dura

aproximadamente 300 ms y pueden ser definidas

morfológicamente cinco fases. La fase 0 se caracteriza por

una rápida despolarización e inversión del potencial de

membrana y la velocidad máxima de la despolarización (V,,,)

es de aproximadamente 500 V/s. La siguiente fase (fase 1)

consiste en una repolarización inicial de corta duración,

que es seguida por una meseta 0 fase 2, la cual es

principalmente responsable de la prolongada duración del

potencial de accibn cardiaco. Durante la fase 3 el potencial

de membrana es llevado hacia su potencial de reposo

(repolarización). En estas células la fase 4 corresponde a

la despolarización diastólica espontánea.

Los potenciales de acción cardiacos varian en

forma y duración dependiendo del tejido donde sean

registrados (Hoffman y Cranefield, 1960). Las células de los

nodos SA y AV tienen una fase 0 de ascenso muy lento (l-3

V/s) y las fases 1, 2 y 3 no pueden distinguirse claramente.

Durante la fase 4 presentan característicamente el fenómeno

de despolarización diastólica espontánea (fis. 1).

6

NSA

A

NAV

MSS

FP

V

Figura l.- Reg is t ros tipicos d e los potencia les d e accibn u nd i f e r e n t e s t e j i d o s c a r d i a c o s d e l corazbn d e p e r r o . NSFS ( N o d os e n o - a u r i c u l a r ) , A (Auricula), NAV ( N o d o auriculo-v e n t r i c u l a r ) , HISS ( H a z d e His), F P ( F i b r a s d e Purkinje) y V( M ú s c u l o vent r icu la r ) . T o m a d a d e H o f f m a n 6 C r a n e f i e l d(1960).

7

En las fibras auriculares y ventriculares de

trabajo la 'max es de aproximadamente 200 V/s y el

potencial de membrana durante la fase 4 permanece constante

( Ver: Sánchez-Chapula, 1987).

La amplitud y la duración del potencial de acción

cardiaco son variables fisiológicas importantes; modulan la

fuerza de la contracción así como la duración del periodo

refractario y los patrones de conducción en el corazón

(Giles W. R. e Imaizumi Y., 1988). Se han registrado una

variedad de formas y tamaños de potenciales de acción en

preparaciones musculares cardiacas aisladas. Algunas de

estas diferencias dependen de la especie. Se sabe también

que la forma del potencial de acción cambia notablemente

cuyo se varia la frecuencia de estimulación (Boyett y

Jewell, 1980).

La explicación biofísica para estas diferencias

requiere conocer detalladamente cada una de las corrientes

iónicas que generan las fases de meseta y repolarización del

potencial de acción. El método de fijación de voltaje ha

permitido conocer mejor estos mecanismos electrofisiológicos

en las células cardiacas (Mc Allister et al. 1975).

El objetivo de las técnicas de fijación de voltaje

(FV) es el de medir la corriente necesaria para mantener el

potencial en áreas determinadas de membrana celular en un

valor conocido y que sea uniforme con respecto a la

distancia y el tiempo.

Los métodos más utilizados de FV en preparaciones

multicelulares cardiacas son, entre otros, la brecha ánica

de sacarosa, la brecha doble de sacarosa y el método de 3

microelectrodos modificado para músculo cardiaco (Beeler y

McGuigen, 1978). Sin embargo la complicada geometrxa de las

preparaciones cardIacas multicelulares ha impuesto severas

limitaciones para el logro de una adecuada fijación de

voltaje, ya que es un sincicio tridimensional y existe

comunicación entre las células por las uniones de baja

resistencia tanto en la dirección longitudinal como radial,

lo que dificulta obtener la uniformidad en el voltaje.

El uso de preparaciones cardiacas unicelulares

(miocitos dispersados mediante métodos enzimáticos), han

eliminado muchos de los problemas metodolbgicos que

presentan las preparaciones multicelulares cardiacas. Los.

miocitos aislados pueden ser perfundidos internamente, de

manera que se puede controlar la composición iónica a los

dos lados de la membrana (Brown et al. 1981a). Además

disminuyen en forma muy importante los problemas que imponen

los estrechos espacios intercelulares: la resistencia en

serie con la membrana y los fenómenos de acumulación y

depleción de iones. .

9

MECANISMOS IONICOS INVOLUCRADOS EN EL POTENCIAL DE ACCION

CARDIACO.

Las diferentes fases del potencial de acción (PA)

cardiaco pueden ser explicadas en base a las

caracteristicas propias de las corrientes ionicas de entrada

y se salida y la relación que guardan entre SS, en el rango

de voltajes en el que se desarrolla el PA.

Un incremento rápido en la conductancia a Na+ por

la activación de un cierto tipo de canales sensibles a

voltaje, produce la despolarización rápida durante la fase

inicial del PA; esta corriente es la base de la

excitabilidad en la mayoria de las células musculares y

nerviosas. En el corazón, la corriente de sodio (IEa) es

responsable de la fase excitatoria (fase 0) del PA en las

células auriculares, ventriculares y de conducción (Haz de

His y fibras de Purkinje)(Fozzard, H. y Hanck, D. 1992).

En células auriculares aisladas del gato y a una

temperatura de 14OC, la 'Na producida por pulsos

despolarizantes a varios niveles desde un potencial de

mantenimiento de -100 mV, tiene un umbral entre -65 y -60 mV

y el mdximo de corriente se alcanza a los -20 mV (Follmer

et.al. 1986). En la mayoría de los mamsferos estudiados

hasta ahora, el potencial de inversión de INa utilizando

diferentes concentraciones de sodio externo, coincide con el

potencial predicho por la ecuación de Nernst para el Na+

(Brown et al. 1981b).

10

La conductancia de sodio (GNa) calculada a partir

de la conductancia de cuerda muestra una dependencia

sigmoidal del voltaje, con un potencial umbral de

aproximadamente -50 mV, una activación máxima a -10 mV y el

potencial al cual la activación es el 50% de la maxima es deI

aproximadamente -35 mV. La constante de tiempo de

reactivación (Tr) de la corriente de sodio es también

función del potencial de membrana y su valor es de

aproximadamente 20 ms a -100 mV y aumenta a 35 ms a -70 mV.

Esta reactivación lenta de la 1Na podr1a explicar el largo

periodo refractario de los tejidos cardiacos.

Estudios recientes han demostrado la presencia de

un componente de la corriente de sodio que inactiva

lentamente y que participa en la meseta y en la fase final

de la repolarización del PA (Carmeliet, 1987). Estos canales

lentos de Na+ son similares a los canales de inactivación

rápida de sodio en su dependencia al voltaje, conductancia

unitaria, sensibilidad a TTX (tetrodotoxina) y conductancia

a Li+ (Liu et.al. 1992).w

La célula permanece despolarizada durante la

meseta del PA por el movimento hacia adentro de Ca++ a

través de canales de Ca++ sensibles a voltaje. El movimiento

de cargas positivas hacia el interior celular despolariza la

membrana y contribuye además a la actividad marcapaso

(Hagiwara et.al. 1988) y a la conducción de los potenciales

de acción.

ll

En distintas preparaciones cardiacas se ha

demostrado claramente la coexistencia de dos tipos de

canales de calcio; el canal de calcio tipo L y el tipo T

(ICaLI %aT)*

Las corrientes generadas por la apertura de estos

dos tipks de canales pueden separarse con relativa facilidad

puesto que tienen diferente sensibilidad a voltaje y a

fármacos bloqueadores de canales de Ca++ (Pelzer D. et al.

1992). El umbral de activación para ICaL e ICaT en miOCitOS

cardiacos es alrededor de -40 mV y entre -65 a -50 mV

respectivamente, utilizando una concentracibn de 2 mM de Ca

en la solución externa. La inactivación en estado estable de

los canales T inicia a -90 mV y es completa a -50 mV. La

curva de inactivación de los canales L se encuentra entre -

40 y 0 mV, a este último potencial la inactivación es

completa (Bean, 1985).

El PA concluye con la activacibn de canales de K+

sensibles a voltaje que producen un movimiento de iones K+ a

favor de su gradiente electroquímico que repoiariza la

célula. Los canales de K+ sensibles a voltaje también

participan en la generación del potencial de reposo de la

célula y modulan la frecuencia y el umbral del PA'. Las.corrientes generadas por la apertura de estos 'canales

selectivos a K+ son responsables en gran medida de la forma

y duración del PA.

12

LAS CORRIENTES REPOLARIZANTES EN EL POTENCIAL DE ACCION

CARDIACO.

Los canales de K+ descritos hasta ahora en las

preparaciones cardiacas pueden ser divididos en dos grupos

tomando en cuenta el estímulo por el cual estos pueden ser

activados: a) los activados primariamente por voltaje y b)

los activados principalmente por agonistas. Sin embargo,

debe señalarse que los agonistas pueden modificar el

funcionamiento de los canales operados por voltaje y que el

voltaje a su vez afecta a los canales operados por agonistas

(Carmeliet, 1989).

Entre las corrientes de potasio más comunmente

descritas en las céluas cardiacas están: la corriente

transitoria de salida (Ita) responsable de la primera fase

de repolarización (fase l), la corriente del rectificador

tardPo (Ix) importante para la repolarización final (fase

3) y la corriente del rectificador anómalo (Ixi) que se sabe

contribuye al potencial de reposo de las células cardiacas

(Tabla 1).

EL RECTIFICADOR ANOMALO (Ika)

Investigaciones recientes realizadas en miocitos.

ventriculares y de fibras de Purkinje demostraron qué Ikl se

activa con pulsos hiperpolarizantes (Tourneur et al. 1987).

La activación de esta corriente es muy rápida (20 ms a

lOOC), en contraste, el proceso de inactivación tiene un

curso temporal del orden de cientos de milisegundos (Harvey

y Ten Eick, 1988).

13

CORRIENTE DE RECTIFICACION ANOMALAABREVIATURA TEJIDO ESPECIE

Humano%l Cone jo

AURICULA CobayoRanaGato 3

REFERENCIA

Shibata et al. (1989)1) Oiles y Imaisumi (1988)

Noma et al. (1984)Giles y Shibata (1985)

conejoVENTRICULO Cobayo

Gato

1Irisawa (1984)Barvey y Ten Eiak (1988)

NODO S-A Conejo

CORRIENTE DE RECTIFICACION TARDIAConejo

IK AURICULA CobayoRanaGato 3

Yanagihara y Irisawa (1980)

12) Hume y Giles (1983)

Hume et al. (1986)

ConejoCobayo

VENTRICULO PerroGatoCarneroCarnero

12

3) Tseng et al. (1987)MaDonalU y Trautwein (1978b)Noble y Tsien (1972)

4) Josephson y Sanahes-Chapula(1984)

NODO S-A Conejo

CORRIENTE TRANSITORIA DE SALIDARumano

Ita AURICULA ConejoGato 3

Noma et al. (1984)

Escande et al. (1987)1

VENTRICULO

Conejo 1Perro 3Gato Furukawa et al. (1990)(epicardio)Rata 4Raton Benndorf y Nilius (1988)

F. PURKINJE Perro Nakayama y Fo&sard,:(1988)

NODO A-V Conejo Nakayama y Irisawa (1984)--------------------------------------------------------------------

Cuadro 1. Tejidos cardiacos y especies donde se hanregistrado las corrientes IK1, IK e *to*

14

La curva de activación depende de la concentración

externa de K+ ([K+J,) y el potencial en el cual la

activación es el 50% de la máxima es aproximadamente 5 mV

negativos con respecto al potencial de equilibrio para el

potasio (EK) (Cohen et al. 1989). Una característica notable

de Ikl"es la rectificación que presenta a potenciales mas

positivos que EK donde la corriente pasa con mayor facilidad

hacia el interior de la célula. Esta rectificacion es d,ebida

en parte a las caracteristicas de apertura y cierre de la

compuerta del canal y en parte a un rápido bloqueo producido

por el Mg++ intracelular que obstruye el canal cuyo la

corriente empieza a salir. Esto hace suponer que la

dependencia de tiempo de Ikl se debe tanto al bloqueo por

Mg++, como a las caracterkticas intrinsecas de activación e

inactivación del canal (Gintant, G. A. et. al 1992).

En estudios previos se ha demostrado que existen

diferencias significativas en el tipo y amplitud relativa de

la Ikl en varias regiones anatómicas del corazón de algunos

mamiferos y anfibios. Por ejemplo en el corazón dk la rana

toro en aurícula y ventrículo Ikl es grande, pero está

virtualmente ausente en las células del marcapaso (Shibata y

Giles, 1985). En la auricula de cobayo y de conejó el

potencial de reposo es debido a una muy pequeña corriente de

fondo (Ikl). En contraste, Ikl es relativamente grye en

miocitos ventriculares de ambas especies (Giles, W. y

Imaizumi Y. 1988).

15

El Bac12 aplicado en la solución extracelular en

concentraciones micromolares (10M4 M) es un inhibidor

selectivo de Ik1 en los tejidos cardiacos (Irisawa, 1984).

EL RECTIFICADOR TARDIO IR.i’

Esta corriente es activada durante la meseta del

PA y es conocida como corriente de la rectificación tardia

(IK) ya que es dependiente de tiempo. Su activación es lenta

en el rango de cientos de milisegundos y es activada a

potenciales positivos a -50 mV. En preparaciones

multicelulares esta corriente ha sido dividida en dos (Noble

y Tsien, 1968) y hasta tres componentes con cinética

diferente. La totalidad de los canales son activados en

estado estable a +20 mV. Sin embargo, algunos de los

estudios en m i o c i t o s aislados de fibras de Purkinje

concuerdan con una conductancia única cuyo canal presenta

mdltiples estados cerrados (Gintant et al. 1985). Por otro

lado los trabajos de Sanguinetti y Jurkiewicz (1990) en

ventriculo de cobayo han mostrado evidencia consistente

respecto a la presencia de dos tipos de corrientes de

rectificación tardia (IKs e IKr).

Las discrepancias entre ambas preparaciones.

(miocitos aislados y multicelulares) posiblemente se deben a

la acumulación de potasio, durante los pulsos

despolarizantes de larga duración utilizados para estudiar

la corriente en preparaciones multicelulares (Beeler y

McGuigan, 1978). En estudios con fijación de voltaje se han

16

identificado algunas diferencias significativas en los tipos

y tamaños relativos de IK presentes en varias regiones

anatómicas del corazán en distintas especies. Por ejemplo en

miocitos de rana y cobayo se a reportado una IR gran

amplitud (Hume, et al. 1986), esta corriente es

relativamente pequeña en aurllcula y ventriculo de rata

(Josephson, Sánchez-Chapula y Brown, 1984), conejo (Imaizumi

y Giles, 1987), perro (Tseng, et al. 1987) y humano

(Shibata, et al. 1986; Escye, et.al. 1987).

Una de las características mas importantes de

esta corriente es la capacidad que tiene para modificar la

forma y duración del PA en respuesta a variaciones en la

frecuencia de estímulo (sobre todo a frecuencias altas,

mayores de 0.5 Hz). A este fenómeno se le conoce como

acumulación activa del rectificador tardío y se explica en

base a la desactivación lenta (6= 200 ms, en Purkinje) de la

corriente IR (Gintant, et al. 1992). La IR es bloqueada por

el tetraetilamonio (TEA). Estudios recientes han demostrado

que el sota101 un agonista B-adrenérgico y agente

antiarrítmico clase III, bloquea selectivamente a esta

corriente (Varró et al. 1991).

.

CORRIENTE TRANSITORIA DE SALIDA (Ita)

La fase 1 del potencial de accibn en la mayoría de

los tejidos cardiacos ha sido atribuída a la presencia de

una corriente transitoria de salida de gran amplitud (Ita).

Esta corriente en fibras de Purkinje es activada con pulsos

17

despolarizantes positivos a -30 mV (Deck y Trautwein, 1964).

La Ita se ha encontrado en varias preparaciones cardiacas de

distintas especies y en algunas de estas especies puede

variar con la edad, la localización anatómica y

fisiopatologias (Gintant et al. 1992).

Estudios recientes han demostrado que esta

corriente consta de dos componentes: a) una corriente de K+

activada por voltaje ( 1tal) que es bloqueada selectivamente

por 4-Aminopiridina (4-AP) b) un segundo componente (Ito2)

activado por Ca++ (liberado por el retSculo sarcoplSsmico),

sensible a cafeina, rianodina y cationes divalentes (Co++,

Sr++) (Kenyon y Sutko, 1987). En trabajos recientes se ha

demostrado que en miocitos ventriculares de conejo (Zyqmunt

y Gibbons, 1991) y de gato (Sánchez-Chapula, 1992) la

corriente transitoria de salida activada por Ca++ (Itoa) es

acarreada por el cloro.

En preparaciones multicelulares de ventriculo de

perro los PA del epicardio presentan una fase 1 de mayor

amplitud que los PA del endocardio. Estas diferencias entre

ambos tejidos se atribuyen a una Itol de mayor tamaño en

epicardio que en endocardio (Litovsky y Antzelevitch, 1988).

Estudios posteriores con miocitos aislados de

ventrículo de gato (Furukawa et al. 1990), y preparaciones

multicelulares de auricula de cobayo (Wang et al. 1991) han

aportado mayor información respecto al importante papel que

juega Itol en la repolarización del PA.

18

En miocitos auriculares de humano se han

registrado ambos componentes de la corriente transitoria de

salida (Itol e Ito2) (Escande et al. 1987). Además en

condiciones de fijación de corriente la respuesta del PA a

la 4-AP (Shibata et al. 1989) es diferente a lo reportado

para otras especies de mamiferos, como la rata, el conejo y

el cobayo (Giles e Imaisumi 1988; Gintant et al. 1992).

Especies que han sido utilizadas como modelo para el estudio

de la acción de fármacos, principalmente antiarrítmicos.

La aurícula de gato ha sido poco estudiada desde

el punto de vista electrofisiológico, y prácticamente nada

en lo que respecta a las corrientes repolarizantes (punto

principal en el que se centra el presente trabajo).

Estudios preliminares hechos en nuestro

laboratorio mostraron que la respuesta de los PA a varios

fármacos fue parecida a lo reportado para el humano. Lo que

nos hizo suponer que la aurícula de gato podía ser un mejor

modelo fisiológico que los anteriormente señalados.

En base ha estos planteamientos hemos formulado

nuestros objetivos y los resultados del presente trabajo han

permitido contestar algunas preguntas como son: a) Que tipo

de corrientes repolarizantes están presentes en este tejido?

b) Cual es la contribución relativa de estas corrientes en

la repolarización del PA? c) Existen o no diferencias entre

los PA y las corrientes repolarizantes de epicardio y

endocardio?.

19

Los objetivos del presente trabajo son los siguientes:

1) Caracterizar la morfología de los potenciales de

acción de las regiones epicárdica y endocárdica de la

aurícula izquierda de gato.

2) Identificar las corrientes de potasio y cloro que

participan en la repolarización de los potenciales de acción

en miocitos aislados de la auricula de gato.

20

PREPARACION

El trabajo experimental se dividió en dos partes:

En la primera se utilizó el método convencional de registro

de potenciales de acción con microelectrodos intracelulares

en pequeñas porciones de tejido (preparación multicelular)

obtenidos de la auricula izquierda del gato (epicardio y

endocardio). En la segunda, se uso el método de fijación de

voltaje para el registro de las corrientes iónicas en

miocitos aislados de la auricula.

En ambos casos se utilizaron gatos adultos machos

y hembras con pesos entre 1.5 a 2.5 Kg. Se les aplicó por

vía intraperitoneal heparina sódica (aproximadamente 30

minutos antes de sacrificarlos) y pentobarbital sódico a

dósis de 1000 u.1. y 30 mg por kilogramo de peso

respectivamente. Los corazones fueron rápidamente extraidos .

y depositados en una solución oxigenada de Tyrode normal.

PREPARACION MULTICELULAR

La auricula izquierda fue disecada y fragmentada

en pequeños trocitos de aproximadamente 1 cm2. La

preparación se fijó al fondo de una cámara de lucita

(capacidad 2.5 ml) recubierto con resina transparente

Wlg=-d) I utilizando alfileres entomológicos para exponer

hacia arriba las superficies epicárdica o endocárdica (Fig.

2) lLa cámara se perfundió con las soluciones control y de

prueba a 5 ml/min. Las soluciones de perfusión se

21

burbujearon con una mezcla de 95% 02 y 5% COZ. La

temperatura se mantuvo entre 35 y 36 OC con la ayuda de un

termostato de circulación de agua (HAAKE D3).

<Estimulación eléc rica

Un electrodo bipolar de plata recubierto con

Teflón (excepto en las puntas) fue usado para estimular la

preparación mediante pulsos supraumbrales con duración de 2

ms. El electrodo de estimulo se conecto a una unidad

aisladora (GRASS SIU5) acoplada con un estimulador (GRASS

S88).

Para el registro de los potenciales de acción los

microelectrodos se acoplaron a la entrada de un

amplificador de alta impedancia (DAGAN 8500), por medio de

una hemicelda de Ag-AgCl. La solución del baño se puso a

tierra por medio de un electrodo de plata clorurada (Figura

2) ' Las señales fueron desplegadas en un osciloscopio

(Tektronix 5115), de cuya pantalla se fotografiaban con una

cámara quimográfica (GRASS, modelo C4R). Los registros

también fueron grabados con una videograbadora digital

modificada (VETTER PCM, modelo 200T). Posteriormente se

digitalizaron utilizando un convertidor analógico digitalf

(Labmaster, 125 KHz, SCIENTIFIC SOLUTIONS) y se almácenaron

en una microcomputadora (IBM-AT).

.

m n 0

I f

h

Figura 2.0 Esquema de la 'cámara de perfusión utilizada parael registro de potenciales de acción en preparacionesmulticelulares. Cámara de lucita (a), fondo de Sylgard (b),tejido (c), electrodo bipolar de estimulación (d), perfusiónW I electrodo de tierra (f), succión (g), estimulador (h),microelectrodo de registro (i), microelectrodo indiferenteW I amplificador diferencial (k) t osciloscopio (1) rvideograbadora (m), convertidor analógico digital (n),microcomputadora (0).

23

PREPARACION DE MIOCITOS

Las células auriculares del corazón de gato fueron

aisladas de acuerdo con el procedimiento experimental

descrito previamente (Sánchez-Chapula, 1988). Una vez

obtenidos los corazones, se perfundieron por el sistema

coronario retrogradamente através de la aorta, mediante un

sistema de perfusión tipo Langendorff. Los corazones fueron

perfundidos inicialmente con una solución de Tyrode ,normal

hasta lavarlos totalmente de sangre. Posteriormente se

perfundib durante 5 a 10 minutos con una solución de Tyrode

sin Ca++ y enseguida con una solución sin Ca++ que contenla

0.26 mg/ml de colagenasa (Sigma, Tipo 1) y 0.03 mg/ml de

proteasa (Sigma, Tipo XIV) . Finalmente las encimas fueron

lavadas perfundiendo el corazõn con la solución Kraft-Bruhe

(KB) (ver soluciones) durante 5 minutos. La obtención de las

células se hizo por agitación mecanica con una pipeta

Pasteur y posteriormente se almacenaron en la solucion KB a

4 Oc.

La cámara experimental (volumen 0.3 ml) fue

montada sobre la platina de un microscopio invertido (Nikon

Diaphot TMD). Las células fueron depositadas en el interior

de esta cámara y se perfundieron con un flujo de. 2 a 3

ml/min. Estos experimentos fueron hechos a una temieratura

de 34-35 OC f 0.5 utilizando para precalentar la solución de

prueba un calentador de platina (Biowarmer MT-l).

24

Reaistros electrofisioloaicos:

Los registros de las corrientes transmembranales

en miocitos aislados se realizó con la técnica de fijación

de voltaje en células completas (Whole-ce11 patch-clamp)

orignalmente descrita por Hamill et al. (1981). Para lo cual

se utilizó un amplificador Axopatch-1C (Axon Instruments

Co.). Los protocolos de fijación de voltaje, la adquisición

de datos y el análisis de los mismos se hicieron con una

microcomputadora (IBM-AT) via un convertidor analogico-

digital (Axon Instruments Co.) utilizando el programa de

adquisición y análisis pClamp (Axon Instruments Co.).

PROTOCOLOS EXPERIMENTALES

1) Preparaciones multicelulares: El estudio de la respuesta

de los diferentes tejidos a cambios en la frecuencia de

estimulación se obtuvo midiendo la amplitud (Amax) y la

duración del potencial de acción al 30 Y 90% de la

repolarizacion (DPA30 Y DPA90 respectivamente). Se

utilizaron cuatro frecuencias de estimulo (0.5, 1, 2 y 3

Hz.) y se dejo un periodo de estabilización de 2 a 3 min con

cada una de las frecuencias antes de grabar la señal. Una

vez empalada la célula este procedimiento se repitio en.condiciones control (Tyrode normal) y utilizando soluciones

de prueba que contenian 4-Aminopiridina (3mM) o Sota101 (100

PM) .

25

2) Preparacion de Miocitos: Los protocolos para el registro

de corrientes serán explicados en los pies de figura de la

seccion de resultados.

MICROPIPETAS

Preparacion multicelular: Los microelectrodos se

construyeron con capilares de vidrio de 1.2 mm y 0.68 mm de

diámetro externo e interno respectivamente ( A-M Systems,

Inc.) con filamento interior, utilizando un estirador de

microelectrodos vertical (KOPF, modelo 700 D). Los

microelectrodos se llenaron con una solución KCl 3M. La

resistencia de los microelectrodos utilizados fue de lo-20

-> M8r.a h fi -g_

Preparacion de miocitos: Las micropipetas para los

experimentos de fijacibn de voltaje se construyeron con

tubos capilares de boro-silicato con un diámetro externo de

1.5 mm (WPI, Inc.). Las pipetas fueron llenadas con solución

interna normal o solución interna con 300 pg/ml de nistatina

(Horn & Marty 1988). El valor de la resistencia de las

-> pipetas fue de 3 a 4 Mé-. -f2-

2 6

SOLUCIONES

Tabla No. 1. Soluciones de Perfusión (Tyrodp bioarbonato)

(mMy*T.4AP T.Sot(W 4 . (m)

NaCl-----> 125 125 125

KCl --B-W> 4 4 4

CaCl ---> 1.8 1.8 1.8

MgCl ---> 1.05 1.05 1.05

NaHC03 --> 24 24 24

NaH2P04 -> 0.42 0.42 0.42

Dextrosa-> ll 11 l l

4-AP ----> 3

Sot. ----> 0 . 1

T.N = Tyrode Normal4-AP = 4- aminopiridinaSot . = Sota101

Tabla No. 2.Solucih interna normal.KCl -------.m----> 50 nO4

---------> 10 InM

---------> 3lnMHEPES-K --------> 5 m MAspartato de KW-> 80 mMEGTA-K ----e--a-> 10 mM

Soluci6n interna conKCl ------------->

---------->

---------->HEPES-K --------->Aspartato de K -->Nistatina ------->

nistatina5 0 mM10 mM1mM3 m M5 m M

80 mM300,Clglml

27

Tabla No. 3. Soluciones Externas.*

SEN SE. Caco. SE.QAP SE.Sot SE .Rian(n-w (ti) (mw (l-m (ti)

NaCl----->

KCl --W-W>

CaC --->

MgC --->

HEPES-Na->

Dextrosa->

coc --->

4-AP ---->

Sot. ---->

Rian. --->

136

5.4

1.8

1.0

10

ll

136

4

1.0

1 . 0

10

1 1

3

136

4

1.0

1.0

10

ll

3

3

136 136

4 4

1.0 1.0

1.0 1.0

10 10

ll ll

3 3

0.1

0.01

SEN = Solución Externa NormalSE.4AP = Solución Externa + 4- aminopiridinaSE.Sot. = Solución Externa + Sota101SE.Rian.= Solución Externa + Rianodina

* Estas soluciones se ajustaban a un PH de 7.4 utilizando .NaOH.

Tabla No. 4. SOLUCION DE INCUBACION (KRAFT-BRUHE)**

Glutamato de KI ----------Ac. Succinico ----------Taurina ----------------Creatina ----------------Dextrosa ----------------

KCîKH PO4 ----------------

----------------EPES-K ----------------EGTA-K ----------------

70 mM5mM

10 mM0.5 mM10 mM10 mM20 mM10 mM

0.2 mM

** Esta solucion se ajusto a un PH de 7.4 utilizando KOH.

2 8

PREPARACIONES MULTICELULARES

La forma y duración de los potenciales de acción (PA) y la

respuesta al cambio de frecuencia:

Antes de iniciar los protocolos experimentales las

preparaciones fueron estimuladas a una frecuencia basal de

0.5 Hz durante un periodo de estabilización de

aproximadamente 2 Hrs. Durante este periodo se perfundieron

con la solución de Tyrode normal (ver soluciones). Los

potenciales de acción (PA) se registraron con cuatro

frecuencias de estimulo distintas (0.5, 1, 2 y 3 Hz) y se

hicieron tanto de la región endocardica como epicárdica en

la aurícula izquierda de gato. Los valores del potencial de

reposo medidos de estas células se encuentran entre -75 a

-80 mV.

En los potenciales superpuestos de la figura 3 se

muestran los PA registrados a una frecuencia de estímulo de

0.5 y 3 Hz. En esta figura se puede observar que existe una

relación inversa entre la duración de los PA y la frecuencia

de estímulo. Los PA registrados con 3 Hz en todos los casos

(epicardio y endocardio) corresponden a los trazos de menor

duración.

Este aumento en la duración ~610 fué evidente en

la fase final de la repolarización (DPAgO), contrastando con

el DPA30 que no se modifico de manera significativa con

ninguna de las frecuencias exploradas (Fig. 3 y 4).

1. -.-1 1 _ -1

E N D O C A R D I O

C D

Figura 3.0 Respuesta de los potenciales de acción de doscélulas de epicardio (A y B) y dos células de endocardio (Cy D) al cambio de frecuencia de estloaulo; 0.5 Hz (0) y 3 Hzfn\ - Nátese la similitud en la forma y duración entre los

3 0

Nuestros resultados muestran que entre los PA

registrados en epicardio y endocardio no existen diferencias

significativas ni en su configuración morfologica, ni en la

duración de los mismos (Fig. 3 y 4). Sin embargo, tanto en

la región endocárdica como epicárdica se observó un rango de

variación en la morfología de los PA. En la figura 3 se

pueden observar registros de PA que corresponden a las

formas extremas, tanto de epicardio como de endocardio. Las

diferencias morfológicas fueron evidentes a nivel de las

fases 1 y 2 de los PA. Algunos PA presentaron una fase 1

prolongada y prácticamente carecian de meseta (fig. 3B y

3C). Por lo contrario, otros PA registrados en la misma

región anatómica presentaban una meseta claramente

distinguible y una fase 1 menos prolongada (Fig. 3A y 3B).

Respuesta a la r-aminopiridina (40AP): Se tiene evidencia de

que la 4-AP bloquea selectivamente a la corriente

transitoria de salida (Itol) por lo que este fármaco se ha

utilizado como una herramienta titil para destacar la

presencia y contribución relativa de Itol en los PA en

preparaciones multicelulares (ver introducción).

3 1

150

130

110

52E 90

2 70c3

50

30

10

0 Epicardio APDSD A Epicardio APDso

l Endocardio APDSD A Endocardio APDgD

xI A

3 ã

4

a a Q 0

I0I

0.5I I m

1 2

Frecuencia (Hz)

t l3

Figura 4.- Efecto de la frecuencia de estimulacibn sobre laDPQ en los potenciales de accicjn del epicardio (n=l9) y delendocardio (n=15) cada punto representa el promedio 2 elerror estandar. La diferencia significativa con respecto a.control es de P < 0.4 en todos los casos.

.

32

En la aurkula de gato se tomaron registros de PA

en las condiciones testigo y después de la aplicación de 3

mM de 4-AP en la solución de perfusión. Los trazos control

se obtuvieron después de un periodo de estabilización del

tejido de aproximadamente 2 Hrs. Los registros de PA con el

efecto de la 4-AP se obtuvieron después de 30 minutos de

perfusión con el fármaco. Este tiempo corresponde al periodo

en el cual observamos se alcanza el efecto máximo de la 4-AP

sobre los PA. La 4-AP produce cambios importantes en el PA.

Estos cambios son principalmente: a) un aumento en la

amplitud, b) levantamiento de la meseta hacia potenciales

más positivos c) alargamiento en el DPA30 y d) disminución

en el DPA90 (Fig.S-A). Estos PA registrados en la aurícula

de gato tienen una gran simulitud con los reportados por

Shibata et.al. (1989) en células auriculares del humano

(Fig. 5-B). Ademas la respuesta a la 4-AP es parecida en

ambas regiones estudiadas (epicardio y endocardio) (Fig. 6).

Respuesta al Sotalol: El sota101 es un antiarritmico de

clase III que bloquea selectivamente a la corriente de

rectificación tardia (IE) (Carmeliet, 1985; Komeichi, 1990).

Esta droga fue utilizada como herramienta farmacológica para

destacar la posible participación de IE en la repolarización

de los PA. En la figura 7 se muestran registros de PA

obtenidos en condiciones control (perfusión con Tyrode

normal) y con 100 PM de sotalol.

A

33

B. 1

100 ms

I Shibata et al.'Am. J. Physiol. 26:H1773. 198f

Figura 5.. Potenciales de acción representativos de laaurIcula de gato (A) y de la aurlcula de humano W t encondiciones control (0) y después de 30 minutos de perfusióncon 3 mM de 4-AP (0). Nótese la similitud de la respuesta alfármaco en ambas preparaciones.

ENDOCARDIO EPICARDIO

120

ñ‘ 1007.3

-L”3 80

60

50

\nz; 40

2.T 30‘3

20

1 0

1l O

10

90

10

9

175

1 I , 1 50

t 1 8 100 0.5 1 2 3

Frecuencia (Hz)

*P(O.Ol **pto.025

L

OCONTROL1 0 3mY4-AP

l O

l * 81

4� 0 1

0 l * 0

ll

c 9. 1-.

l i l i i? ? 0

0 0.5 1 2 3Frecuencia (Hz)

l P ( 0.025 +* P ( 0.05

’ .

Figura 6.0 Efecto de la 4-AP (3 mM) sobre la DPA3s

Y laDPAgO de los potenciales de accibn del endocardio (n= ) y elepicardio (n=6). Antes (0) y después (0) de la aplicación dela 4-AP. Valores promedio 2 el error estandar (*, **diferencias significativas).

35

El registro con sota101 se obtuvo a los 20 min de

perfusion con el fármaco, tiempo en el cual observamos se

presenta el efecto máximo de esta droga. El sota101 produjo

un alargamiento en el DAPgO sin modificar significativamente

el DPA3 o t este efecto se observó tanto en la región

epicárdica como endocardica.

IDENTIFICACION DE LAS CORRIENTES REPOLARIZANTES EN MIOCITOS

AURICULARES DE GATO.

Registro de corrientes en miocitos de epicardio y

endocardio.

A partir de un potencial de mantenimiento de -60

mV se aplicaron pulsos despolarizantes cada 10 segundos con

una duración de 500 ms y con incrementos consecutivos de 10

mV a partir de -100 mV hasta +50 mV.

La solución interna contenía 10 mM de EGTA y como

solución de perfusión se utilizó la solución de calcio-

cobalto (ver soluciones). Bajo éstas condiciones

experimentales en miocitos endocárdicos se obtuvieron dos

componentes claramente distinguibles en la corriente

saliente para los potenciales entre -30 y +50 mV. Un

componente transitorio que se activa aproximadamente a los.

-20 mV y que inactiva espontáneamente antes de los 15 'ms. El

segundo componente no presenta inactivación apreciable y si

un pequeño aumento con el tiempo (Fig. 8-A).

36

>E

0Lo

:

1 0 0 m sFigura 7.- E f e c t o d e l s o t a l o l (100 ~IM) s o b r e l o s p o t e n c i a l e sd e acci9n d e l e n d o c a r d i o d e a u r í c u l a d e g a t o . L o s r e g i s t r o ss o b r e p u e s t o s s e o b t u v i e r o n an tes ( c o n t r o l 1 y despues(sotalol) d e 20 m i n u t o s d e p e r f u s i ó n c o n s o t a l o l .

37

A

ENDOCARDIO

B. :

C (PA) T 7oo

A Corriente al picoA

0 Corriente (500 ms) -- 500 /

A ’A

--300 A/

/

(mV)jA

t 1 1 - md.-.-.-. I-100/- - 5 0 ---lOO 50

/l - 1 - 3 0 0

Figura 8.- R e g i s t r o d e c o r r i e n t e s e n miocitos d e l e n d o c a r d i od e l a auricula d e g a t o e n r e s p u e s t a a p u l s o s d e v o l t a j e ( e lp r o t o c o l o d e p u l s o s s e m u e s t r a e n e l i n s e r t o ) . L o s r e g i s t r o sc o r r e s p o n d e n a - 3 0 , 1 0 ,- 6 0 y - 4 0 m V e n (8).

30 y 50 mV en (A) y de -100, -80,P o t e n c i a l d e m a n t e n i m i e n t o - 6 0 m V . E n C

s e m u e s t r a u n a c u r v a c o r r i e n t e - v o l t a j e ( 1 - E m ) h e c h a c o n l o sv a l o r e s d e c o r r i e n t e a l pico Ca> y c o n l a c o r r i e n t e m e d i d a61 f i n a l d e l p u l s o (0).

30

Para potenciales entre -30 y -80 mV se presento un

aumento en la resistencia de la membrana y los cambio en las

corrientes fueron poco apreciables.

A potenciales m6s negativos que -80 mV se observó

una clara rectificación hacia adentro de la corriente (Fig.

8-B). En la figura 8-C se muestran las magnitudes de la

corriente medida al pico y la corriente medida al final del

pulso en función del potencial de membrana., Bajo las mismas

condiciones experimentales los resultados obtenidos en

miocitos epicárdicos fueron similares (Fig. 9).

Comparando las corrientes obtenidas de las células

epicárdicas y endocárdicas no se encontraron diferencias

significativas.

En las figuras 10 y ll se muestran las curvas

corriente-voltaje para un promedio de n=3 células de

epicardio y endocardio de la corriente medida al pico y la

corriente medida al final del pulso (500 ms)

respectivamente. A potenciales entre -30 y +50 mV para la

corriente medida al pico y de -100 a +50 mV en el caso de la

corriente medida al final del pulso. En estas relaciones I-

Em la corriente obtenida en los registros se dividió. entre

la capacitancia de la membrana celular para obtener la

densidad de corriente.

3 9

EPICARDIOA B.

\ :

C

0 Corriente al pico

0 Corriente (500 ms)

(PA)- 5 0 0 0

/0

;/

-- 3 0 0 /O .

/O/O

@/OH0,@

(mV1

iI -0I l

*-.-Q=@-8

/-0’

I 1I 4- 1 0 0

l 0’

/@-e--@-25 50

- - -100

.L -200 :

Figura 9.-epicardio

R e g i s t r o d e corriente$ en m ioc i tos au r i cu la res ded e g a t o e n r e s p u e s t a a

r e g i s t r o s c o r r e s p o n d e n a pu 1 sos d e v o l t a j e . Lo5

d e- 1 0 0 , - 8 0 ,

-30, 10, 30 y 50 mV en (B):ambos ;% lin-4o mV en (” ’manten im ien to de - 60 mV . p o t e n c i a l d e

hechaEn C se mues t ra una cu rva 1 -Em

c o n l o s v a l o r e s d e c o r r i e n t e a lc o r r i e n t e m e d i d a a l f i na l de l pu l so (0).

pico (0) y con la

40

(PWPF)

- 1 3

0 Endocardioa

0 Epicardio -- 9 /J

,V

l /O0

( m 9.-bd 1 I1 I 4

-30 - 1 0 -4 30 3

F i g u r a lo.- Comparacibn d e l a s c o r r i e n t e s d e e p i c a r d i o yendocard io . E n l a grhfica s e m u e s t r a l a c u r v a 1 - E m d e l ac o r r i e n t e m e d i d a a l p i c o e n e p i c a r d i o (0) y e n e n d o c a r d i o(0) * L o s p u n t o s r e p r e s e n t a n e l v a l o r p r o m e d i o d e n=3. L a s1 Yneas c o n t i n u a s f u e r o n aJustadas a o j o . L a s b a r r a sr e p r e s e n t a n e l e r r o r e s t a n d a r d e l a m e d i a .

41

0 Endocardio

l EP icardio

F i g u r a l l . - R e l a c i ó n I-Em d e l a c o r r i e n t e m e d i d a a l finald e l pulso e n epicardio (@) y e n e n d o c a r d i o (0). L o s p u n t o srepresentan e 1 v a l o r promedlo d e nr3. L a s l’ineas c o n t i n u a sfueron a j u s t a d a s a o j o . L a s b a r r a s r e p r e s e n t a n e l e r r o re s t a n d a r d e l a m e d i a . N b t e s e l a rectificacibn h a c i a d e n t r od e la corriente p a r a potenclnles m e n o r e s a lOS -80 mV.

La corriente de rectificación tardia IK.

La corriente de rectificación tardía (IE) ha sido

encontrada en muchos de los tejidos cardiacos estudiados de

distintas especies (Gintant etx al. 1992). Esta corriente es &-

activada por voltaje, dependiente de tiempo y aparentemente

no presenta inactivación.

El componente sostenido al que nos hemos referido

en la sección anterior cumple con todas las características

de un rectificador tardio. Aunque es difícil mostrar con

claridad sus caracteristicas con pulsos de voltaje de corta

duración.

Utilizando pulsos de mayor duración, como en los

trazos de la figura 12-A, se pueden observar con mayor

claridad las características de IE. Estos registros de

corriente se obtuvieron en respuesta a pulsos de voltaje

entre -30 y +70 mV, con una duración de 5 segundos y

partiendo de un potencial de mantenimiento de -60 mV.

Graficando la amplitud de las corrientes de cola en función

del potencial de membrana se obtuvo la curva de activación

para IE (Fig. 12-B). El valor umbral para IE fue de -20 mV

aproximadamente y el valor máximo de la corriente se alcanzó

a los 60 mV. Los valores de amplitud de las corrientes de

cola se ajustaron a una distribución de Boltzmann de la

forma: h = {l+exp[(Vh-V)/k J)-l (1)

donde Vh es el voltaje al cual se obtiene el 50% de la

corriente mdxima.

K = zF/RT y z representa la valencia de la

compuerta de activación de IK, F la constante de Faraday, R

la constante de los gases y T la temperatura absoluta. A

partir del ajuste se obtuvieron los siguientes valores:

Vh = 9.80 mV, K = 11.07 mV-l y z = 0.29.

El sota101 bloquea a la IK:

El sota101 es un bloqueador beta-adrenérgico y

se ha demostrado que bloquea de forma selectiva a la IK

(Carmeliet, 1985; Varo etyalol991). En la figura 13-A y B se+---

muestra cómo la aplicación de 50 PM de sota101 disminuye en

más de 50% la corriente de rectificación tardía. En las

curvas de activación de la figura 13-C se puede observar

como aun cuando el sota101 disminuye las corrientes de cola

prácticamente a todos los valores de voltaje explorados; Vh,

K y z no se modifican de forma significativa: K representa

la pendiente de las curvas de activación que también fueron

ajustadas con la ecuación de Boltzmann (Ecuación 1). Los

valores obtenidos en condiciones control fueron: Vh = 20.90

mV, K = 12.46 mV y z = 0.32 y con sota101 (50 PM); Vh =

20.83 mV, K = 11.07 mV y z = 0.29.

Bloqueo de la corriente transitoria por 4-AP (Itol). *rSe sabe que la corriente transitoria de salida

(Ita) tiene dos componentes; un componente activado por

voltaje y sensible a 4-AP ( 1tal) y un segundo componente que

es activado por el calcio intracelular e insensible a 4-AP

(Ito2).

44

CURW D E FKTIVFICION (Ik>

K : 11.07V’4= 9 .80

Em (mV1F i g u r a 12.-mioci tos

R e g i s t r o d ea u r i c u l a r e s d e

c o r r i e n t e sg a t o e n

s a l i e n t e s (A), e nr e s p u e s t a p u l s o sd e s p o l a r i z a n t e s ( e l p r o t o c o l o d e p u l s o s s e muest:a e n e l

i n s e r t o ) . E n B s e m u e s t r a l a c u r v a d e a c t i v a c i ó n h e c h a c o nl o s v a l o r e s d e a m p l i t u d d e c o r r i e n t e s d e c o l a e n funcibn d e lv o l t a j e d e m e m b r a n a .de los datos con

La 1 L i n e a c o n t i n u a c o r r e s p o n d e a l a j u s t el a

p e r f u s i ó n : Ca’+/Co++.e c u a c i ó n d e B o l t z m a n n , Solucibn d e

So’luc1bn d a la p i p e t a : N o r m a l + E G T A .

45

CURVA DE ACTIVACION (1~)

60.T C

250.31K=12.46

z= 0.29K: 11.07

o: t

Vk=20.83

I-40 -20 0 20 40 60

o CONTROLl SOTALOL

Em (mV)

Figura 13.- Efec to d e l s o t a 1 0 1 (100 I-AM) s o b r e l a Ic:. L o st r a z o s d e c o r r i e n t e d e 1, f u e r o n r e g i s t r a d o s e n r e s p u e s t a ap u l s o s d e s p o l a r i z a n t e s a c i n c o d i f e r e n t e s p o t e n c i a l e s c o ni n c r e m e n t o s d e 2 0 m V e n t r e - 2 0 a +60 mV, despues d e apl icaru n p r e p u l s o a -30 mV de 500 ms de duracien d e s d e u npo tenc ia l de manten im ien to de - 60 mV . An tes (cóntrol,penelAI y despues d e a p l i c a r 1 0 0 PM d e sota101 ( p a n e l BI. L a sc u r v a s d e activacien d e l p a n e l C s e o b t u v i e r o n e n p r e s e n c i a(0) y ausencia (0) de s o t a l o l . Las 1 ineas c o n t i n u a sc o r r e s p o n d e n a l a j u s t e d e l o s d a t o s c o n l a ecuacidn d eBol tzmann.

46

Con 10 mM de EGTA en la pipeta y con la corriente

de calcio bloqueada por el Co++ de la solución externa (Sol.

Ca++-Co++) suponemos que la corriente transitoria registrada

corresponde a Itol, tal como se muestra en la figura 12-A.

Después de agregar 3 mM de 4-AP Itol es bloqueada

por completo . Sin embargo la 4-AP produce además un marcado

aumento de aproximadamente un 150% en la corriente de

rectificación tardia (Fig. 14-B). El efecto de este farmaco

sobre las corrientes Itol e IE se presentó tanto en las

células epicárdicas como en las endocárdicas (Fig. 15).

La corriente transitoria dependiente de Ca++(Ito2).

Se sabe que esta corriente es activada por el

calcio liberado por el reticulo sarcoplásmico (RS) y que los

fármacos que alteran la liberación y recaptura del Ca++ en

este organelo, como la cafeina y la rianodina, bloquean la

Ito2. En el presente trabajo se exploró la posibilidad de

que esta corriente estuviera participando en la

repolarización del PA.v

Con la técnica de fijación de voltaje en célula

completa en la modalidad de parche perforado y utilizando

una solución externa con alto Ca++ (3.6 mM) + 3mM de 4-AP,.así como una solución intracelular sin EGTA (ver

soluciones), se obtuvieron los registros de la figura 16.

Estos trazos de corriente se obtuvieron en respuesta a

pulsos de voltaje de -30, -10, +lO, +30 y +50 mV partiendo

de un potencial de mantenimiento de -60 mV.

4 7

En la figura 16-A se puede observar un pequeño

componente transitorio mejor definido para los pulsos a +30

y +50 mV seguido de el componente dependiente de tiempo

(Q). Este pequeño componente transitorio desaparece cuando

a la solución extracelular se agregan 10 I.IM de rianodina

permaneciendo solamente la corriente de rectificación tardía

(Fig.ló-B).

‘ONTRoL 48

.:;

: :. ’.

0.:...

.*

0.

.

:.

;

.

.

.

1 0 0 pA

L-50 ms

3 mM 4-AP

. ..

” , 1 0 0 pA

: 150 ms

-60 .’:l

.

.

.

Figura 14.- Efecto del 4-CIP (3 mM) s o b r e xto, e Ib. Lo5trazos de corriente se obtuvieron con p u l s o s despo la r i zan tesa c inco d i f e r e n t e s p o t e n c i a l e s con i n c r e m e n t o s d e 2 0 m Ve n t r e -20 d +60 mV. an tes ( c o n t r o l , p a n e l AI despues( p a n e l B) d e l a aplicacion d e 3 mM d e 4-AP. V e d s e c?omo e l 4-AP b 1 oquea a l a c o r r i e n t e t r a n s i t o r i a (Ita,) Y e l n o t a b l ei n c r e m e n t o d e l a corriente d e rectlficaclon t a r d i a (Ic:).

AENDOCARDIO

49

(PA)

T 7 0 0

( v>m-o--o-----o-7

0II 4

/ 0

EPICARDIO

8(PA)

T 500I A

/,a0 Control (500 ms)

0 4-AP (500 ms)-- 400

A Corriente al pico ctd.

A Corriente al pico 4-AP -- 300

3 0 5 0

CJ-q---- --T I

, I I -4

- - 5 03 0 5 0- 1 0

Figura 15.- Reepicardio (B).

lacibn I - E m e n c&lude la c o r r i e n t e

l a s d e e n d o c a r d i o (6) ym e d i d a a l p i c o tito+;

triAngulos) Y l a corriente m e d i d a a l f i n a l d e l p u l s o ( I,.;circulos), an tes (s ímbo los vacios) y despues (s ímbo losn e g r o s ) d e l a aplicaclon d e 3 mM d e 4-AP.

50

3mM 4-AP

3 mM 4 -AP t fOO@l RIANODINA

Figura 16.-t ransi tor ia

E f e c t o s d e r i a n o d i n a ( 1 0 0 /“M) I

a c t i v a d a p o r C a + +sobre la corriente

Icorr iente fueron LOSd e s p o l a r i z a n t e s a r e g i s t r a d o s

uto+ t r a z o s d ec i n c o u t i l i z a n d o

incrementos de 20 mV entre d i f e r e n t e s p u l s o spotencia les c o n(8) d e a p l i c a r l a r i a n o d i n a .-30 a +50 mV antes (A) y después

51,

Registros de potenciales de accibn.

En varias preparaciones cardiacas de mamíferos se

ha demostrado que existen diferencias morfológicas

significativas entre los PA del epicardio y el endocardio

(Litovsky y Antzelevitch, 1988; Furukawa et al. 1990 ). Esta

heterogeneidad morfológica entre los PA se debe a marcadas

diferencias en la amplitud relativa de la Itol (de mayor

tamaño en epicardio que en endocardio).

Caso contrario, los resultados obtenidos en el

presente estudio muestran que no existen diferencias

significativas ni en la morfología ni en la duracibn de los

PA entre preparaciones multicelulares de epicardio y

endocardio auricular de gato. Además la respuesta a los

cambios en la frecuencia de estimulo y a la administración

de fármacos como el 4-AP es similar en ambas regiones de la

aurlcula.

Se sabe que el 4-AP a concentraciones mayores a

0.5 mM produce un eficiente bloqueo sobre Itol. Este fármaco

en la aurícula de gato prolonga el DPAsO y produce un

levantamiento de la meseta hacia potenciales mas positivos,

por lo que suponemos que ItoI participa en la primera fase

de la repolarización. Por otro lado el hecho de que exista

una relación inversa entre la frecuencia de estimulo y la

duración del PA aunado a la notoria disminución del DPAgO en

respuesta al 4-AP, nos lleva a pensar en la posible

52

participación de otra u otras corrientes en el proceso de

repolarización.

Un acortamiento en la duración del PA puede ser

explicada por un aumento en una corriente saliente o una

disminución en una corriente entrante. En las preparaciones

cardiacas donde se ha encontrado la corriente de la

rectificación tardía o IK, puede producirse su aumento

cambiando inversamente la frecuencia de estimu1ación.y como

consecuencia un acortamiento en la duracion del PA. A este

fenómeno se le conoce como acumulación activa de

rectificadores tardios (Gintant, 1992).

Por la respuesta del PA a la frecuencia de

estimulo (Fig. 3 y 4) IK es otro candidato idóneo para ser

considerada como participante importante en la

repolarización de los PA de las células aurículares del

gato. La IK es una de las corrientes que ha sido descrita

para muchas de las preparaciones cardiacas estudiadas hasta

hoy (Gintant et al. 1992). Por los trabajos de Carmeliet

(1985) t Komeichi et al. (1990) y Varro et al. (1991)

principalmente, se sabe que la 1 K puede ser bloqueada de

forma selectiva por el sota101 un antiarrltmico clase III.

En los resultados de este trabajo se puede

observar cómo el sotalol (100 PM) prolonga la duración del

PA, sin modificar la primera fase de la repolarización (Fig.

5) l

,53

tEste efecto del sota101 sobre el PA era un

argumento mas que nos permite suponer la participación de la

IK en los PA de la aurícula de gato.

Registros de corrientes en miocitos aislados.

Con la técnica de fijación de voltaje en células

aisladas es posible registrar las corrientes de membrana, lo

cual es una evidencia directa que permite conocer cualés son

las distintas corrientes involucradas en la génesis de los

PA. En el presente estudio se muestra que utilizando esta

técnica y con los protocolos antes mencionados es posible

separar básicamente cuatro corrientes repolarizantes en

miocitos aislados de la auricula izquierda del gato ; Ito1,

Ito2! IK e IKlt con base en su dependencia de tiempo y

voltaje así como su sensibilidad a fármacos.

En el presente trabajo se encontró que las

corrientes antes mencionadas se encuentran presentes tanto

en miocitos de la región epicárdica como endocárdica. Siendo

la densidad de corriente similar en ambas regiones de la

aurkula.

.

La corriente del rectificador anómalo (IKa).

IKl se ha descrito como una corriente de fondo

independiente de tiempo y que se activa con pulsos

hiperpolarizantes (Gintant et al. 1992). En ventriculo de

conejo, gato y perro se ha demostrado que participa en la

54

fase final de la repolarización del PA (Giles 6 Imaezumi,

1988). Nuestros resultados muestran que IFI es una corriente

que se activa con pulsos hiperpolarizantes con una marcada

rectificación hacia adentro a potenciales menores a -80 mV.

Pero esta corriente no presenta, en el rango de

los potenciales negativos, ningdn componente de salida

claramente distinguible por esta razán suponemos que IFI no

esta participando en la repolarización de los PA (Fig. 8 y

9) l

La corriente transitoria de salida (Ita).

Estudios recientes han demostrado que esta

corriente consta de dos componentes; un componente activado

por voltaje que es bloqueado selectivamente por 4-AP (ItoI)

y un segundo componente activado por Ca++ (liberado por el

retículo sarcoplásmico) y sensible a cafeína, rianodina y

cationes divalentes como Co++ o Sr++ (Ito3) (Kenyon y Sutko,

1987). En nuestros registros puede observarse la presencia

de un componente transitorio (Itol) activado por voltaje, el

cual se define con mayor claridad a potenciales más

positivos a los -30 mV y que además es sensible a la 4-AP..Estos resultados confirman la participacion de

Itol en la primera fase de la repolarización de los PA

En nuestros registros se puede observar también un

componente transitorio insensible a 4-AP. Esta corriente es

de menor amplitud que Itol y la rianodina la suprime por

completo. Tales evidencias nos hacen pensar que se trata de

la corriente transitoria activada por calcio (Itoa).

La corriente de rectificacib tardía (IR).

IK se sabe participa en la repolarizacion de los

PA de la mayoría de las preparaciones cardiacas estudiadas

hasta ahora (Giles c Imaizumi, 1988). En los registros

obtenidos en las células auriculares de gato existe una

corriente saliente voltaje y tiempo dependiente clu=

aparentemente no muestra inactivación. Estas características

concuerdan con las descritas para IK en otras preparaciones.

Además hemos probado que IK es bloqueada por el sotalol, un

antiarrltmico clase III que se supone tiene una alta

selectividad por esta corriente (Carmeliet, 1985; Varro

et al. 1990). El efecto de este fármaco sobre IK no parece

ser voltaje dependiente y tampoco parece modificar la

valencia de la compuerta de activación (Fig. 13).

Estos resultados confirman que el alargamiento en

la duración del PA en respuesta al sota101 obedecen a una.

disminución en la corriente de rectificación tardía.'

Uno de los puntos que nos parece de importancia es

la respuesta de IK a la 4-AP. En la mayoría de los trabajos

este farmaco se ha descrito como un bloqueador de las

56

corrientes de potasio, en especial de Itol por la que tiene

una gran selectividad. Pero nunca se ha reportado el hecho

de que la 4-AP pudiera aumentar alguna corriente saliente

tal como lo hace con IK en las células de la aurícula de

gato.

Este efecto de la 4-AP sobre la 1 K podría explicar

el acortamiento de los PA (DPA9D) después de aplicar el

mismo fármaco en las preparaciones multicelulares (fig. 5).

Sin embargo otro mecanismo por el cual se podría

generar una mayor activación del rectificador tardIo y

producir esta misma respuesta, es el levantamiento de la

meseta a potenciales mas positivos producido por el bloqueo

de la 4-AP sobre Itol.

Nuestros resultados no permiten saber cual de los

dos mecanismos mencionados es el de mayor contribución en la

disminución del DPA9u en respuesta al 4-AP, si es que tienen

alguna participación en este fenómeno.

Aunque en el presente trabajo sólo se

identificaron cuatro corrientes; tres de potasio (Itol, IK e

IK1) y posiblemente una de cloro (Ito2) (Sánchez-Chapula,

1992) no puede descartarse la participación de otras.corrientes en el proceso de repolarización de los PA de la

aurícula de gato, como se ha descrito en otras preparaciones

cardiacas (ver introducción).

57

Finalmente la similitud en la respuesta de los PA

a la 4-AP entre las células auriculares del humano (Shibata

et. al. 1989) y del gato, observados en este trabajo nos

hacen pensar que ésta preparación puede ser un buen modelo

fisiológico para el estudio de los efectos de farmacos de

uso clinico.

EN LAS CELULAS DE LA AURICULA IZQUIERDA DE GATO:

1) NO EXISTEN DIFERENCIAS SIGNIFICATIVAS NI EN LA MORFOLOGIANI EN LA DURACION DE LOS POTENCIALES DE ACCION ENTRE ELEPICARDIO Y EL ENDOCARDIO.

EN LOS MIOCITOS AISLADOS ENZIMATICAMENTE PUEDEN SEPARA RSEAL MENOS CUATRO CORRIENTES:

2) UNA CORRIENTE TRANSITORIA DE POTASIO ACTIVADA POR VOLTAJEY SENSIBLE A 4-AMINOPIRIDINA (Itol)

3) UNA CORRIENTE TRANSITORIA POSIBLEMENTE DE CLORO ACTIVADAPOR CALCIO Y SENSIBLE A RIANODINA (Ito2)

4 ) UNA CORRIENTE DE POTASIO QUE ACTIVA LENTAMENTE, NOPRESENTA INACTIVACION Y ES BLOQUEADA POR EL SOTALOL (IX).

5) UNA CORRIENTE DE POTASIO QUE ACTIVA CON PULSOSHIPERPOLARIZANTES Y CON UNA CLARA RECTIFICACION HACIAADENTRO PARA POTENCIALES MAS NEGATIVOS A LOS -80 mV (IEl).

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