Характеристики быстрого натриевого тока в изолированных кардиомиоцитах перепела

Быстрый натриевый ток (I_Na) обеспечивает деполяризацию рабочего миокарда, определяя возбудимость его клеток и скорость распространения возбуждения. Нарушения активации и инактивации каналов натриевого тока могут приводить к развитию различных аритмий. У большинства позвоночных, за исключением млекопитающих, I_Na исследован достаточно слабо – в том числе и у птиц, представляющих большой интерес для сравнительной физиологии. Данная работа впервые рассматривает характеристики быстрого натриевого тока в миокарде взрослых птиц. С использованием метода пэтч-кламп мы зарегистрировали I_Na в изолированных предсердных и желудочковых кардиомиоцитах японского перепела. Ток имел бóльшую амплитуду (в сравнении с другими позвоночными) и быстро восстанавливался после инактивации; быстрая временная константа инактивации I_Na в предсердных миоцитах оказалась меньше, чем в желудочковых. Параметры стационарной активации и инактивации позволяют предположить меньшую выраженность оконного натриевого тока в миокарде птиц по сравнению с таковым в миокарде млекопитающих. В желудочковых кардиомиоцитах перепела блокатор позднего натриевого тока ранолазин вызывал слабое снижение пиковой амплитуды I_Na и не менял кинетику инактивации, однако сдвигал кривую стационарной активации в сторону более отрицательных потенциалов, укорачивал потенциалы действия и снижал максимальную скорость нарастания их переднего фронта. Таким образом, можно предполагать, что данные характеристики I_Na в миокарде перепела отражают адаптацию к высокой частоте сокращений сердца птиц и могут указывать на возможные различия в структуре и функционировании натриевых каналов в сердцах птиц и млекопитающих.

1. Amin A.S., Asghari-Roodsari A., Tan H.L. Cardiac sodium channelopathies // Pflugers Arch. Eur. J. Physiol. 2010. Vol. 460. N 2. P. 223–237.

2. Asfaw T.N., Bondarenko V.E. A mathematical model of the human cardiac Na + channel // J. Membr. Biol. 2019. Vol. 252. N 1. P. 77–103.

3. Isom L.L., Jongh K.S. De, Patton D.E., Reber B.F.X., Offord J., Charbonneau H., Walsh K., Goldin A.L., Catterall W.A. Primary structure and functional expression of the β1 subunit of the rat brain sodium channel // Science. 1992. Vol. 256. N 5058. P. 839–842.

4. Haufe V., Cordeiro J.M., Zimmer T., Wu Y.S., Schiccitano S., Benndorf K., Dumaine R. Contribution of neuronal sodium channels to the cardiac fast sodium current I Na is greater in dog heart Purkinje fibers than in ventricles // Cardiovasc. Res. 2005. Vol. 65. N 1. P. 117–127.

5. Chadda K.R., Jeevaratnam K., Lei M., Huang C.L.H. Sodium channel biophysics, late sodium current and genetic arrhythmic syndromes // Pflugers Arch. Eur. J. Physiol. 2017. Vol. 469. N 5–6. P. 629–641.

6. Filatova T.S., Abramochkin D. V., Pavlova N.S., Pustovit K.B., Konovalova O.P., Kuzmin V.S., Dobrzynski H. Repolarizing potassium currents in working myocardium of Japanese quail: Novel translational model for cardiac electrophysiology // Comp. Biochem. Physiol. Part A Mol. Integr. Physiol. 2021. Vol. 255: 110919.

7. Fujii S., Ayer R.K., DeHaan R.L. Development of the fast sodium current in early embryonic chick heart cells // J. Membr. Biol. 1988. Vol. 101. N 1. P. 209–223.

8. Vornanen M., Hassinen M., Haverinen J. Tetrodotoxin sensitivity of the vertebrate cardiac Na+ current // Mar. Drugs. 2011. Vol. 9. N 11. P. 2409–2422.

9. Jensen B., Wang T., Christoffels V.M., Moorman A.F.M. Evolution and development of the building plan of the vertebrate heart // Biochim. Biophys. Acta. Mol. Cell Res. 2013. Vol. 1833. N 4. P. 783–794.

10. Abramochkin D. V., Filatova T.S., Pustovit K.B., Voronina Y.A., Kuzmin V.S., Vornanen M. Ionic currents underlying different patterns of electrical activity in working cardiac myocytes of mammals and non-mammalian vertebrates // Comp. Biochem. Physiol. Part A Mol. Integr. Physiol. 2022. Vol. 268: 111204.

11. Hassinen M., Abramochkin D. V., Vornanen M. Seasonal acclimatization of the cardiac action potential in the Arctic navaga cod (Eleginus navaga, Gadidae) // J. Comp. Physiol. B Biochem. Syst. Environ. Physiol. 2014. Vol. 184. N 3. P. 319–327.

12. Islam M.A., Nojima H., Kimura I. Muscarinic M1 receptor activation reduces maximum upstroke velocity of action potential in mouse right atria. // Eur. J. Pharmacol. 1998. Vol. 346. N 2–3. P. 227–236.

13. Clark R.B., Giles W. Sodium current in single cells from bullfrog atrium: voltage dependence and ion transfer properties // J. Physiol. 1987. Vol. 391. N 1. P. 235–265.

14. Sakakibara Y., Wasserstrom J.A., Furukawa T., Jia H., Arentzen C.E., Hartz R.S., Singer D.H. Characterization of the sodium current in single human atrial myocytes // Circ. Res. 1992. Vol. 71. N 3. P. 535–546.

15. Sakakibara Y., Furukawa T., Singer D.H., Jia H., Backer C.L., Arentzen C.E., Wasserstrom J.A. Sodium current in isolated human ventricular myocytes // Am. J. Physiol. Hear. Circ. Physiol. 1993. Vol. 265. N 4. P. H1301–H1309.

16. Haverinen J., Hassinen M., Korajoki H., Vornanen M. Cardiac voltage-gated sodium channel expression and electrophysiological characterization of the sodium current in the zebrafish (Danio rerio) ventricle // Prog. Biophys. Mol. Biol. 2018. Vol. 138. P. 59–68.

17. Zaza A., Rocchetti M. The late Na+ current – origin and pathophysiological relevance // Cardiovasc. Drugs Ther. 2013. Vol. 27. N 1. P. 61–68.

18. Schneider M., Proebstle T., Hombach V., Hannekum A., Rüdel R. Characterization of the sodium currents in isolated human cardiocytes // Pflügers Arch. 1994. Vol. 428. N 1. P. 84–90.

19. Shander G.S., Fan Z., Makielski J.C. Slowly recovering cardiac sodium current in rat ventricular myocytes: effects of conditioning duration and recovery potential // J. Cardiovasc. Electrophysiol. 1995. Vol. 6. N 10. P. 786–795.

20. Burashnikov A. Late INa inhibition as an antiarrhythmic strategy // J. Cardiovasc. Pharmacol. 2017. Vol. 70. N 3. P. 159–167.

21. Rajamani S., El-Bizri N., Shryock J.C., Makielski J.C., Belardinelli L. Use-dependent block of cardiac late Na+ current by ranolazine // Hear. Rhythm. 2009. Vol. 6. N 11. P. 1625–1631.

22. Zygmunt A.C., Nesterenko V. V., Rajamani S., Hu D., Barajas-Martinez H., Belardinelli L., Antzelevitch C. Mechanisms of atrial-selective block of Na+ channels by ranolazine: I. Experimental analysis of the use-dependent block // Am. J. Physiol. – Hear. Circ. Physiol. 2011. Vol. 301. N 4. P. 1606–1614.

23. Antzelevitch C., Belardinelli L., Zygmunt A.C., Burashnikov A., Di Diego J.M., Fish J.M., Cordeiro J.M., Thomas G. Electrophysiological effects of ranolazine, a novel antianginal agent with antiarrhythmic properties // Circulation. 2004. Vol. 110. N 8. P. 904–910.

24. Carmeliet E. Action potential duration, rate of stimulation, and intracellular sodium // J. Cardiovasc. Electrophysiol. 2006. Vol. 17. Suppl. 1. P. S2–S7.