Механизмы воздействия полиароматических углеводородов нефти на электрическую активность сердца северной наваги (Eleginus nawaga)

Интенсивное развитие нефте- и газодобывающей отраслей в Арктике ставит под угрозу арктические водные экосистемы. Считается, что токсическое и, прежде всего, летальное кардиотоксическое действие нефти на живые организмы связано с полиароматическими углеводородами (ПАУ), и в предыдущих работах были рассмотрены электрофизиологические механизмы действия отдельных ПАУ в составе нефти. Однако физиологические эффекты сложной смеси ПАУ в составе водорастворимой фракции (ВРФ) нефти ранее не изучались. Данное исследование сфокусировано на анализе действия ВРФ нефти на электрическую активность и основные ионные токи в рабочем миокарде наваги (Eleginus nawaga), одного из наиболее важных промысловых видов рыб Арктики. Было обнаружено, что 1%-ные и 10%-ные растворы ВРФ нефти вызывают выраженное увеличение длительности потенциалов действия в кардиомиоцитах наваги. Этот эффект, по всей видимости, связан с подавлением быстрого тока задержанного выпрямления I_Kr (IC₅₀ около 3% в желудочковом и предсердном миокарде). В более высоких концентрациях ВРФ нефти подавляла и кальциевый ток I_CaL (IC₅₀ = 10,6%), что приводило к снижению сократительной активности изолированных препаратов миокарда. В отличие от отдельных трициклических ПАУ, ВРФ нефти не действовала на быстрый натриевый ток INa и не влияла на скорость фазы быстрой деполяризации потенциала действия. Оценка содержания трициклических ПАУ в 10%-ной ВРФ нефти показала, что их совокупная концентрация относительно низка и не превышает 100 нМ. Таким образом, ВРФ нефти также оказывает мощное кардиотоксическое действие в миокарде рыб, однако ее эффект отличается от исследованных ранее эффектов трициклических ПАУ и позволяет предполагать присутствие в составе нефти еще не исследованных соединений, обладающих более выраженной способностью блокировать калиевые каналы ERG.

1. Krupenio N.N., Parmuzin P.I., Zamoiskii V.L. Mapping of segments polluted by petroleum products in the Usinsk region of the Komi republic from remotemeasurement data. Hydrotechnical Construction. 1995;29(11):648–652.

2. Филатова Т.С., Абрамочкин Д.В. Физиологические эффекты полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в организме рыб. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 16: Биол. 2023;78(3):127–138.

3. Marris C.R., Kompella S.N., Miller M.R., Incardona J.P., Brette F., Hancox J.C., Sorhus E., Shiels H.A. Polyaromatic hydrocarbons in pollution: a heart-breaking matter. J. Physiol. 2020;598(2):227–247.

4. Brette F., Machado B., Cros C., Incardona J.P., Scholz N.L., Block B.A. Crude oil impairs cardiac excitation-contraction coupling in fish. Biophys. J. 2014;106(2):732a.

5. Vehniäinen E.R., Haverinen J., Vornanen M. Polycyclic aromatic hydrocarbons phenanthrene and retene modify the action potential via multiple ion currents in rainbow trout oncorhynchus mykiss cardiac myocytes. Env. Toxicol. Chem. 2019;38(10):2145–2153.

6. Ainerua M.O., Tinwell J., Kompella S.N., Sorhus E., White K.N., van Dongen B.E., Shiels H.A. Understanding the cardiac toxicity of the anthropogenic pollutant phenanthrene on the freshwater indicator species, the brown trout (Salmo trutta): From whole heart to cardiomyocytes. Chemosphere. 2020;239:124608.

7. Abramochkin D.V., Kompella S.N., Shiels H.A. Phenanthrene alters the electrical activity of atrial and ventricular myocytes of a polar fish, the Navaga cod. Aquat. Toxicol. 2021;235:105823.

8. Abramochkin D.V., Haverinen J., Mitenkov Y.A., Vornanen M. Temperature and external K+ dependence of electrical excitation in ventricular myocytes of cod-like fishes. J. Exp. Biol. 2019;222(5):193607.

9. Kompella S.N., Brette F., Hancox J.C, Shiels H.A. Phenanthrene impacts zebrafish cardiomyocyte excitability by inhibiting IKr and shortening action potential duration. J. Gen. Physiol. 2021;153(2):e202012733.

10. Abramochkin D.V., Filatova T.S., Kuzmin V.S., Voronkov Y.I., Kamkin A., Shiels H.A. Tricyclic hydrocarbon fluorene attenuates ventricular ionic currents and pressure development in the navaga cod. Comp. Biochem. Physiol. C Toxicol. Pharmacol. 2023;273:109736.

11. Abramochkin D.V., Vornanen M. Inhibition of the cardiac ATP-dependent potassium current by KB-R7943. Comp. Biochem. Physiol. A Mol. Integr. Physiol. 2014;175:38–45.

12. Filatova T.S., Abramochkin D.V., Shiels H.A. Thermal acclimation and seasonal acclimatization: a comparative study of cardiac response to prolonged temperature change in shorthorn sculpin. J. Exp. Biol. 2019;222(Pt. 16):jeb202242.

13. Abramochkin D.V., Borodinova A.A., Rosenshtraukh L.V. Effects of acetylcholinesterase inhibitor paraoxon denote the possibility of non-quantal acetylcholine release in myocardium of different vertebrates. J. Comp. Physiol. B. 2012;182(1):101–108.

14. Heuer R.M., Galli G.L.J., Shiels H.A., Fieber L.A., Cox G.K., Mager E.M., Stieglitz J.D., Benetti D.D., Grosell M., Crossley Ii. D.A. Impacts of Deepwater Horizon crude oil on Mahi-Mahi (Coryphaena hippurus) heart cell function. Environ. Sci. Technol. 2019;53(16):9895–9904.

15. Haverinen J., Abramochkin D.V., Kamkin A., Vornanen M. Maximum heart rate in brown trout (Salmo trutta fario) is not limited by firing rate of pacemaker cells. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2017;312(2):R165–R171.

16. 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. A Mol. Integr. Physiol. 2022;268:111204.

17. 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: a novel translational model for cardiac electrophysiology. Comp. Biochem. Physiol. A Mol. Integr. Physiol. 2021;255:110919.

18. Abramochkin D.V., Vornanen M. Seasonal changes of cholinergic response in the atrium of Arctic navaga cod (Eleginus navaga). J. Comp. Physiol. B 2017;187(2):329–338.

19. Belles B., Malécot C.O., Hescheler J., Trautwein W. “Run-down” of the Ca current during long whole-cell recordings in guinea pig heart cells: role of phosphorylation and intracellular calcium. Pflugers. Arch. 1988;411(4):353–360.